DE4219540B4

DE4219540B4 - Katalysatoranordnung für die Reinigung eines pulsierenden Abgasstromes

Info

Publication number: DE4219540B4
Application number: DE4219540A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. Kuhn
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2012-06-16
Also published as: DE4219540A1

Abstract

Katalysatoranordnung für die Reinigung eines pulsierenden Abgasstromes (22, 53), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, mit einem in einem rohrartigen Mantel (28, 44) angeordneten Katalysator (27, 43), wobei der Mantel (28, 44) nur in einem axial schmalen Umfangsbereich (29, 51), insbesondere seinem Strömungsaustrittsbereich, gasdicht mit einem Gehäuse (20, 41) verbunden ist, welches vor dem Mantel (28, 44) eine Abgaszuströmung (21, 49) und hinter dem Mantel (28, 44) eine Abgasabströmung (30, 52) aufweist, während die anderen Umfangsbereiche des Mantels (28, 44) mit dem Gehäuse (20, 41) einen Spalt (23, 48) bilden, der mit dem abgaserfüllten Raum im Gehäuse (20, 41) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20, 41) einen radial derart weit eingezogenen Zwischenbereich (25, 40) zwischen Abgaszuströmung (21, 49) oder Abgasabströmung (30, 52) und einem den Spalt (23, 48) umschließenden Gehäusebereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41) aufweist, dass ein direkter Aufprall des pulsierenden Abgasstromes (22, 53) auf den Gehäusebereich...

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine Katalysatoranordnung dieses Aufbaus, wie sie bevorzugt für die Reinigung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Einsatz finden soll, ist aus der DE-OS 40 26 521 , F01N 3/28, bekannt. Der den Katalysator aufnehmende und haltende Mantel ist an seinem abgasaustrittsseitigen Ende mit dem Katalysatorgehäuse dicht verbunden, während seine übrigen Umfangsbereiche mit diesem Gehäuse einen in Richtung auf die Abgaseinströmung offenen hohlzylinderartigen Spalt bilden. Eine derartige Katalysatorkonstruktion ist insofern vorteilhaft, als sie nach dem Starten der Brennkraftmaschine infolge der allseitigen Umströmung des Mantels mit Abgas eine schnelle Aufheizung des Mantels und damit auch des Katalysators auf seine Arbeitstemperatur sicher stellt.
Wie sich gezeigt hat, können jedoch bei einer derartigen Katalysatoranordnung Schwingungsanregungen des Gehäuses durch den pulsierenden Abgasstrom auftreten. Diese Pulsation des Abgasstromes läßt sich nicht unterdrücken, da sie auf dem Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine beruht.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Katalysatoranordnung zu schaffen, bei der unter Wahrung ihrer grundlegenden Vorteile eine derartige Schwingungsanregung zumindest weitgehend unterbunden ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausführungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie die gestellte Aufgabe mit sehr einfachen Maßnahmen löst, die nämlich lediglich dafür zu sorgen brauchen, daß der definierte Spalt zwar nach wie vor in Verbindung mit der Abgasströmung steht, so daß der gewünschte Aufheizeffekt sichergestellt ist, andererseits aber pulsierendes Abgas nicht unmittelbar unter Abgabe seiner Schwingungsenergie auf das Gehäuse auftrifft.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Figuren Axialschnitte darstellen. Während 1 den Stand der Technik wiedergibt, zeigen die 2 und 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Betrachtet man zunächst 1, so umschließt das allgemein mit 1 bezeichnete, mit trichterförmigen Abgaszu- und -abströmungen 2 bzw. 3 versehene Gehäuse den den Katalysator 4 aufnehmenden Mantel 5 unter Wahrung des hohlzylinderartigen Spalts 6, der an seiner in der Figur linken Seite in Richtung auf den durch die Pfeile 7 angedeuteten Abgasstrom offen ist. Der aus Metall bestehende Mantel 5 ist an seinem abgasausströmungsseitigen Ende bei 8 gasdicht mit dem Gehäuse 1 verbunden.
Wie durch den Verlauf der Abgasströmungspfeile 7 angedeutet, kann bei dieser Konstruktion pulsierendes Abgas unmittelbar auf die Innenseite des Gehäuses 1 auftreffen und dieses – insbesondere bei Verwendung einer dünnwandigen Blechkonstruktion für das Gehäuse – zu Schwingungen anregen, die zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung führen. Dem entgegenzuwirken ist Aufgabe der Erfindung.
In dem Ausführungsbeispiel nach 2 besteht das Gehäuse 20 aus zwei Teilen, von denen ein erster Teil die Abgaszuströmung 21 – der Abgasstrom ist wiederum durch Pfeile 22 charakterisiert –, den den hohlzylinderartigen Spalt 23 umschließenden zylinderischen Bereich 24 sowie den Zwischenbereich 25 zwischen beiden umfaßt, der radial nach innen vor die Kante 26 des wiederum den Katalysator 27 umschließenden Mantels 28 eingezogen ist. Auch hier ist der Mantel 28 nur an seinem abgasausströmungsseitigen Ende bei 29 dichtend mit dem Gehäuse 20 verbunden, und zwar mit einem weiteren Teil desselben, der die Abgasabströmung 30 bildet. Der Spalt 23 steht über die Verbindung 31, gegeben durch den axialen Abstand zwischen Mantelrand 26 und eingezogenem Gehäusebereich 25, mit der Abgasströmung in Verbindung, aber so, daß der Gehäusebereich 24 nicht unmittelbar von der pulsierenden Abgasströmung beaufschlagt ist. Diese Eigenschaft der beschriebenen Konstruktion wird dadurch unterstützt, daß der Katalysator 27 gegenüber dem Rand 26 des Mantels 28 gleichsam. zurückgesetzt ist, d. h. der Mantel 28 einen über den Katalysator 27 in Richtung nach vorn vorstehenden Bereich 32 aufweist.
Die Konstruktion nach 3 hat diese Merkmale übernommen; auch hier findet sich zwischen dem radial eingezogenen Bereich 40 des allgemein mit 41 bezeichneten Gehäuses und dem Rand 42 des den Katalysator 43 aufnehmenden Mantels 44 ein Abstand bzw. eine Verbindung 45 zu dem eigentlichen abgaserfüllten Raum im Gehäuse 41. Zusätzlich ist am Gehäuse 41 die zylinderförmige Manschette 46 vorgesehen, die in den überstehenden Bereich 47 des Mantels 44 unter Wahrung eines Abstands hineinragt und die ebenfalls mit Abstand vor dem Katalysator 43 endet. In dem gezeigten Längsschnitt erkennt man also eine labyrinthartige Verbindung zwischen dem Spalt 48 einerseits und dem von der pulsierenden Abgasströmung erfüllten Raum innerhalb des Gehäuses 41 andererseits.
In diesem Ausführungsbeispiel ist der manschettenartige Bereich 46 des Gehäuses mit der anschließenden trichterförmigen Abgaszuführung 49 zu einem Bauteil zusammengefaßt, während der eingezogene Gehäusebereich 40 zusammen mit dem zylinderischen Gehäusebereich 50, der den Spalt 48 umschließt, ein zweites Bauteil bildet; das zweite Bauteil ist bei 51 zusammen mit dem Mantel 44 mit der anschließenden, ebenfalls trichterförmigen Abgasabströmung 52 dicht verbunden.
Wie auch der Verlauf der Strömungspfeile 53 in 3 erkennen läßt, sind die Abgaszuströmungen 49 bzw. 21 (in 2) so geformt, daß ihre Innenflächen praktisch parallel zur pulsierenden Abgasströmung verlaufen und demgemäß von dieser nicht schwingungsanregend beaufschlagt werden.
Mit der Erfindung ist demgemäß mit einfachen Mittel eine gattungsgemäße Katalysatoranordnung geschaffen, die gegen Schwingungsanregung durch die pulsierende Abgasströmung gesichert ist.

Claims

Katalysatoranordnung für die Reinigung eines pulsierenden Abgasstromes (22, 53), insbesondere einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, mit einem in einem rohrartigen Mantel (28, 44) angeordneten Katalysator (27, 43), wobei der Mantel (28, 44) nur in einem axial schmalen Umfangsbereich (29, 51), insbesondere seinem Strömungsaustrittsbereich, gasdicht mit einem Gehäuse (20, 41) verbunden ist, welches vor dem Mantel (28, 44) eine Abgaszuströmung (21, 49) und hinter dem Mantel (28, 44) eine Abgasabströmung (30, 52) aufweist, während die anderen Umfangsbereiche des Mantels (28, 44) mit dem Gehäuse (20, 41) einen Spalt (23, 48) bilden, der mit dem abgaserfüllten Raum im Gehäuse (20, 41) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20, 41) einen radial derart weit eingezogenen Zwischenbereich (25, 40) zwischen Abgaszuströmung (21, 49) oder Abgasabströmung (30, 52) und einem den Spalt (23, 48) umschließenden Gehäusebereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41) aufweist, dass ein direkter Aufprall des pulsierenden Abgasstromes (22, 53) auf den Gehäusebereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41) verhindert wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein ringförmiger Zwischenraum (31, 45) zwischen einem Rand (26, 42) des den Katalysator, (27, 43) umgebenden Mantels (28, 44) und dem diesem axial gegenüberstehenden, radial eingezogenen Bereich (25, 40) des Gehäuses (20, 41) außerhalb des eigentlichen Abgasströmungsprofils liegt.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich an den Rand (26, 42) anschließender axialer Bereich (32, 47) des Mantels (28, 44) über den Katalysator (27, 43) axial übersteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Spalt (23, 48) umschließende Bereich (24, 50) des Gehäuses (20, 41), sein eingezogener Bereich (25, 40) und die anschließende Abgaszuströmung (21, 49) bzw. Abgasabströmung (30, 52) ein Teil bilden.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Abgaszuströmung (21, 49) im Wesentlichen parallel zum pulsierenden Abgasstrom (22, 53) verlaufend geformt ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer in Axialschnitten labyrinthartigen Verbindung ein manschettenartiger Fortsatz (46) des Gehäuses (41) axial in den überstehenden Bereich (47) des Mantels (44) hineinragt und mit Abstand von dem Katalysator (43) endet.