DE10216272B9

DE10216272B9 - Abgasbehandlungsanordnung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10216272B9
Application number: DE2002116272
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Gaiser; Peter Dr. Zacke
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2022-04-13
Also published as: EP1353049A3; DE10216272A1; DE10216272B4; EP1353049A2

Abstract

Abgasbehandlungsanordnung für eine Brennkraftmaschine (3) mit wenigstens einer Abgasausstoßöffnung (9), umfassend:
wenigstens einen brennkraftmaschinennahen Abgaskatalysator (29), welcher wenigstens einen zylindrischen Katalysatorträgerkörper (42) umfaßt,
wenigstens ein Katalysatorhalterohr (27), welches einen ersten Rohrbereich (31), in dem der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) aufgenommen ist, und einen an den ersten Rohrbereich (31) sich anschließenden zweiten Rohrbereich (39) zum Abführen von in dem Katalysatorträgerkörper (42) behandeltem Abgas aufweist, wobei ein Innendurchmesser (D1) des ersten Rohrbereichs (31) größer ist als ein Innendurchmesser (D2) des zweiten Rohrbereichs (39), und
wenigstens einen unmittelbar an den ersten Rohrbereich (31) angrenzenden Flansch (17),
dadurch gekennzeichnet, daß
der wenigstens eine Flansch (17) zur unmittelbaren Ankopplung an die wenigstens eine Abgasausstoßöffnung (9) der Brennkraftmaschine (3) vorgesehen ist, und wobei der erste Rohrbereich (31) und der zweite Rohrbereich (39) des wenigstens einen Katalysatorhalterohrs (27) aus einem einzigen Rohrstück integral geformt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsanordnung mit wenigstens einem Abgaskatalysator zur Behandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Abgasausstoßöffnung.
Zur Reduzierung von Schadstoffen in Abgasen aus Brennkraftmaschinen werden Abgaskatalysatoren im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet. Der Abgasstrang umfaßt wenigstens eine Gruppe von mehreren unmittelbar an die Abgasausstoßöffnungen angekoppelten insbesondere als Auspuffkrümmer bezeichneten Rohrstücken, welche die von den Abgasausstoßöffnungen ausgestoßenen Abgase aufnehmen. An diese Rohrstücke sind Rohrzusammenführungen gekoppelt, um die Abgase aus den mehreren Abgasausstoßöffnungen einer Gruppe von Abgasausstoßöffnungen in einem einzigen Rohr zu sammeln, an welches ein Schalldämpfer angeschlossen ist, aus welchem das Abgas schließlich an die Umgebung abgegeben wird. Vor dem Eintritt in den Schalldämpfer durchläuft das Abgas einen Abgaskatalysator, in welchem in dem Abgas enthaltene Schadstoffe, wie beispielsweise Kohlenmonoxid und Stickoxide in weniger schädliche Produkte umgewandelt werden. Bei Kraftfahrzeugen ist der Abgaskatalysator meist zusammen mit dem Schalldämpfer am Fahrzeugboden des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Zur effizienten Behandlung des Abgases muß der Abgaskatalysator eine erhöhte Betriebstemperatur von z.B. über 600°C aufweisen. Beim Kaltstart der Brennkraftmaschine ist eine gewisse Zeitdauer notwendig, bis der Abgaskatalysator seine vorgesehene Betriebstemperatur erreicht, während welcher Zeit dann eine optimale Behandlung der Abgase nicht möglich ist und entsprechend erhöhte Schadstoffmengen an die Umgebung abgegeben werden. Diese Zeitdauer ist bei einem am Fahrzeugboden angeordneten Abgaskatalysator unter anderem deshalb vergleichsweise lange, da der Abgaskatalysator mit einem relativ großen Abstand von der Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Abgase bei ihrem Eintritt in den Abgaskatalysator aufgrund des Wärmeaustauschs mit dem zwischen Brennkraftmaschine und Abgaskatalysator vorgesehenen Rohrverbindungen im Vergleich zum Austritt unmittelbar aus der Brennkraftmaschine stark abgekühlt sind.
Deshalb wurden Abgaskatalysatoren entwickelt, welche näher an der Brennkraftmaschine, beispielsweise im Abgaskrümmer, angeordnet sind und welche nach einem Kaltstart entsprechend schneller ihre vorgesehene Betriebstemperatur erreichen, welche selbst sogar höher sein kann als die von vergleichbaren Abgaskatalysatoren, die im Bereich des Fahrzeugbodens angeordnet sind.
Stand der Technik
Ein solcher nahe an der Abgasausstoßöffnung der Brennkraftmaschine angeordneter Abgaskatalysator ist aus US 60 62 020 A bekannt. Dieser Abgaskatalysator weist einen Katalysatorträgerkörper von kegelstumpfförmiger Gestalt auf, welcher in ein sich konisch verjüngendes Abgasrohr eingefügt ist. Der Katalysatorträgerkörper ist gegenüber dem sich konisch verjüngenden Rohr durch eine Fasermatte abgestützt. Die Fasermatte weist eine gewisse Elastizität auf, welche den empfindlichen Katalysatorträgerkörper vor den nahe an der Brennkraftmaschine auftretenden starken Vibrationen schützt.
Dieses Halterungskonzept für den Katalysatorträgerkörper wird allerdings als nachteilig empfunden, da zu einer ordnungsgemäßen Halterung des Katalysatorträgerkörpers dieser mit einem relativ präzise einzustellenden axialen Druck in den sich konisch verjüngenden Rohrabschnitt gepreßt werden muß. Ferner schließt dieses Halterungskonzept den Einsatz von zylindrischen Katalysatorträgerkörpern aus, welche im Hinblick auf eine Durchströmung desselben vorteilhaft wären.
Aufgabenstellung
Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasbehandlungsanordnung vorzuschlagen, mit welcher insbesondere zylindrische Katalysatorträgerkörper nahe an der Brennkraftmaschine anordenbar sind.
Unter einem ersten Aspekt geht die Erfindung aus von einer Abgasbehandlungsanordnung für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Abgasausstoßöffnung, wobei mehrere Abgaskatalysatoren vorgesehen sind, und wobei ein jeder Abgaskatalysator einer separaten Abgasausstoßöffnung der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Der Abgaskatalysator umfaßt einen Katalysatorträgerkörper, welcher eine Oberfläche bereitstellt, auf der das Katalysatormaterial bereitgestellt ist, welches die chemische Reaktion zur Umwandlung der schädlichen Verbrennungsprodukte in weniger schädliche Produkte fördert. Insbesondere stellt der Katalysatorträgerkörper in seinem Inneren eine Vielzahl von Strömungskanälen bereit, deren Innenoberfläche mit dem Katalysatormaterial versehen sind. Die Strömungskanäle sind bevorzugterweise Kanäle von entlang ihrer Länge im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt, um eine Durchströmung des Abgaskatalysators mit möglichst geringen Strömungsverlusten zu ermöglichen. Entsprechend weist der Katalysatorträgerkörper eine im wesentlichen zylindrische Gestalt auf, wobei die zylindrische Gestalt nicht unbedingt die Form eines Kreiszylinders haben muß. Vielmehr sind Zylindergestalten mit beliebiger Grundfläche vorgesehen, wie etwa hexogonaler oder quadratischer Grundfläche.
Der Katalysatorträgerkörper ist in einem Katalysatorhalterohr aufgenommen, welches indirekt an die Abgasausstoßöffnung der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Vorzugsweise ist das Katalysatorhalterohr jedoch direkt, d.h. ohne das Einfügen weiterer separater Rohrabschnitte an die Abgasausstoßöffnung gekoppelt.
Die Erfindung zeichnet sich hierbei dadurch aus, daß das Katalysatorhalterohr hintereinander zwei Rohrbereiche aufweist, wobei der Katalysatorträgerkörper, gesehen in Strömungsrichtung des Abgases, in einem vorderen ersten Rohrbereich aufgenommen ist, welcher einen größeren Innendurchmesser aufweist als ein dem ersten Rohrbereich in Strömungsrichtung des Abgases nachfolgender zweiter Rohrbereich.
Dieser Auslegung liegt die Überlegung zugrunde, daß von dem Gesamtquerschnitt des Katalysatorträgerkörpers lediglich ein Teil als Strömungsquerschnitt für das Abgas zur Verfügung steht. Im Hinblick auf eine Reduzierung der Strömungsverluste in dem Katalysatorträgerkörper ist dessen Querschnitt im Vergleich zu dem Querschnitt des zweiten Rohrbereichs erhöht.
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, daß der Querschnitt des Abgaskatalysatorträgerkörpers gleich oder größer ist als der Innendurchmesser des zweiten Rohrbereichs.
Im Hinblick auf eine einfache Fertigung des Katalysatorhalterohrs ist dieses vorzugsweise aus einem einzigen Rohrstück integral geformt. Dies bedeutet, daß der erste und der zweite Rohrbereich nicht durch separate Rohrstücke bereitgestellt sind, welche durch Verbindungstechniken, wie beispielsweise Verschweißen oder Verschrauben zusammengefügt sind.
Unter einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung eine brennkraftmaschinennahe Anordnung von Abgaskatalysatoren vor, wobei ein jeder Abgaskatalysator mehreren Abgasausstoßöffnungen der Brennkraftmaschine zugeordnet ist, wobei allerdings nicht ein einziger Abgaskatalysator sämtlichen Abgasausstoßöffnungen zugeordnet ist. Entsprechend sind mehrere Abgaskatalysatoren vorgesehen, von denen ein jeder in einem separaten Katalysatorhalterohr aufgenommen ist. Entsprechend ist in Strömungsrichtung vor dem Abgaskatalysator eine Rohrverzweigung vorgesehen, um ein jedes Katalysatorhalterohr mit mehreren Abgasausstoßöffnungen zu koppeln. Weiterhin ist in einer Abgasströmungsrichtung hinter den mehreren Abgaskatalysatoren eine Rohrzusammenführung vorgesehen, um die mehreren Katalysatorhalterohre zu einem einzigen weiterführenden Abgasrohr zusammenzuführen.
Vorzugsweise ist als ein Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrabschnitt ein dritter Rohrabschnitt eingefügt, dessen Innendurchmesser kleiner als der des ersten Rohrbereichs und größer als der des zweiten Rohrbereichs ist. Dieser dritte Rohrabschnitt stellt vorzugsweise eine Radialschulter bereit, an welcher der Katalysatorträgerkörper selbst oder unter Zwischenfügung einer weiteren Haltestruktur axial abgestützt ist, so daß er gegenüber Verrutschen in der Abgasströmungsrichtung zu dem zweiten Rohrbereich hin fixiert ist.
Im Unterschied zu den beispielsweise am Fahrzeugboden kurz vor dem Schalldämpfer angeordneten Abgaskatalysator ist der hier in Rede stehende brennkraftmaschinennahe Abgaskatalysator besonderen mechanischen und thermischen Belastungen und insbesondere erhöhten Strömungspulsationen ausgesetzt. Ein solcher brennkraftmaschinennaher Abgaskatalysator ist vorzugsweise weniger als 1 m, insbesondere weniger als 0,5 m und insbesondere weniger als 0,25 m von der Brennkraftmachine entfernt angeordnet, wobei sich diese Länge nicht auf eine geometrische Entfernung zwischen dem Katalysatorträgerkörper und der Brennkraftmaschine bezieht, sondern auf eine Länge der Rohrverbindung zwischen Katalysatorträgerkörper und Abgasausstoßöffnung der Brennkraftmaschine.
Vorzugsweise ist der Katalysatorträgerkörper durch den Rohrflansch hindurch in das Katalysatorhalterohr eingefügt, und zwar weiter bevorzugt derart, daß der Katalysatorträgerkörper mit seiner gesamten Länge in dem ersten Rohrbereich aufgenommen ist.
Der Katalysatorträgerkörper kann beispielsweise durch eine keramische Struktur, eine metallische Struktur oder auch eine andere Struktur gebildet sein, welche jedoch aufgrund der im Hinblick auf eine möglichst große Katalysatoroberfläche großen Zahl von Strömungskanälen mechanisch fragil und empfindlich gegenüber Deformationen und Brüchen ist. Deshalb ist es bevorzugt, daß der Katalysatorträgerkörper selbst nicht unmittelbar an dem Katalysatorhalterohr anliegt, sondern vielmehr mit Abstand von einem Innenmantel des ersten Rohrbereichs angeordnet ist. Entsprechend sind zwischen dem Katalysatorträgerkörper und dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs Haltestrukturen zur Halterung des Katalysatorträgerkörpers vorgesehen, um diesen in dem ersten Rohrbereich ausreichend mechanisch zu fixieren und gleichzeitig eine Übertragung von Erschütterungen von dem Katalysatorhalterohr auf den Katalysatorträgerkörper zu dämpfen.
Derartige Haltestrukturen sind vorzugsweise, gesehen in Strömungsrichtung des Abgases, an einem vorderen Endbereich und einem hinteren Endbereich des Katalysatorträgerkörpers vorgesehen. Vorzugsweise sind zwischen dem vorderen und hinteren Endbereich axiale Bereiche an dem Katalysatorträgerkörper vorgesehen, welche nicht durch zwischengefügte Strukturen an dem Katalysatorhalterohr abgestützt sind, so daß an diesen Bereichen auch ein Wärmetransport von dem Katalysatorträgerkörper auf das Katalysatorhalterohr reduziert ist, was im Hinblick auf ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators vorteilhaft ist. Es sind dann lediglich an dem vorderen und hinteren Endbereich direkte Wärmebrücken zwischen dem Katalysatorträgerkörper und dem Katalysatorhalterohr durch die Haltestrukturen gebildet.
Eine solche Trägerstruktur ist vorzugsweise durch eine Distanzhülse gebildet, welche insbesondere in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet ist, um ein Umströmen des Abgaskatalysators durch die Abgase zu blockieren.
Im Hinblick auf eine Dämpfung von auf den Katalysatorträgerkörper übertragenen Schwingungen weist die Distanzhülse eine Federwirkung auf, indem sie sich in einem Bereich sowohl in Axial- als auch in Radialrichtung erstreckt.
Die Distanzhülse liegt vorzugsweise reibschlüssig an dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs an. Alternativ oder ergänzend hierzu kann jedoch an dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs eine Umfangsnut vorgesehen sein, in welche die Distanzhülse insbesondere einrastet, wenn der Abgaskatalysator in den ersten Rohrbereich eingeführt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu ist ebenfalls vorgesehen, die Distanzhülse mit dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs zu verschweißen oder zu verlöten oder auf andere Weise fügetechnisch zu verbinden.
Alternativ oder ergänzend kann eine Haltestruktur auch durch eine zwischen dem Katalysatorträgerkörper und dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs eingefügte Manschette gebildet sein, welche als ein Geflecht oder Gewirk oder Flies oder Gewebe oder Filz aus Draht oder einem anderen Material gebildet ist.
Besonders bevorzugt ist hierbei eine Halterung, bei der die Haltestruktur des vorderen Endbereichs durch eine Distanzhülse und die Haltestruktur am hinteren Endbereich des Katalysatorträgerkörpers durch eine Drahtgeflechtmanschette gebildet ist. Dies erleichtert das Einfügen des Katalysatorträgerkörpers in den ersten Rohrbereich, wobei vorzugsweise die dem Rohrflansch nahe Distanzhülse mit dem Katalysatorhalterohr verschweißt sein kann.
Ferner ist vorgesehen, daß radial zwischen einem sich in dem ersten Rohrbereich abstützenden Bereich der Distanzhülse und dem Katalysatorträgerkörper eine Manschette von solcher Art eingefügt ist, wie sie vorangehend als unmittelbar zwischen dem ersten Rohrbereich und dem Katalysatorträgerkörper eingefügte Manschette beschrieben wurde.
Ausführungsbeispiel
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsanordnung,
2 eine Detailansicht in Axiallängsschnitt der in 1 gezeigten Abgasbehandlungsanordnung,
3 bis 7 jeweils Detailansichten nach Art der 2 von weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsanordnung,
8 eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Abgasbehandlungsanordnung,
9 noch eine weitere Ausführungsform der Abgasbehandlungsanordnung und
10 eine Detailansicht der in 9 gezeigten Abgasbehandlungsanordnung.
In 1 ist eine Abgasbehandlungsanordnung 1 schematisch dargestellt. Diese dient zur Behandlung von Abgasen einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine 3 mit einem Zylinderkopf 5. Den Zylindern der Brennkraftmaschine 3 wird über an den Zylinderkopf angeschlossene Ansaugkrümmer Frischluft zugeführt, und das bei der Verbrennung in den Zylindern entstehende Abgas wird aus an dem Zylinderkopf 5 vorgesehenen Abgasausstoßöffnungen 9 ausgestoßen.
Die durch die Abgasausstoßöffnungen 9 ausgegebenen Verbrennungsabgase werden von einer Auspuffanlage 11, die die Abgasbehandlungsanordnung 1 umfaßt, über ein Auspuffende 13 an die Umgebung abgegeben. Die Auspuffanlage 11 umfaßt vier Auspuffkrümmerrohre 15, welche jeweils mit einem Rohrflansch 17 mit einer Abgasausstoßöffnung 9 verschraubt sind. Die vier Auspuffkrümmerrohre 15 sind an ihren den Rohrflanschen 17 entgegengesetzten Enden über eine Rohrzusammenführung 19 miteinander verbunden, um die von den vier Zylindern ausgestoßenen Abgase in einem Sammelrohr 21 zusammenzufassen, welches über eine Flanschverbindung 23 mit der Rohrzusammenführung 19 verschraubt ist. Das Auspuffsammelrohr 21 führt die Abgase durch einen Schalldämpfer 25 dem Auspuffende 13 zu.
An die Rohrflansche 17 sich anschließende Rohrbereiche der Auspuffkrümmerrohre 15 sind als Katalysatorhalterohre 27 ausgebildet, von welchen ein jedes in seinem Inneren einen Abgaskatalysator 29 aufnimmt. Die Verbrennungsabgase durchlaufen die Abgaskatalysatoren, welche in den Abgasen enthaltene schädliche Verbrennungsprodukte in weniger schädliche Produkte umwandeln. Insbesondere werden Stickoxide zu Stickstoff reduziert, Kohlenmonoxid wird zu Kohlendioxid oxidiert und Kohlenwasserstoffe werden zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.
In 2 ist die Anordnung des Katalysators 29 in dem Katalysatorhalterohr 27 im Detail dargestellt. Das Katalysatorhalterohr 27 weist einen mit dem Flansch 17 versehenen ersten Rohrbereich 31 auf, wobei der Flansch 17 unter Zwischenfügung einer Dichtung 33 mit Schrauben 35 fest mit dem Zylinderkopf 5 verbunden ist. Innerhalb des ersten Rohrbereichs 31 ist der Abgaskatalysator 29 aufgenommen. In einer Abgasströmungsrichtung 37 hinter dem ersten Rohrbereich 31 geht das Katalysatorhalterohr 27 in einen zweiten Rohrbereich 39 über, welcher die Abgase nach Durchströmen des Abgaskatalysators 29 zu der Rohrzusammenführung 19 führt. Der erste Rohrbereich 31 weist einen größeren Innendurchmesser D1 auf als der zweite Rohrbereich 39, welcher einen Innendurchmesser D2 aufweist. Das Katalysatorhalterohr 27 ist mit seinen beiden Rohrbereichen 31, 39 einstückig ausgebildet, wobei zwischen den beiden Rohrbereichen 31, 39 eine Rohrverjüngung 41 als Übergang vorgesehen ist.
Der Abgaskatalysator 29 umfaßt einen als Wabenkörper ausgebildeten Katalysatorträgerkörper 42, welcher in seinem Inneren eine Vielzahl von schematisch dargestellten Strömungskanälen 43 aufweist, deren Oberflächen mit Katalysatormaterial, wie etwa Platin und Palladium belegt sind. Die Strömungskanäle 43 weisen entlang ihrer Länge im wesentlichen gleichen Querschnitt auf, so daß der gesamte Katalysatorträgerkörper 42 eine zylindrische Gestalt aufweist, deren Querschnitt in der in 2 beschriebenen Ausführungsform kreisförmig ist. Der Katalysatorträgerkörper 42 weist an seinem Außenumfang einen Außenmantel 45 auf. Der Katalysatorträgerkörper 42 ist aus einem Keramikmaterial gebildet, und der Außenmantel 45 ist an seiner Außenfläche mit einer Metallschicht versehen, welche mit einer metallenen Distanzhülse 47 fügetechnisch fest verbunden ist. Die Distanzhülse 47 haltert den Katalysator 29 innerhalb des ersten Rohrbereichs 31 derart, daß der Außenmantel 45 mit einem Abstand A von dem Katalysatorhalterohr 27 angeordnet ist. Die Distanzhülse 47 weist im Querschnitt die Gestalt eines langgestreckten S auf, wobei sich ein an dem Außenmantel 45 des Katalysatorträgerkörpers 42 festgelegter Bereich 49 und ein an der Innenwand des ersten Rohrbereichs 31 anliegender Bereich 51 der Distanzhülse 47 parallel zu einer Achse 53 des zylindrischen Katalysatorträgerkörpers 42 erstrecken. Zwischen den Bereichen 49 und 51 erstreckt sich ein mittlerer Bereich 55 der Distanzhülse 47 ausgehend von dem Bereich 49 hin zu dem Flansch 17 nach radial außen. Der an dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs 31 anliegende Bereich 51 der Distanzhülse 47 ist mit dem Katalysatorhalterohr 27 verschweißt, wobei eine Schweißnaht 57 in 2 symbolisch angedeutet ist.
An einem von dem Flansch 17 abgewandten Ende des Katalysatorträgerkörpers 42 ist zwischen dessen Außenmantel 45 und der Innenwand des ersten Rohrbereichs 31 eine Drahtgeflechtmanschette 59 eingefügt, welche den Katalysatorträgerkörper 42 radial gegenüber dem Katalysatorhalterohr abstützt.
Zur Montage des Abgaskatalysators 29 in dem Katalysatorhalterohr 27 wird zunächst die Manschette 59 stramm über das eine Ende des Katalysatorträgerkörpers 42 gestülpt, sodann wird der Katalysatorträgerkörper zunächst mit der Manschette 59 in die Öffnung des ersten Rohrbereichs 31 eingeführt und so weit hineingeschoben, daß der Katalysatorträgerkörper 42 vollständig in dem ersten Rohrbereich 31 aufgenommen ist und ein Abstand B zwischen einer Stirnfläche des Katalysatorträgerkörpers 42 und dem Rohrflansch 17 etwa 5 mm beträgt. Sodann wird die Schweißnaht 57 zwischen dem Katalysatorhalterohr 27 und dem Bereich 51 der Distanzhülse 47 entweder über den vollen Umfang oder lediglich an einem Teilumfang, etwa durch Punktschweißen, gefertigt. Somit ist der Katalysatorträgerkörper 42 durch die Distanzhülse 47 in der Abgasströmungsrichtung 37 in dem Katalysatorhalterohr festgelegt und sowohl durch die Hülse als auch durch die Manschette 59 in Radialrichtung gegenüber dem Katalysatorhalterohr 27 abgestützt.
Nachfolgend werden Varianten der anhand der 1 und 2 erläuterten Ausführungsform dargestellt. Dabei sind Komponenten, die hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Funktion Komponenten der 1 und 2 entsprechen, mit den selben Bezugsziffern wie in den 1 und 2 bezeichnet, zu ihrer Unterscheidung jedoch mit einem zusätzlichen Buchstaben versehen. Hierbei wird auf die gesamte vorangehende Beschreibung Bezug genommen.
Ein in 3 im Axiallängsschnitt dargestellter Abgaskatalysator 29a weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie der in den 1 und 2 erläuterte Abgaskatalysator. Im Unterschied hierzu ist ein Katalysatorträgerkörper 42a jedoch sowohl an seinem vorderen wie auch seinem hinteren Ende durch eine Distanzhülse 47a in einem ersten Rohrbereich 31a eines Katalysatorhalterohrs 27a gehaltert. Die beiden Distanzhülsen 47a weisen jeweils S-förmige Gestalt auf, wobei sie sich beide ausgehend von einem an einem Außenmantel 45a eines Katalysatorträgerkörpers 42a festgelegten Bereich 49a über einen Zwischenbereich 55a nach radial außen und hin zu einem Rohrflansch 17a erstrecken und mit einem Endbereich 51a reibschlüssig an einer Innenwand des ersten Rohrbereichs 31a anliegen.
Das Katalysatorhalterohr ist wiederum einstückig ausgebildet, wobei der erste Rohrbereich 31a einen Innendurchmesser D1 aufweist, der wesentlich größer ist als ein Innendurchmesser D2 eines an den ersten Rohrbereich 31a anschließenden Rohrbereichs 39a zum Abführen der Abgase. Hierbei ist der erste Rohrbereich 31a gegenüber dem zweiten Rohrbereich 39a derart erweitert, daß der in dem ersten Rohrbereich 31a aufgenommene Katalysatorträgerkörper 42a einen Querschnittsdurchmesser D3 aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser D2 des zweiten Rohrbereichs 39a.
Eine in 4 dargestellte Ausführungsform der Abgasbehandlungsanordnung ist ähnlich aufgebaut wie die in 2 gezeigte Anordnung. Im Unterschied hierzu ist ein von einem Rohrflansch 17b abgewandtes Ende eines Katalysatorträgerkörpers 42b nicht durch eine Drahtgeflechtmanschette gegenüber einem Katalysatorhalterohr 27b abgestützt, sondern durch eine weitere Distanzhülse aus Blech 47b, welche einen an dem Katalysatorträgerkörper 42b festgelegten Bereich 49b, einen sich nach radial außen und weg von dem Rohrflansch 17b erstreckenden mittleren Bereich 55b und einen an einem ersten Rohrbereich 31b des Katalysatorhalterohrs 27b reibschlüssig anliegenden Bereich 51b aufweist. Um ein Einführen der Hülse 47b und damit des Katalysatorträgerkörpers 42b in den ersten Rohrbereich 31b durch eine Öffnung des Flansches 17b zu erleichtern, erstreckt sich die Distanzhülse 47b über den an dem Katalysatorrohr 27b anliegenden Bereich 51b hinaus mit einem Endbereich 65 wieder nach radial innen.
Eine in 5 gezeigte Ausführungsform der Abgasbehandlungsanordnung weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die in 3 gezeigte Abgasbehandlungsanordnung. Ein Katalysatorträgerkörper 42c ist wiederum an seinen beiden axialen Enden durch Distanzhülsen aus Blech 47c gegenüber einem Katalysatorhalterohr 27c abgestützt. Jedoch ist die einem Rohrflansch 17c des Katalysatorhalterohrs 27c zugewandte Distanzhülse 47c mit einem an einer Innenwand eines ersten Rohrbereichs 31c des Katalysatorhalterohrs 27c anliegenden Bereich 51c mit dem Katalysatorhalterohr 27c durch eine Schweißnaht 57c fest verbunden. Die andere Distanzhülse 47c liegt mit einem Bereich 51c an einer Innenwand des ersten Rohrbereichs 31c reibschlüssig an. Zwischen dem Bereich 51c dieser Distanzhülse 47c und einem Außenmantel 45c eines Katalysatorträgerkörpers 42c ist eine Drahtgeflechtmanschette 59c eingefügt, welche dazu vorgesehen ist, Schwingungen des Katalysatorträgerkörpers 42c innerhalb des Katalysatorhalterohrs 27c zu dämpfen.
Eine in 6 dargestellte weitere Ausführungsform der Abgasbehandlungsanordnung weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die anhand der 5 erläuterte Abgasbehandlungsanordnung. Im Unterschied hierzu ist jedoch eine einem Rohrflansch 17d zugewandte Distanzhülse aus Metall 47d zur Abstützung eines Katalysatorträgerkörpers 42d nicht mit einem Katalysatorhalterohr 27d verschweißt, sondern lediglich reibschlüssig in dieses eingefügt. Zur weiteren Schwingungsdämpfung ist bei beiden Distanzhülsen 47d zwischen deren an einem ersten Rohrbereich 31d des Katalysatorhalterohrs 27d anliegenden Bereichen 51d der Distanzhülsen 47d und einem Außenmantel 45d des Katalysatorträgerkörpers 42d eine Metallgeflechtmanschette 59d eingefügt.
Ferner geht der erste Rohrbereich 31d mit einem Innendurchmesser D1 nicht unmittelbar in einen zweiten Rohrbereich 39d mit einem Innendurchmesser D2 über. Vielmehr ist zwischen den beiden Rohrbereichen 31d, 39d ein dritter Rohrbereich 67 mit einem Innendurchmesser D4 vorgesehen, welcher kleiner ist als der Innendurchmesser D1 und größer als der Innendurchmesser D2. An einer Verjüngung bzw. Radialschulter 69 zwischen dem ersten Rohrbereich 31d und dem dritten Rohrbereich 67 ist eine Anschlagschulter gebildet, an welcher die von dem Rohrflansch 17d abgewandte Distanzhülse 47d zur Anlage kommt, um ein Verrutschen des Katalysatorträgerkörpers 42 in das Katalysatorhalterohr 27d hinein zu verhindern.
Eine in 7 gezeigte Ausführungsform der Abgasbehandlungsanordnung weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die anhand der 6 erläuterte Ausführungsform. Im Unterschied hierzu weist ein erster Rohrbereich 31e eines Katalysatorhalterohrs 27e eine Umfangsnut 71 auf, in welcher eine Distanzhülse aus Blech 47e zur Abstützung eines Katalysatorträgerkörpers 42e gegenüber dem ersten Rohrbereich 31e mit einem Bereich 51e eingerastet ist, um den Katalysatorträgerkörper 42e sowohl in Richtung in das Katalysatorhalterohr 27e hinein als auch in die hierzu entgegengesetzte Richtung axial festzulegen.
Eine in 8 dargestellte Abgasbehandlungsanordnung 1f weist einen ähnlichen Aufbau auf, wie die anhand der 1 und 2 erläuterte Abgasbehandlungsanordnung. Im Unterschied hierzu ist jedoch eine vordere Stirnfläche von Katalysatorträgerkörpern 42f nicht im wesentlichen unmittelbar an Abgasausstoßöffnungen 9f angeordnet. Vielmehr weisen diese Stirnflächen von den Abgasausstoßöff nungen einen Abstand B von etwa 20 cm auf.
Eine in 9 schematisch dargestellte Abgasbehandlungsanordnung 1g weist einen Aufbau auf, der der in 8 gezeigten Abgasbehandlungsanordnung ähnlich ist. Auch hier sind vordere Stirnflächen von Abgaskatalysatoren 29g mit einem vergrößerten Abstand B von etwa 30 cm von Abgasausstoßöffnungen 9g eines Zylinderkopfes 5g angeordnet. Allerdings ist ein jeder Abgaskatalysator 29g nicht separat einer einzigen Abgasausstoßöffnung 9g zugeordnet. Vielmehr ist ein jeder Abgaskatalysator 29g einer Gruppe aus zwei Abgasausstoßöffnungen 9g zugeordnet. Hierbei ist zwischen einem ersten Rohrbereich eines Katalysatorhalterohrs 27g, in dem der Abgaskatalysator 29g aufgenommen ist, und Rohrflanschen 17g, welche mit den Abgasausstoßöffnungen 9g verschraubt sind, eine Rohrverzweigung 75 angeordnet, um die Abgase von zwei Abgasausstoßöffnungen 9g einem Abgaskatalysator 29g zuzuführen.
An die ersten Rohrbereiche 31g, in welchen die Abgaskatalysatoren 29g aufgenommen sind, schließen sich zweite Rohrbereiche 39g der Katalysatorhalterohre 27g an, welche in einer weiteren Rohrzusammenführung 19g münden, um die Abgase aller vier Zylinder des Motors 5g zu einem gemeinsamen Sammelrohr 21g zusammenzuführen.
Wie in 10 dargestellt ist, sind der erste Rohrbereich 31g und der zweite Rohrbereich 39g wiederum aus einem einzigen Rohrstück gefertigt. Die Rohrverzweigung 75 ist mit dem ersten Rohrbereich 31g mit einer Schweißnaht 77 verschweißt, welche gefertigt wurde, nachdem der Katalysatorträgerkörper 42g in den ersten Rohrbereich eingefügt wurde.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist der Katalysatorträgerkörper ein keramischer Katalysatorträgerkörper, welcher an seinem Außenmantel metallisiert ist, um daran eine Metallhülse zur Abstützung des Katalysatorträgerkörpers in dem Katalysatorhalterohr metallurgisch befestigen zu können. Es ist jedoch auch vorgesehen, den Katalysatorträgerkörper nicht aus einem Keramikmaterial zu fertigen, sondern aus einem Metallmaterial, wobei dann die Befestigung der Metallhülse vereinfacht ist.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen wurde ferner eine Drahtgeflechtmanschette dazu verwendet, den Katalysatorträgerkörper schwingungsdämpfend gegenüber dem Katalysatorhalterohr abzustützen. Abweichend davon ist diese Funktion jedoch nicht auf eine Drahtgeflechtmanschette beschränkt. Vielmehr können andere Manschetten vorgesehen werden, wie beispielsweise Gewirke oder Gewebe aus Drähten, Bändern usw., welche auch nicht unbedingt aus Metall gefertigt sein müssen und etwa Mineralfasern oder ähnliches beinhalten können.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen ist jeweils in dem ersten Bereich des Katalysatorhalterohrs jeweils ein einziger Katalysatorträgerkörper angeordnet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, in dem ersten Rohrbereich mehrere Katalysatorträgerkörper anzuordnen, und zwar insbesondere axial hintereinander.

Claims

Abgasbehandlungsanordnung für eine Brennkraftmaschine (3) mit wenigstens einer Abgasausstoßöffnung (9), umfassend: wenigstens einen brennkraftmaschinennahen Abgaskatalysator (29), welcher wenigstens einen zylindrischen Katalysatorträgerkörper (42) umfaßt, wenigstens ein Katalysatorhalterohr (27), welches einen ersten Rohrbereich (31), in dem der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) aufgenommen ist, und einen an den ersten Rohrbereich (31) sich anschließenden zweiten Rohrbereich (39) zum Abführen von in dem Katalysatorträgerkörper (42) behandeltem Abgas aufweist, wobei ein Innendurchmesser (D1) des ersten Rohrbereichs (31) größer ist als ein Innendurchmesser (D2) des zweiten Rohrbereichs (39), und wenigstens einen unmittelbar an den ersten Rohrbereich (31) angrenzenden Flansch (17), dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Flansch (17) zur unmittelbaren Ankopplung an die wenigstens eine Abgasausstoßöffnung (9) der Brennkraftmaschine (3) vorgesehen ist, und wobei der erste Rohrbereich (31) und der zweite Rohrbereich (39) des wenigstens einen Katalysatorhalterohrs (27) aus einem einzigen Rohrstück integral geformt sind.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, wobei zwischen dem ersten Rohrbereich (31) und dem zweiten Rohrbereich (39) ein dritter Rohrbereich (67) mit einer Radialschulter (69) angeordnet ist, wobei ein Innendurchmesser (D4) des dritten Rohrbereichs (67) kleiner ist als ein Innendurchmesser (D1) des ersten Rohrbereichs (31) und größer ist als ein Innendurchmesser (D2) des zweiten Rohrbereichs (39), und wobei die Radialschulter (69) dazu vorgesehen ist, den Katalysatorträgerkörper (42) in einer Abgasströmungsrichtung (37) zu fixieren.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der erste Rohrbereich (31), der zweite Rohrbereich (39) und der dritte Rohrbereich (67) des wenigstens einen Katalysatorhalterohrs (27) aus einem einzigen Rohrstück integral geformt sind.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) einen dem wenigstens einen Flansch (17) zugewandten axial vorderen Endbereich und einen von dem wenigstens einen Flansch (17) abgewandten axial hinteren Endbereich aufweist und wenigstens an den vorderen und hinteren Endbereichen radial gegenüber dem ersten Rohrbereich (31) abgestützt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 4, wobei in dem vorderen oder/und hinteren Endbereich eine als ein Geflecht oder/und Gewirk oder/und Gewebe ausgebildete Manschette (59) aus insbesondere Draht zwischen dem wenigstens einen Katalysatorträgerkörper (42) und dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs (31) eingefügt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend wenigstens eine Distanzhülse (47), die einerseits an dem Katalysatorträgerkörper (42) festgelegt ist und andererseits gegenüber dem ersten Rohrbereich (31) radial abgestützt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 6, wobei, gesehen im Axiallängsschnitt, die Distanzhülse (47) sich ausgehend von einem an dem Katalysatorträgerkörper (42) festgelegten Bereich (49) in Abgasströmungsrichtung (37) und nach radial außen zu einem an dem ersten Rohrbereich (31) sich abstützenden Bereich (51) erstreckt.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7 in Verbindung mit Anspruch 5, wobei der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) an dem vorderen Endbereich durch die Distanzhülse (47) und an seinem hinteren Endbereich durch die Manschette (59) gegenüber dem ersten Rohrbereich abgestützt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7 in Verbindung mit Anspruch 5, wobei die Manschette (59c) radial zwischen einem sich an dem ersten Rohrbereich (31c) abstützenden Bereich (51c) der Distanzhülse (47c) und dem wenigstens einen Katalysatorträgerkörper (42c) eingefügt ist.
Abgasbehandlungsanordnung für eine Brennkraftmaschine (3) mit wenigstens einer Abgasausstoßöffnung (9), umfassend: wenigstens einen brennkraftmaschinennahen Abgaskatalysator (29), welcher wenigstens einen zylindrischen Katalysatorträgerkörper (42) umfaßt, wenigstens ein Katalysatorhalterohr (27), welches einen ersten Rohrbereich (31), in dem der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) aufgenommen ist, und einen an den ersten Rohrbereich (31) sich anschließenden zweiten Rohrbereich (39) zum Abführen von in dem Katalysatorträgerkörper (42) behandeltem Abgas aufweist, und wenigstens eine Distanzhülse (47), welche einerseits am Katalysatorträgerkörper (42) festgelegt ist und andererseits gegenüber dem ersten Rohrbereich (31) radial abgestützt ist, wobei die Distanzhülse (47) sich ausgehend von einem an dem Katalysatorträgerkörper (42) festgelegten Bereich (49) in einer Abgasströmungsrichtung (37) und nach radial außen zu einem an dem ersten Rohrbereich (31) sich abstützenden Bereich (51) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Rohrbereich (31) unmittelbar an wenigstens einen Flansch (17) angrenzt, wobei der wenigstens eine Flansch (17) an die wenigstens eine Abgasausstoßöffnung (9) ankoppelbar ist, und wobei zwischen dem ersten Rohrbereich (31) und dem zweiten Rohrbereich (39) ein dritter Rohrbereich (67) mit einer Radialschulter (69) angeordnet ist, wobei ein Innendurchmesser (D4) des dritten Rohrbereichs (67) kleiner ist als ein Innendurchmesser (D1) des ersten Rohrbereichs (31) und größer ist als ein Innendurchmesser (D2) des zweiten Rohrbereichs (39), und wobei die Radialschulter (69) dazu vorgesehen ist, den wenigstens einen Katalysatorträgerkörper (42) in der Abgasströmungsrichtung (37) zu fixieren.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 10, wobei der erste Rohrbereich (31), der zweite Rohrbereich (39) und der dritte Rohrbereich (67) des wenigstens einen Katalysatorhalterohrs (27) aus einem einzigen Rohrstück integral geformt sind.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) einen dem wenigstens einen Flansch (17) zugewandten axial vorderen Endbereich und einen von dem wenigstens einen Flansch (17) abgewandten axial hinteren Endbereich aufweist und wenigstens an den vorderen und hinteren Endbereichen radial gegenüber dem ersten Rohrbereich (31) abgestützt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 12, wobei in dem vorderen oder/und hinteren Endbereich eine als ein Geflecht oder/und Gewirk oder/und Gewebe ausgebildete Manschette (59) aus insbesondere Draht zwischen dem wenigstens einen Katalysatorträgerkörper (42) und dem Innenmantel des ersten Rohrbereichs (31) eingefügt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 13, wobei der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) an dem vorderen Endbereich durch die Distanzhülse (47) und an seinem hinteren Endbereich durch die Manschette (59) gegenüber dem ersten Rohrbereich abgestützt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach Anspruch 13, wobei die Manschette (59c) radial zwischen einem sich an dem ersten Rohrbereich (31c) abstützenden Bereich (51c) der Distanzhülse (47c) und dem wenigstens einen Katalysatorträgerkörper (42c) eingefügt ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei, gesehen im Axiallängsschnitt, die Distanzhülse (47) sich ausgehend von einem an dem Katalysatorträgerkörper (42) festgelegten Bereich (49) in eine Axialrichtung und nach radial außen zu einem an dem ersten Rohrbereich (31) sich abstützenden Bereich (51) erstreckt.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, wobei die wenigstens eine Distanzhülse (47) sich in eine Axialrichtung über einen Bereich, an welchem die Distanzhülse (47) an dem ersten Rohrbereich radial abgestützt ist, hinaus und nach radial innen erstreckt.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, wobei sowohl an einem vorderen als auch an einem hinteren Endbereich des Katalysatorträgerkörpers (42) eine Distanzhülse (47) festgelegt ist, wobei beide Distanzhülsen (47) sich in eine gemeinsame Axialrichtung von ihrem an dem wenigstens einen Katalysatorträgerkörper (42) festgelegten Bereich (49) zu dem an dem ersten Rohrbereich (31) abstützenden Bereich (51) erstrecken.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, wobei ein Innenmantel des ersten Rohrbereichs (31e) eine Umfangsnut (71) aufweist und die Distanzhülse (47e) mit der Umfangsnut (71) in Eingriff steht und insbesondere in diese eingerastet ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, wobei die Distanzhülse (47a) reibschlüssig an einem Innenmantel des ersten Rohrbereichs (31a) anliegt.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, wobei die Distanzhülse (47) mit einem Innenmantel des ersten Rohrbereichs (31) verschweißt oder verlötet ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei der wenigstens eine Katalysatorträgerkörper (42) mit im wesentlichen seiner gesamten axialen Länge im ersten Rohrbereich (31) aufgenommen ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei ein Durchmesser (D3) des wenigstens einen Katalysatorträgerkörpers (42a) gleich oder größer ist als der Innendurchmesser (D2) des zweiten Rohrbereichs (39a).
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei ein Abstand (B) zwischen dem wenigstens einen Flansch (17) und dem wenigstens einen Katalysatorträgerkörper (42) kleiner als 1 m, insbesondere kleiner als 0,5 m und insbesondere kleiner als 0,25 m ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei ein Außenmantel (45) des wenigstens einen Katalysatorträgerkörpers (42) mit Abstand (A) von einem Innenmantel des ersten Rohrbereichs (31) angeordnet ist.
Abgasbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die Abgasbehandlungsanordnung mehrere brennkraftmaschinennahe Abgaskatalysatoren (29g), von denen ein jeder wenigstens einen zylindrischen Katalysatorträgerkörper (42g) umfaßt, eine Mehrzahl von Gruppen von jeweils mehreren Rohrflanschen (17g), wobei ein jeder Rohrflansch (17g) zur unmittelbaren Ankopplung an jeweils eine der mehreren Abgasausstoßöffnungen (9g) vorgesehen ist, und eine Mehrzahl von Katalysatorhalterohren (27g), mit jeweils einem ersten Rohrbereich (31g), in dem wenigstens ein Katalysatorträgerkörper (42g) aufgenommen ist, wobei ein jedes der Katalysatorhalterohre (27g) über eine Rohrverzweigung (75) an die Rohrflansche (17g) jeweils einer Gruppe von Rohrflanschen gekoppelt ist, umfaßt.