DE3518756A1

DE3518756A1 - Abgasleitung einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3518756A1
Application number: DE19853518756
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.rer.nat. 5253 Lindlar Kottmann; Wolfgang Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Maus; Hans Peter Dipl.-Ing. 7100 Heilbronn Staudt; Otto Dipl.-Ing. 7107 Nordheim Stulle
Original assignee: Audi AG; Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Audi AG; Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1986-11-27
Also published as: DK240986D0; DK240986A; KR860009214A; EP0205895A1; JPS61272413A; BR8602380A

Description

Abgasleitung einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine an mindestens einer Stelle zerstörungsfrei trennbare Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, in die ein mit einer katalytischen Substanz beschichteter Körper zur Schadstoffreduzierung einbaubar ist.

Katalysatoren werden üblicherweise als komplette Einheit zwischen zwei Abschnitte der Abgasleitung im allgemeinen unter Zwischenschaltung von Flanschen lösbar eingesetzt und bilden einen Teil der Abgasleitung. Da die katalytisch^ Substanz (z.B. Platin oder Rhodium) ihre Wirkung erst ab einer gewissen Temperatur erreicht, ist es wünschenswert, den Katalysatorkörper an einer Stelle in der Abgasleitung anzuordnen, an der die Temperatur der Abgase noch möglichst hoch ist, also möglichst nahe an der Brennkraftmaschine, um ein schnelles Anspringen des Katalysators nach dem Start zu erreichen. Infolge der meist sehr beengten Platzverhältnisse im Motorraum eines Kraftfahrzeuges ist jedoch eine derartige Anordnung meist nicht möglich, zumal die zur Zeit überwiegend verwendeten Katalysatorkörper aus Keramik bestehen und mit Rücksicht auf die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Keramik und der Blechummantelung sowie zum Schutz vor mechanischen Erschütterungen unter Zwischenschaltung einer elastischen Lage, z.B. eines Drahtgeflechtes, unverrückbar in der ummantelung befestigt werden müssen, wodurch der Durchmesser des Katalysators entsprechend vergrößert wird. Da der Katalysator einen Teil der Abgasleitung bildet, ist es nicht möglich, die Brennkraftmaschine ohne Katalysator zu betreiben, was wünschenswert wäre, wenn ein und derselbe Fahrzeugtyp einmal in Länder mit Abgasvorschriften, die einen Katalysator erfordern, und zum anderen in Länder ohne solche AbgasVorschriften geliefert werden soll. Es ist daher auch nicht möglich, den Katalysator kurzzeitig auszubauern, wenn das Fahrzeug vorübergehend in Ländern betrieben wird, in denen kein bleifreies Benzin angeboten wird, was bekanntlich eine unabdingbare Voraussetzung für den Betrieb von Katalysator-Kraftfahrzeugen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine so auszugestalten, daß der Katalysator mit geringstem Aufwand ein- und ausgebaut werden kann, so daß die Brennkraftmaschine wahlweise mit oder ohne Katalysator betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch "die Merkmale dösTiennze chens des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag bildet der Katalysator im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen kein Teil der Abgasleitung, sondem er ist herausnehmbar in die Abgasleitung eingesetzt. Demzufolge kann ein und dieselbe Abgasleitung sowohl für Fahrzeuge ohne Katalysator, als auch für solche mit Katalysator verwendet werden. Wird ein Katalysator benötigt, so braucht die Abgasleitung lediglich an der Trennstelle getrennt und der Katalysatorkörper eingesetzt zu werden. Die Trennstelle wird bevorzugt in üblicher Weise mit zusaitr menschraubbaren Flanschen versehen, so daß das Einsetzen, Herausnehmen oder Auswechseln des Katalysatorkörpers keinerlei Schwierigkeiten bereitet.

Der Hohlraum zur Aufnahme des Katalysatorkörpers kann an sich an jeder beliebigen Stelle der Abgasleitung angeordnet werden, vorzugsweise jedoch im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder in dem direkt daran anschließenden Auspuffkrümmer, da dort die Temperatur der Abgase am höchsten und somit ein schnelles Anspringen des Katalysators gewährleistet ist. Der Katalysator kann auch an anderen Stellen der Abgasleitung, an denen die Abgasleitung normalerweise getrennt ist, beispielweise neben dem Anschlußflansch eines Schalldämpfers oder einer Abgasturbine, vorgesehen werden.

Selbstverständlich können auch mehrere Katalysatorkörper hintereinander und/oder an verschiedenen Stellen der Abgasleitung vorgesehen werden, die gegebenenfalls verschiedene Funktionen zu erfüllen haben.

Bevorzugt wird die Verwendung eines metallischen Katalysatorträgerkörpers vorgeschlagen, da dieser einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie das Material der Abgasleitung, so daß die eingangs erwähnten, bei keramischen Katalysatorträgerkörper erforderliehen Maßnahmen nicht nötig, sind. Dies hat zur Folge, daß der Katalysator kleinere Abmessungen hat und daher leichter nahe der Brennkraftmaschine angeordnet werden kann.

Wie erwähnt, ist die Abgasleitung an der Trennstelle vorzugsweise mit

ORIGINAL IMSFECTEO

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zusairmenschraubbaren Flanschen versehen. Um ein Klappern des Katalysatorkörpers in dem Hohlraum zu vermeiden, ist es dabei zweckmäßig, zwischen den Flanschen eine elastische Dichtung anzuordnen und den Durchmesser des Katalysatorkörpers größer zu wählen als den Innendurchmesser der Abgasleitung an der Trennstelle vor-bzw. hinter dem Hohlraum. Beim Zusammenschrauben der Flansche wird der Katalysatorkörper an die von der Trennstelle abgewandte Stirnfläche des Hohlraums angedrückt, wobei die elastische Dichtung in der Lage ist, Fertigungstoleranzen auszugleichen. Die elastische Dichtung wird durch den Katalysatorkörper vor direkter Beaufschlagung mit heißen Abgasen geschützt. Der Hohlraum sollte dabei gegenüber dem Katalysatorkörper ein geringes axiales Untermaß aufweisen. Eine Zentrierung des Katalysators in dem Hohlraum kann dadurch erreicht werden, daß der Hohlraum an seiner von der Trennstelle abgewandten Stirnfläche mit einer kegelig geformten Anlagefläche für den Katalysatorkörper versehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1, eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit Abgastürbolader in schernatischer Darstellung, und

Fig. 2, einen Längsschnitt einer Trennstelle der Abgasleitung mit eingesetztem Katalysatorkörper in größerem Maßstab.

In Fig. 1 ist mit 1 der Zylinderkopf einer Vierzylinder-Fahrzeug- -Brennkraftmaschine bezeichnet, an deren Auslasskanäle zwei Auspuffkrümmer 2 und 3, jeweils einer für zwei Zylinder, angeflanscht sind. An die Enden der Auspuffkrümmtner 2 und 3 ist bei 4 ein Hosenrohr 5 angeflanscht, das durch eine Flanschverbindung 6 mit der Abgasturbine 7 eines Abgasturboladers verbunden ist. An den Ausgang der Abgasturbine 7 ist bei 8 ein weiterer Abschnitt 9 der Abgasleitung angeflanscht, der durch eine Flanschverbindung 10 mit einem Vorschalldämpfer 11 verbunden ist. An den Vor schalldämpfer 11 ist bei 12 ein Hauptschalldämpfer 13 angeflanscht, der wiederum durch eine Flanschverbindung 14 mit dem Auspuffrohr 15 in Verbindung steht.

Vor oder hinter jeder Trennstelle der Abgasleitung, also an der Flanschverbindung der Auspuffkrümmer 2,3 mit dem Zylinderkopf 1 .^owie an den

Flanschverbindungen 4,6,8,10,12 oder Ϊ4 kann in der Abgasleitung, (hierzu zählen .auch die im Zylinderblock 1 vorgesehenen Auslasskanäle) ein in Figur 2 näher dargestellter Hohlraum 16 vorgesehen werden, dessen Innendurchmesser größer ist als der Innendurchiresser d der Abgasleitung und in den ein Katalysatorkörper 17 mit radialem Spiel axial eingeschoben wird. Der Hohlraum 16 weist gegenüber dem dem Katalysatorkörper 17 ein geringes axiales Untermaß auf, so daß der Katalysatorkörper 17, dessen Aussendurchmesser geringfügig größer ist als der Innendurchmesser d der Abgasleitung, beim Zusairmenschrauben der Flansche 18,19 an die von der Trennstelle abgewandte Stirnfläche 20 des Hohlraumes 16 angedrückt wird. Diese Stirnfläche 20 ist kegelig geformt, um eine Zentrierung des Katalysatorkörpers 17 im Hohlraum 16 zu erreichen. Zwischen den Flanschen 18 und 19 ist eine elastische Dichtung 21 vorgesehen, mit der ein dichter Anschluß erreicht wird. Die Dichtung 21 ist durch die Aussenwand des Katalysatorkörpers 17 vor direkter Beaufschlagung mit heißen Abgasen geschützt .

Figur 1 zeigt an den kreuzschraffierten Stellen lediglich alle möglichen Stellen, an denen der Katalysatorkörper 17 angeordnet werden kann. In der Praxis wird nicht an jeder Trennstelle ein Katalysatorkörper vorgesehen.

Bei Verwendung eines metallischen Katalysatorkörpers ist es aufgrund der verhältnismäßig geringen Abmessungen möglich, für jeden Zylinder einen eigenen₍entsprechend kleinen Katalysatorkörper vor oder hinter dem Anschlußflansch der Auspuffkrümmer vorzusehen. Die Anordnung weiterer Katalysatorkörper entlang der Abgasleitung dürfte sich dann im allgemeinen erübrigen.

Es ist ersichtlich, daß die Abgasleitung mit oder ohne Katalysatorkörper 17 verwendet werden kann und daß es zum Einbau, zum Ausbau und zum Austausch der Katalysatorpatrone 17 lediglich erforderlich ist, die betreffende Flanschverbindung zu lösen.

Claims

295/85

AUDI AG 8070 Ingolstadt, und Interatom GmbH,

5060 Bergisch-Gladbach

Abgasleitung einer Brennkraftmaschine

Patentansprüche

ί IyAn mindestens einer Stelle zerstörungsfrei trennbare Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem mit einer Katalysatorsubstanz zur Schadstoff reduzierung beschichteten Körper, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Abgasleitung neben mindestens einer Trennstelle ein Hohlraum (16) vorgesehen ist, in den der Katalysatorkörper (17) mit radialem Spiel axial einschiebbar ist.
2. Abgasleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in bekannter Weise an der Trennstelle mit zusammenschraubbaren Flanschen (18,19) versehen ist, daß zwischen den Flanschen (18,19) eine elastische Dichtung (21) angeordnet ist,
und daß der Durchmesser des Katalysatorkörpers (17) größer ist
als der Innendurchmesser (d) der Abgasleitung an der Trennstelle vor bzw. hinter dem Hohlraum (16).

OR₁G₁NAt
3. Abgasleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Holhraum (16) gegenüber dem Katalysatorkörper (17) ein geringes axiales Untermaß aufweist.
4. Abgasleitung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) an seiner von der Trennstelle abgewandten Stirnfläche eine kegelig geformte AnlageflM-che (20) für den Katalysatorkörper (17) aufweist.
5. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1-4,dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) im Zylinderkopf

(1) der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
6. Abgasleitung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (16) im Auspuffkrümmer (2 bzw.3) angeordnet ist.
7. Abgasleitung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüehe, dadurch gekennzeichnet, daß ein metallischer Katalysatorträgerkörper (17) verwendet wird.