DE1476621B1 - Katalysatorauspufftopf fuer Brennkraftmaschinen,insbesondere von Fahrzeugen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Katalysatorauspuff für schützen, indem verhindert wird, daß die in der Brennkraftmaschinen, wie er insbesondere bei Fahr- Katalysatorschicht entstehende Reaktionswärme zu zeugen gebraucht wird. Obgleich die katalytische Be- der gelochten Trennwand gelangt und diese zerstört, handlung von Auspuffgasen insofern vorteilhaft ist, Dabei geht die Erfindung von der aufstromseitig zum als sie bei allgemein niedrigerer Temperatur arbeitet 5 Vorrat von zerkleinertem Katalysator angeordneten als bei Nachverbrennung mit offener Flamme, treten durchlässigen Schicht aus inertem feuerfestem Oxid häufig Temperaturschwankungen in den katalytischen aus, zur Erfüllung der Aufgabe der Erfindung dürfen Umwandlern auf, die zu übermäßigen Beanspruchun- diese jedoch im Gegensatz zu der bekannten Vorrichgen der Bauteile führen. Wenn beispielsweise die rung nicht wärmeleitfähig sein und die Reaktions-Auspuffgase ungewöhnlich reich an brennbaren Be- ίο wärme speichern, sondern gemäß der Erfindung standteilen sind, dann entsteht in einem Teil des , müssen diese .Oxidteilchen eine mittlere Wichte von Katalysatorauspufftopfs sehr leicht eine unzulässig weniger als 0^3 g/cm³ und eine Teilchengröße von hohe Temperatur. Es kann also während gewisser 0,8 bis 8 mm haben, wobei ihre Schichthöhe min-Betriebsperioden, insbesondere während der Be- destens doppelt so groß wie ihr Teilchendurchschleunigung, eine heiße, glühende Katalysatorober- 15 messer ist.

fläche am Eingang des Katalysatorbetts vorhanden Diese Oxidteilchenschicht bietet den Vorteil, daß

sein, die Zündung und Flammenfortschritt in dem in trotz der Verwendung neuzeitlicher, sehr wirksamer diesen Teil des katalytischen Konverters eintretenden Katalysatorteilchen, mit denen den jetzigen scharfen Gas-Luft-Gemisch hervorruft. Flammenbildung und Reinigungsanforderungen für Auspuffgase entspro-Abfall sind bei hohen und stark schwankenden Tem- 20 chen wird, die auf der Aufstromseite befindliche geperaturen im Einlaßteil der Vorrichtung äußerst lochte Trennwand gegen hohe Temperatur- und rasch. Bei einem Versuchsbetrieb zeigte sich beispiels- Wärmeschwankungen geschützt bleibt, und somit weise, daß die Temperatur im Verteilungsabschnitt eine Beschädigung oder gar Zerstörung des Siebes eines katalytischen Konverters zwischen etwa 480 ausgeschaltet ist. Durch eine Wärmespeichermasse und 1040° C schwankte, der bei einem sich wieder- 25 von hoher Wichte und Wärmespeicherfähigkeit, z. B. holenden 13-Stufenzyklus von 3V2 Minuten bestehend aus geschmolzener Tonerde, könnte diese Wirkung aus Leerlauf, Beschleunigung, zügiger Fahrt und nicht erreicht werden.

Verlangsamung arbeitete. Unter diesen Bedingungen Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der

ist die Katalysatorschicht besonders am Einlaßsieb Erfindung werden als durchlässige inerte Schicht Oxydationsbedingungen bei hohen Temperaturen und 30 kugelige Aluminiumoxidteilchen von 2,4 bis 4,8 mm raschem Wechsel thermischer Beanspruchung aus- mittleren Durchmesser verwendet, deren Schichthöhe gesetzt. Dies führt zum Verziehen und schließlich mindestens das Dreifache ihres Durchmessers bezum Brechen des Einlaßsiebs, was wiederum zum trägt. Andererseits ist es aber zweckmäßig, die durch-Ausfall der Einheit infolge schlechten Gasflusses und lässige inerte Schicht im Vergleich zur Katalysator-Verlust aus der Katalysatorschicht führen kann. 35 schicht niedrig zu halten und zwischen den beiden

Auf Grund der USA.-Patentschrift 2898 202 ist Schichten eine Gaze aus hochfeuerfestem legiertem ein Katalysatorauspufftopf für Brennkraftmaschinen Werkstoff anzuordnen. Auf diese Weise bleibt die bekannt, bei dem innerhalb einer Kammer mit Gas- Gesamthöhe der beiden Schichten im Katalysatorauseinlaß- und Gasauslaßstutzten und zugehörigem Gas- pufftopf relativ niedrig, wodurch der Strömungswiderverteilungsabschnitt und Gassammeiabschnitt zwi- 40 stand der Auspuffgase durch die Anordnung der sehen zwei gelochten Trennwänden ein Vorrat von Isolierschicht nach der Erfindung nicht wesentlich zerkleinertem Katalysator und aufstromseitig hierzu erhöht wird.

eine durchlässige Schicht aus inertem feuerfestem In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs-

Oxid, vorzugsweise Aluminiumoxid, angeordnet ist. formen der Erfindung dargestellt.
Diese Vorrichtung geht davon aus, daß die Abgase 45 Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit im wesentlichen häufig brennbare Bestandteile nicht in so reichlicher zylindrischer Form und darin schräg angeordneter Menge enthalten, um eine angemessene hohe Tempe- Katalysatorschicht;

ratur für ihre katalytische Verbrennung zu unter- F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der das

halten, so daß eine Wärmezufuhr durch Brennstoff- Gehäuse parallelogrammförmigen Querschnitt hat zusatz zu den Auspuffgasen erforderlich ist. Die dem 50 und die Katalysatorschicht waagrecht liegt;
zerkleinerten Katalysator aufstromseitig vorgeschal- F i g. 3 zeigt eine Vorrichtung von zylindrischer

tete Schicht aus feuerfestem Oxid erfüllt die Auf- Form, bei der die Katalysatorschicht die Gestalt gäbe, die durch die katalytische Oxydation freigesetzte eines Hohlkegels hat;

Wärme von der Katalysatorschicht auf das Gas- Fig.4 ist ein Querschnitt nach Linie 4-4 der

Brennstoff-Gemisch zu übertragen und gleichzeitig 55 Fig. 3;

eine gleichmäßige Vermischung von Brennstoff und F i g. 5 zeigt eine Vorrichtung mit sich in Strö-

Gasen zu erhalten, so daß das Gemisch auf die er- mungsrichtung verjüngendem Gehäuse und ringförforderliche Reaktionstemperatur vorgewärmt wird. miger Katalysatorschicht.

Infolgedessen muß die feuerfeste Oxidschicht eine Das Gehäuse 1 des Katalysatorauspufftopfs nach

hohe Wärmespeicherkapazität haben, weshalb ge- 60 F i g. 1 hat einen Einlaßstutzen 2 und einen Auslaßschmolzene Tonerdeteilchen als zweckmäßig an- stutzen 3; im Inneren des Gehäuses befinden sich gesehen werden. zwischen den gelochten Trennwänden 4 und 5 die

Im Gegensatz hierzu hat die Erfindung sich die beiden Teilchenschichten. Der untere und größere Aufgabe gestellt, die gewöhnlich aus einem Sieb be- Raumabschnitt zwischen den Lochplatten ist mit stehende gelochte Trennwand zwischen dem Gasver- 65 Katalysatorteilchen 6 gefüllt. Die Schicht aus inerten teilungsabschnitt und der Katalysatorschicht vor der feuerfesten Teilchen 7 gemäß der Erfindung befindet thermischen Beanspruchung durch die zeitweilig sehr sich oberhalb der Katalysatorschicht 6. Eine Verhohen und rasch wechselnden Temperaturen zu mischung der Katalysatorteilchen 6 und der inerten

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Teilchen 7 wird durch ein Trennsieb 8 aus Leichtmetallegierung auf der ganzen Oberfläche des Katalysatorabschnitts verhindert.

Es verstellt sich, daß die Auspuffgase auch aufwärts durch den Katalysatorabschnitt statt abwärts, wie dargestellt, fließen können. In diesem Fall liegt die Isolierschicht 7 unter der Schicht aus Katalysatorteilchen 6 entlang ihrer Einlaßseite. Eine Schutzschicht aus inerten Teilchen oder ein feuerfester Isolierfilz kann sich natürlich auch an der Austrittsseite der Katalysatorschicht befinden. Die Lochwände 4 und 5 sind aus schwerem Gazematerial gefertigt oder mit Versteifungsteilen o. dgl. bewehrt. Die Teilchen innerhalb der dünnen Schicht 7 können aus poröser Tonerde, Kieselsäure, Kieselsäure-Tonerde od. dgl. bestehen, aber in jedem Fall sollen sie inert sein, d. h. keine Oxydation der brennbaren Bestandteile auslösen, so daß sie als wirksame Isolierschranke zwischen Teil 4 und der Schicht 6 dienen.

Nach F i g. 2 liegt die Katalysatorschicht 9 waagrecht. Die Lochwände 12 und 13 umschließen die Schicht aus Katalysatorteilchen 9 und die Schicht 14 aus inerten Teilchen aus Tonerde oder sonstigem porösem, inertem, feuerfestem Material von geringerer Wichte als die Katalysatorteilchen 9.

In der Vorrichtung nach Fig. 3 und 4 mit Gehäuse 17, Einlaßstutzen 18 und Auslaßstutzen 19 fließt das Gas durch die ringförmige Katalysatorschicht 20 radial nach außen. Der Gasverteilungsabschnitt 22 mit der inneren Lochwand 21 ist von der äußeren kegelstumpfförmigen Lochwand 23 mit ungelochter Stirnplatte 24 umschlossen, so daß die Gase radial in den Gassammeiabschnitt 25 eintreten. Die Schicht 26 aus inerten feuerfesten Oxidteilchen bildet die Isolierung für die Katalysatorschicht 20 gegenüber der Lochwand 21. Zwischen den beiden Schichten befindet sich das Trennsieb 27. Ein gleicher ringförmiger Aufbau kann natürlich auch bei Kammern von ovaler Form angewandt werden, wobei sich dieselbe Trennung der Teilchen und ein auswärts gerichteter radialer Gasfluß ergibt.

F i g. 5 zeigt eine abgewandelte zylindrische oder ovale Ausführung mit radial einwärts gerichtetem Gasfluß. Das Gehäuse 28 trägt den Einlaßstutzen 29 und den Auslaßstutzen 37 und umgibt die zylindrische Lochwand 31; an deren Innenseite liegt die Isolierschicht 33 aus feuerfesten porösen Oxidteilchen an, die vom Trennsieb 34 getragen wird. Zwischen dem inneren gelochten Rohr 36, dem Trennsieb 34 und der Stirnplatte 38 befindet sich die Katalysatorschicht 32. Das gelochte Rohr 36 umschließt den Gassammeiabschnitt 35. Bei allen dargestellten Ausführungsformen besteht das Trennsieb aus hochtemperaturfestem legiertem Werkstoff.

Die Isolierschicht 7,14, 26 bzw. 33 hat gewöhnlich eine Höhe von etwa 3,2 bis 16 mm und soll bei Verwendung kugeliger Oxidteilchen von mittlerem Durchmesser von 2,4 bis 4,8 mm eine Höhe mindestens gleich dem Dreifachen des Kugeldurchmessers aufweisen. Es können aber auch Strangpreßteilchen zylindrischer oder polygonaler Form von poröser Struktur entsprechend niedriger Dichte verwendet werden. Vorzugsweise beträgt die mittlere Dichte dieser Oxidteilchen weniger als 0,3 g/cm³.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Katalysatorauspufftopf für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Fahrzeugen, bei dem innerhalb einer Kammer mit Gaseinlaß- und Gasauslaßstutzen und zugehörigem Gasverteilungsabschnitt und Gassammeiabschnitt zwischen zwei gelochten Trennwänden ein Vorrat von zerkleinertem Katalysator und aufstromseitig hierzu eine durchlässige Schicht aus inertem, feuerfestem Oxid, vorzugsweise Aluminiumoxid angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Oxidteilchen eine mittlere Wichte von weniger als 0,3 g/cm³ und eine Teilchengröße von 0,8 bis 8 mm haben und daß ihre Schichthöhe mindestens doppelt so groß wie ihr Teilchendurchmesser ist.

2. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kugelige Aluminiumoxidteilchen von 2,4 bis 4,8 mm mittlerem Durchmesser verwendet werden, deren Schichthöhe mindestens das Dreifache ihres Durchmessers beträgt.

3. Auspufftopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige inerte Schicht im Vergleich zur Katalysatorschicht niedrig ist und zwischen den beiden Schichten eine Gaze aus hochtemperaturfestem legiertem Werkstoff angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

ORIGINAL INSPECTED