DE3638049A1 - Abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrich­ tung für Kraftfahrzeuge mit wenigstens einem wabenförmig strukturierten monolithischen Keramikkörper in einem metalli­ schen Gehäuse mit stirnseitigen Abgaszu- und -abführstutzen und einer zwischen den Keramikkörpern und dem Gehäuse ange­ ordneten thermisch isolierenden Federmatte, die im Bereich der Abgaszu- und -abführstutzen und der Abstände zwischen den Keramikkörpern durch eine hochtemperaturfeste Abdeckung ge­ schützt ist.

Sie dient der Verminderung der beim Betrieb von Verbrennungs­ kraftmaschinen abgegebenen gasförmigen Schadstoffanteile und Rußpartikel.

Vorgeschlagen wurde schon eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei der eine stoßdämpfend sichere Halterung der Keramikmonolithe im metallischen Außengehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung mit einer zwischengeordneten Mineralfaserschicht erreicht wird, die aus einem über beide Keramikmonolithe hinweg in die konischen Abgaszu- und -abführungsstutzen hinreichenden und zwei gesonder­ ten, den Hauptteil der konischen Stutzen auskleidenden Faser­ mattenabschnitten besteht, die in einem ringförmigen Stirnab­ schnitt aneinandergrenzen.

Es wurde nun gefunden, daß eine das Betriebsverhalten einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung wesentlich verbessernde Anordnung erfindungsgemäß dadurch erreicht werden kann, daß sich die vorzugsweise aus einer mit Vermiculit durchsetzten Aluminiumsilikatwolle bestehende Federmatte zur stoß- und schalldämpfenden Lagerung der Keramikmonolithe und der wärmeabschirmenden Auskleidungstrichter in den konischen Abgasführungsstutzen durchgehend über die gesamte Länge des metallischen Gehäuses erstreckt.

Damit wird eine die bruchempfindlichen Keramikmonolithe ein­ wandfrei sicher halternde und stoßdämpfend im metallischen Außengehäuse lagernde Anordnung erreicht und das tragende Gehäuse optimal vor thermischer Überlastung durch die heißen Abgase geschützt und dabei gleichzeitig die Körper­ schallabstrahlung der Abgasreinigungseinrichtung wesentlich reduziert.

Zur optimalen Abschirmung der Federmatte vor direkter Ein­ wirkung der heißen strömenden Abgase sieht die Erfindung weiter vor, die in den Abgaszu- und -abführstutzen angeord­ neten, aus hoch hitzebeständigem Stahl bestehenden Ausklei­ dungstrichter im Bereich ihrer äußeren Enden mit dem Gehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung zu verschweißen und den Ein­ bauabstand zwischen den monolithischen Keramikkörpern und den Auskleidungstrichtern so zu bemessen, daß die Auskleidungs­ trichter im Betriebszustand der Anordnung an den Stirnseiten der Monolithe anliegen und den im Kaltzustand vorhandenen Zwischenraum verschließen, der also gerade dazu ausreicht, daß sich die Metalltrichter entsprechend dem Wärmedehnungs­ koeffizienten des Werkstoffes, aus dem sie bestehen, im Betriebszustand der Anlage soweit in Achsrichtung zum jeweils angrenzenden Monolithen hin ausdehnen können, daß sie an diesem unter vollständiger Abdichtung des im kalten Zustand der Anlage vorhandenen Einbauspaltes anliegen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sollen die monolithischen Keramikkörper mit einem Abstand vorzugs­ weise 10 bis 40 mm in metallischen Gehäuse angeordnet und die thermisch isolierende Federmatte durch eine aus hoch­ temperaturbeständigem Werkstoff bestehende Manschette ab­ geschirmt sein, die mindestens so lang ausgebildet ist, daß sie den freien Raum zwischen den Keramikmonolithen um­ schließt und deren angrenzende Endbereiche übergreift.

Die Abschirmung der isolierenden Federmatte gegenüber den hindurchströmenden Abgasen kann erfindungsgemäß noch da­ durch verbessert werden, daß die den Zu- und -abführstutzen benachbarten Endbereiche der Keramikmonolithe von je einer Manschette abgedeckt sind, welche auch die angrenzenden Randbereiche der Auskleidungstrichter umschließt, wobei die Abdeckmanschetten die Keramikmonolithe und die Aus­ kleidungstrichter vorzugsweise auf einer Länge zwischen 5 und 20 mm übergreifen sollen.

Es liegt auch im Sinne der Erfindung, statt des oben genann­ ten Einbaus mehrerer Abdeckmanschetten eine sowohl den freien Raum zwischen den Keramikmonolithen als auch die Einbauspalte zwischen deren äußeren Enden und den Ausklei­ dungstrichtern der Abgaszu- und -abführstutzen umschließende durchgehende Abdeckmanschette vorzusehen.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung soll die durchgehende Abdeckmanschette fensterartige Ausneh­ mungen aufweisen, in deren Bereich eine direkte Kraftüber­ tragung der radialen, zur Halterung der Monolithe dienenden Spannkräfte möglich ist. Als optimale Bemessung hat sich dabei erwiesen, wenn sich die fensterartigen Ausnehmungen über mindestens 2/3 der Oberfläche der Keramikmonolithe er­ strecken.

Besonders geeignete Werkstoffe für die genannten Abdeckman­ schetten sind sowohl hitzebeständige Stahlbleche mit einer Stärke von 0,04 bis 0,3 mm, als auch Keramikpapier, Keramik­ vlies oder Keramikgewebe von vorzugsweise 0,5 bis 2 mm Wand­ dicke.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfin­ dungsgemäße Abgasreinigungseinrichtung mit in deren oberer und unterer Figurenhälfte unterschiedlichen Längenausdehnungen der Abdeckmanschetten und

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1.

Die einzelnen Teile der Abgasreinigungseinrichtung 1 sind in einem metallischen Gehäuse 2 angeordnet, das aus einem im wesentlichen zylindrischen Mittelabschnitt 3 und zwei daran anschließenden sich konisch nach außen verjüngenden Abgaszug- und -abführstutzen 4, 5 besteht. Im Mittelabschnitt 3 des Metallgehäuses 2 sind die das Ausfiltern unerwünschter Schad­ stoffe bewirkenden, wabenartig strukturierten, ggf. katalyt­ beschichteten Keramikmonolithe 6, 7 so angeordnet, daß ihre Endabschnitte 8, 9 unweit des Überganges des zylindrischen Gehäuseabschnittes 3 in die konischen Stutzen 4, 5 liegen und zwischen ihnen ein Abstand 10 besteht, dessen Breite vor­ zugsweise zwischen 10 und 40 mm betragen soll.

Die außerordentlich bruchempfindlichen Keramikmonolithe 6, 7 sind im Gehäuseabschnitt 3 mittels einer Federmatte 11 dämpfend gehaltert, die vorzugsweise aus einer Aluminiumsilikatwolle besteht, welche mit Vermiculit durchsetzt ist, das sich beim Erwärmen um ein Vielfaches seines ursprünglichen Volumens ausdehnt und damit den sicheren Halt der Keramikmonolithe 6, 7 auch während der Ausdehnung des Metallgehäuses 2 beim Betrieb der Abgasreinigungseinrichtung 1 gewährleistet.

Die Federmatte 11 erstreckt sich sowohl über den Mittelab­ schnitt 3 des metallischen Gehäuses 2, als auch über die Gaszu- und -abführstutzten 4, 5, in denen sie durch Ausklei­ dungstrichter 12, 13 gegenüber den durchströmenden Gasen abgeschirmt ist.

Die aus Metallblech, vorzugsweise aus hochhitzebeständigen Stahl bestehenden Auskleidungstrichter 12, 13 sind im Bereich ihrer äußeren Enden 14, 15 mit dem Metallgehäuse 2 der Abgas­ reinigungseinrichtung verschweißt und schließen damit die zwischen dem Gehäuse 2 und den Auskleidungstrichtern 12, 13 liegende Federmatte 11 dicht nach außen ab. Zum Schutz dieser Matte 11 vor dem auftreffenden Gasstrom sind die Auskleidungs­ trichter 12, 13 in ihren den Keramikmonolithen 6, 7 benachbar­ ten Randbereichen 16, 17 wie Fig. 1 zeigt, leicht in Richtung der Mittellängsachse der Abgasreinigungseinrichtung 1 geneigt, und zwar so wenig, daß zwar der pulsierende Gasstrom etwas abgelenkt und sein direktes Auftreffen auf die vor dem Auf­ blasen zu schützende Federmatte 11 ausgeschlossen, anderer­ seits aber der wirksame Eintrittsquerschnitt der Keramikmono­ lithe 6, 7 nur geringfügig vermindert wird.

Die Auskleidungstrichter 12, 13 liegen, wie ebenfalls Fig. 1 zu entnehmen ist, bei der Montage, d.h. im kalten Zustand der Anordnung nicht den äußeren Stirnseiten der Keramikmono­ lithe an. Vielmehr ist zwischen diesen Teilen ein Einbauab­ stand 18, 19 belassen, dessen Größe gerade so bemessen ist, daß er im Betriebszustand der Abgasreinigungseinrichtung infolge der um einige hundert Grad höheren Temperaturen durch die wärmebedingte größere räumliche Ausdehnung der Auskleidungstrichter 12, 13 gerade ausgefüllt wird, so daß deren Randbereiche 16, 17 den Stirnseiten der Keramikmono­ lithe 6, 7 dicht anliegen.

Zur weiteren Abschirmung der Federmatte 11 vor der Berührung mit durch die Anlage strömenden heißen Gasen sieht die Er­ findung zusätzliche Abdeckmanschetten vor, die in die kriti­ schen Bereiche der Abgasreinigungseinrichtung eingegliedert werden, und zwar einmal im Abstandsbereich 10 zwischen den beiden Keramikmonolithen 6 und 7, bei dem in der oberen Hälfte von Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel durch eine Manschette 20, deren Länge so bemessen ist, daß sie den freien Raum 10 zwischen den Keramikmonolithen 6, 7 umschließt und auch noch deren angrenzende Endbereiche 21, 22 übergreift. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind noch zwei weitere Manschet­ ten 23, 24 vorgesehen, welche die den Abgaszu- und -abführ­ stutzen 4, 5 benachbarten Endbereiche 8, 9 der Keramikmono­ lithe 6, 7 abdecken und gleichzeitig die angrenzenden Randbe­ reiche 16, 17 der Auskleidungstrichter 12, 13 umschließen.

Es liegt jedoch auch im Sinne der Erfindung, statt dieser einzelnen Manschetten 20, 23, 24 eine durchgehende Manschette 25 vorzusehen, die sich über die gesamte Länge des zylindri­ schen Mittelabschnittes 3 des Metallgehäuses 2 erstreckt und dadurch alle kritischen Öffnungsspalte überdeckt, an denen ein besonderer Schutz der Federmatte 11 vor auftretenden heißen Gasen erforderlich ist. Diese Ausführungsform der Erfindung ist in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellt, die auch eine vorteilhafte Weiterbildung dieser einstückigen Manschette 25 mit fensterartigen Ausnehmungen 26, 27 zeigt, die den Zweck haben, in diesen Ausschnitten eine direkte Übertragung der radialen, der sicheren Halterung der Kera­ mikmonolithe 6, 7 dienenden Spannkräfte auf deren Mantel­ flächen zu übertragen. Bei der praktischen Erprobung mit fensterartigen Ausnehmungen 26, 27 ausgestatteter Abdeck­ manschetten 25 wurde gefunden, daß sich eine optimale Aus­ führungsform dann ergibt, wenn sich die Ausnehmungen 26, 27 über mindestens 2/3 der Mantelfläche der Keramikmonolithe 6, 7 erstrecken.

Als geeignete Werkstoffe für diese Abdeckmanschetten haben sich einerseits Stahlblech von 0,04 bis 0,3 mm Stärke, anderer­ seits auch Keramikpapier, Keramikvlies oder Keramikgewebe von vorzugsweise 0,5 bis 2 mm Wanddicke erwiesen.

Von ganz ausschlaggebender Bedeutung für die dargestellte Abgasreinigungseinrichtung ist aber vor allem die sich unter­ brechungslos über die gesamte Länge des Metallgehäuses er­ streckende, d.h. durchgehende Federmatte 11, die sicherstellt, daß sämtliche im Gehäuseinnenraum angeordneten Teile der Ab­ gasreinigungseinrichtung 1, also die Keramikmonolithe 6, 7, die Auskleidungstrichter 12, 13 sowie alle Abdeckmanschetten 23, 24 bzw. 25 stoß- und schallgedämpft im Gehäusemantel 2 gelagert sind, der dadurch vor Überhitzung geschützt ist, wobei gleich­ zeitig eine ganz erhebliche Verringerung des von der Abgasreini­ gungsanlage abgegebenen Körperschalles erreicht wird.

Claims (11)

1. Abgasreinigungsvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit wenig­ stens einem wabenförmig strukturierten monolithischen Keramikkörper in einem metallischen Gehäuse mit stirn­ seitigen Abgaszu- und -abführstutzen und einer zwischen den Keramikkörpern und dem Außengehäuse angeordneten thermisch isolierenden Federmatte, die im Bereich der Abgaszu- und -abführstutzen und der Abstände zwischen den Keramikkörpern durch eine hochtemperaturfeste Ab­ deckung geschützt ist, die mindestens im Bereich der Abgaszu- und -abführstutzen von den Stirnflächen der Keramikkörper beabstandet angeordnet ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die aus einer mit Vermiculit durchsetzten Aluminiumsilikatwolle bestehende Federmatte (11) zur stoß- und schalldämpfenden Lagerung der Keramik­ monolithe (6, 7) und wärmeabschirmenden Auskleidungs­ trichter (12, 13) in den konischen Abgasführungsstutzen (4, 5) durchgehend über die gesamte Länge des metallischen Gehäuses (2) erstreckt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Abgaszu- und -abführstutzen (4, 5) angeordne­ ten, aus hoch hitzebeständigen Stahl bestehenden Ausklei­ dungstrichter (12, 13) im Bereich ihrer äußeren Enden (14, 15) mit dem Gehäuse (2) der Abgasreinigungseinrich­ tung (1) verschweißt sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbauabstand (18, 19) zwischen den monolithischen Keramikkörpern (6, 7) und den Auskleidungstrichtern (12, 13) so bemessen ist, daß die Auskleidungstrichter (12, 13) im Betriebszustand der Anordnung an den Stirnseiten der Monolithe (6, 7) anliegen und den im Kaltzustand vor­ handenen Zwischenraum (18, 19) verschließen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die monolithischen Keramikkörper (6, 7) mit einem Abstand (10) von vorzugsweise 10 bis 40 mm im metallischen Gehäuse (2) angeordnet sind und daß die thermisch isolierende Federmatte (11) durch eine aus hoch temperaturbeständigem Werkstoff bestehende Manschet­ te (20) abgeschirmt ist, die mindestens so lang ausgebil­ det ist, daß sie den freien Raum (10) zwischen den Kera­ mikmonolithen (6, 7) umschließt und deren angrenzende Endbereiche (21, 22) übergreift.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die den Zu- und Abführstutzen (4, 5) benachbarten Endbereiche (8, 9) der Keramikmonolithe (6, 7) von je einer Manschette (23, 24) abgedeckt sind, welche auch die angrenzenden Randbereiche (16, 17) der Auskleidungstrichter (12, 13) umschließt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abdeckmanschetten (23, 24) die Keramikmonolithe (6, 7) sowie die Auskleidungstrichter (12, 13) auf einer Länge von vorzugsweise 5 bis 20 mm übergreifen.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abdeckmanschetten (23, 24) aus hitzebeständigem Stahlblech mit einer Dicke von vorzugs­ weise 0,04 bis 0,3 mm Stärke bestehen.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine den freien Raum (10) zwischen den Keramikmono­ lithen (6, 7) und die Einbauspalte (18, 19) zwischen deren äußeren Enden (8, 9) und den Auskleidungstrichtern (12, 13) umschließende durchgehende Abdeckmanschette (25).

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehend ausgebildete Abdeckmanschette (25) fenster­ artige Ausnehmungen (26, 27) aufweist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die fensterartigen Ausnehmungen (26, 27) über minde­ stens 2/3 der Oberfläche der Keramikmonolithe (6, 7) erstrecken.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abdeckmanschetten (20, 23, 24, 25) aus einem Keramikpapier, Keramikvlies oder Keramikgewebe von vorzugsweise 0,5 bis 2 mm Wanddicke bestehen.