DE4311513A1

DE4311513A1 - Catalytic converter with extended life

Info

Publication number: DE4311513A1
Application number: DE4311513A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Gruber; Christian Ing Lang; Walter Picker
Original assignee: Jenbacher Energiesysteme AG
Current assignee: Jenbacher Energiesysteme AG
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1993-10-21
Also published as: AT396434B; ITBZ930017A0; IT1265491B1; ITBZ930017A1; ATA77792A

Abstract

The catalytic converter esp. for lean burn gas engines, has several cells through which the exhaust gas flows. The cell walls are loaded with esp. oxidative catalytically active material. The ratio of the dia. (d) of the circular surface equal to that of the exhaust gas lead in surface (A) is given by the relationship (I). Where the defined length of the converter (L) is given by L = V/A where V is the convertor vol. d/L is pref. at least 180, esp. 180-315.

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator, insbesondere Oxidationskatalysator für den Einbau in eine Abgaslei tung eines Motors der Leistung (N), insbesondere eines Gasmagermotors, mit mehreren von den Abgasen durch strömten Zellen, deren Wände mit katalytisch aktivem Material versehen sind und mit einer Anströmfläche (A), durch welche die Abgase in den Katalysator bzw. dessen Zellen eintreten. Weiters betrifft die Erfindung Kata lysatoreinheiten mit Gehäuse.The invention relates to a catalyst, in particular Oxidation catalytic converter for installation in an exhaust duct device of a motor of power (N), in particular one Lean gas engine, with several of the exhaust gases through flowed cells whose walls are catalytically active Are provided with material and an inflow surface (A), through which the exhaust gases in the catalyst or its Cells enter. The invention further relates to kata analyzer units with housing.

Derartige Katalysatoren werden in die Abgasleitung von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Gasmotoren, eingebaut, um die bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe zumindest teilweise in unschädliche Folge produkte umzuwandeln. Bei Gasmagermotoren ist die Schadstoffprimäremission von vorneherein wesentlich ge ringer als bei Motoren, die mit stöchiometrischem Ver brennungsgas-Luft-Verhältnis betrieben werden. Bei sol chen Gasmagermotoren werden hauptsächlich Oxidationska talysatoren zur katalytischen Oxidation von Schadstof fen, insbesondere von Kohlenmonoxid (CO) eingesetzt.Such catalysts are in the exhaust pipe from Internal combustion engines, especially gas engines, built in to the resulting during combustion Pollutants at least partially in harmless consequence convert products. For gas lean engines that is Primary emission of pollutants from the outset ringer than in motors with stoichiometric Ver combustion gas-air ratio operated. With sol Chen lean gas engines are mainly Oxidationska analyzers for the catalytic oxidation of pollutants fen, used in particular by carbon monoxide (CO).

Neben der Umsetzrate (Prozentsatz eines Schadstoffes, der im Katalysator in unschädliche Folgeprodukte umge wandelt wird) ist vor allem das Alterungsverhalten von Katalysatoren eine wesentliche Katalysatoreigenschaft. Es ist bekannt, daß Katalysatoren im Lauf der Zeit an Aktivität verlieren und somit ihre Umsetzrate abnimmt. Die Alterung eines Katalysators geht unter anderem auf die Verringerung der aktiven Oberfläche (aktive Mate rialien sind beispielsweise Platin-Rhodium und Platin- Iridium-Legierungen) aufgrund verschiedener Vorgänge und Effekte während der Einsatzzeit zurück. Die wich tigsten Ursachen sind Feststoffpartikel-Abrieb, Poren verschmutzung, thermische Sinterung und Vergiftung. Der Hauptursache der Alterung bei Oxidationskatalysatoren sind Porenverstopfung und chemische Inaktivierung der katalytisch aktiven Edelmetalle durch Abgasverunreini gungen. Bei erdgasbetriebenen Motoren stammen die im Abgas enthaltenen Katalysatorgifte hauptsächlich von Schmieröladditiven. Beim Betrieb mit Deponiegas wirken die üblicherweise darin enthaltenen Halogene (Chlor, Fluor) als starke Katalysatorgifte. Diese sind derart schädlich, daß ein Katalysator in einer typischen Depo niegasanlage mit einem Gasmagermotor nach einer Lauf zeit von beispielsweise 2000 Betriebsstunden praktisch wirkungslos ist. Nach derzeitigem Stand wäre die Anwen dung von Oxidationskatalysatoren bei einem Schadstoff gehalt im Treibgas von mehr als etwa 10 mg/m³ _N wegen der hohen Katalysatorkosten wirtschaftlich nicht mehr vertretbar.In addition to the conversion rate (percentage of a pollutant that is converted into harmless secondary products in the catalytic converter), the aging behavior of catalytic converters is an essential catalyst property. It is known that catalysts lose activity over time and thus their conversion rate decreases. The aging of a catalyst is due, among other things, to the reduction in the active surface (active materials are, for example, platinum-rhodium and platinum-iridium alloys) due to various processes and effects during the period of use. The main causes are solid particle abrasion, pore contamination, thermal sintering and poisoning. The main cause of aging in oxidation catalysts is pore clogging and chemical inactivation of the catalytically active noble metals due to exhaust gas pollution. In natural gas powered engines, the catalyst poisons contained in the exhaust gas mainly come from lubricating oil additives. When operated with landfill gas, the halogens (chlorine, fluorine) usually contained therein act as strong catalyst poisons. These are so harmful that a catalyst in a typical depo niegasanlage with a gas lean engine after a period of, for example, 2000 hours of operation is virtually ineffective. According to the current status, the use of oxidation catalysts with a pollutant content in the propellant gas of more than about 10 mg / m ³ _N would no longer be economically viable because of the high catalyst costs.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Ka talysator, insbesondere Oxidationskatalysator für einen Gasmagermotor, zu schaffen, der ein verbessertes Alte rungsverhalten aufweist.The object of the invention is to provide an inexpensive Ka Talysator, in particular oxidation catalyst for one Lean gas engine, to create an improved old behavior.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß für das Verhältnis des Durchmessers einer mit der Anströmfläche flächengleicher Kreisfläche zu der als Quotient von Ka talysatorvolumen durch die Anströmfläche definierten Länge des Katalysators (L = V/A) die Beziehung d/L 0,4 /N gilt, wobei N die Motorleistung in Kilowatt (kW) ist.This is achieved according to the invention in that for Ratio of the diameter of one with the inflow area circular area of equal area to that as the quotient of Ka analyzer volume defined by the inflow area Length of the catalyst (L = V / A) the relationship d / L 0.4 / N applies, where N is the engine power in kilowatts (kW) is.

Die Kosten eines Katalysators stehen bei gegebener spe zifischer Zellenzahl (beispielsweise 200 bis 500 cpi) in direkten Zusammenhang mit dem Katalysatorvolumen, d. h. dem von den Zellen und deren Wänden des Katalysa tors (häufig auch als Katalysatorwabe bezeichnet) ins gesamt eingenommen Volumen. Man ist daher bestrebt, bei gegebenen möglichst geringem Katalysatorvolumen gün stige Katalysatoreigenschaften zu erzielen. Die Erfin dung beruht auf der grundsätzlichen Erkenntnis, daß das Alterungsverhalten des Katalysators durch Optimierung der Geometrie günstig beeinflussen läßt.The cost of a catalyst is given for a given spe specific number of cells (e.g. 200 to 500 cpi) in direct connection with the catalyst volume, d. H. that of the cells and their walls of the catalytic converter tors (often referred to as catalyst honeycomb) ins total volume taken. One is therefore anxious to given the smallest possible catalyst volume gün to achieve constant catalyst properties. The Erfin dung is based on the fundamental knowledge that the Aging behavior of the catalyst through optimization the geometry can be influenced favorably.

Während bei bisher üblichen Katalysatorgeometrien das im folgenden noch näher definierte Durchmesser/Längen- Verhältnis des Katalysators bei Motoren mit typisch 500 kW Leistung in der Größenordnung von etwa 1 bis 2 gele gen ist, wurde von der Anmelderin herausgefunden und mittlerweile in zahlreichen Versuchen bestätigt, daß sich bei gegebener Motorleistung wesentlich größere Durchmesser/Längen-Verhältnisse äußerst positiv auf das Alterungsverhalten des Katalysators auswirken, d. h. es nimmt die Umsetzrate für einen bestimmten Schadstoff mit der Zahl der Betriebsstunden nur geringfügig ab, so daß auch nach einer hohen Zahl von Betriebsstunden (beispielsweise in der Größenordnung von 10.000) immer noch eine zufriedenstellende Katalysatoraktivität bzw. Umsetzrate gegeben ist. Dies wird es in Zukunft erlau ben, Katalysatoren auch bei mit deponiegasbetriebenen Motoren, bei welchen die im Treibgas enthaltenen Schadstoffe besonders aggressive Katalysatorgifte dar stellen, einzusetzen, selbst wenn der Schadstoffgehalt (insbesondere Halogene) mehr als 10 mg/m³ _N beträgt.While in the case of previously customary catalyst geometries, the diameter / length ratio of the catalyst, which is defined in more detail below, is of the order of about 1 to 2% for engines with a typical 500 kW output, the applicant has found out and has since been confirmed in numerous experiments that For a given engine output, significantly larger diameter / length ratios have an extremely positive effect on the aging behavior of the catalytic converter, i.e. the conversion rate for a certain pollutant only decreases slightly with the number of operating hours, so that even after a high number of operating hours (e.g. in the order of magnitude of 10,000) there is still a satisfactory catalyst activity or conversion rate. In the future, this will make it possible to use catalytic converters even with engines that run on landfill gas, in which the pollutants contained in the propellant gas are particularly aggressive catalyst poisons, even if the pollutant content (especially halogens) is more than 10 mg / m ³ _N.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher er läutert.Further advantages and details of the invention will be based on the following description of the figures purifies.

Es zeigen die Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Katalysatoreinheit mit einem zylindrischen Katalysator unter Angabe der für die Erfindung relevanten geometri schen Parameter, die Fig. 2 den CO-Anteil nach dem Ka talysator im Verhältnis zum CO-Anteil vor dem Katalysa tor (Kehrwert der Umsetzrate) als Funktion der Be triebsstunden für verschiedene Durchmesser/Längen-Ver hältnisses des Katalysators, die Fig. 3 das nötige Ka talysatorvolumen als Funktion des Durchmesser/Längen- Verhältnisses des Katalysators für die Einhaltung einer bestimmten Umsetzrate innerhalb dreier verschiedener Standzeiten, die Fig. 4 einen axialen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Katalysatoreinheit, die Fig. 5 eine perspektivische An sicht eines zum Einsatz in ein Gehäuse geeigneten Aus führungsbeispieles des erfindungsgemäßen Katalysators, die Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, die Fig. 7 ein Ausführungsbei spiel mit mehreren Einzelkatalysatoren und die Fig. 8 eine Katalysatoreinheit in Modulbauweise.They show: Fig. 1 is a schematic view of gate of a catalyst unit with a cylindrical catalyst specifying the geometric standpoint parameters relevant to the invention, Fig. 2 shows the CO content after the Ka talysator in relation to the CO content of Katalysa (reciprocal the conversion rate) as a function of the operating hours for different diameter / length ratio of the catalyst, FIG. 3 shows the catalyst volume required as a function of the diameter / length ratio of the catalyst for maintaining a specific conversion rate within three different service lives, FIG . 4 is an axial longitudinal section through an embodiment of a catalyst unit according to the invention, Fig. 5 is a perspective an view of a for use in a housing suitable from management example of the catalyst of the invention, FIG. 6 is a perspective view of another embodiment, FIG. 7 is a Ausführungsbei play with me Their individual catalysts and Fig. 8 a catalyst unit in modular design.

In Fig. 1 ist in die Abgasleitung 1 eines nicht näher dargestellten Gasmagermotors eine Katalysatoreinheit 3 eingesetzt. Diese weist ein Gehäuse 2 und darin einen zylindrischen Katalysator 4 auf, dessen Anströmfläche A kreisförmig ist und der eine Länge (Zylinderhöhe) L aufweist. Das von den nicht näher dargestellten Zellen und Wänden mit katalytisch aktivem Material des Kataly sator insgesamt eingenommene Volumen ist mit V bezeich net. Der Durchmesser der kreisförmigen Anströmfläche A ist mit d bezeichnet. Erfindungsgemäß beträgt das Ver hältnis des Durchmessers d zur Länge L des Katalysators bei einer Motorleistung N (kW) mindestens d/L 0,2 /N. Besonders günstig ist ein Verhältnis d/L 0,4 /N.In Fig. 1, a catalyst unit 3 is inserted into the exhaust pipe 1 of a gas lean engine, not shown. This has a housing 2 and therein a cylindrical catalytic converter 4 , the inflow surface A of which is circular and which has a length (cylinder height) L. The total volume occupied by the cells and walls (not shown in detail) with catalytically active material of the catalyst is denoted by V. The diameter of the circular inflow surface A is denoted by d. According to the invention, the ratio of the diameter d to the length L of the catalyst at an engine power N (kW) is at least d / L 0.2 / N. A ratio d / L 0.4 / N is particularly favorable.

Wie bereits erwähnt, beruht nämlich die Erfindung auf der in Fig. 2 dargestellten Erkenntnis, daß sich das Alterungsverhalten eines Katalysators bei gegebener re lativen Zellenzahl (beispielsweise 200 cpi) und gegebe nen Volumen (in Fig. 2 beispielsweise 7,6 l) verbessert ist, wenn bei gegebener Motorleistung höhere Durchmes ser/Längen-Verhältnisse des Katalysators gewählt wer den. In Fig. 2 ist der Kohlenmonoxidanteil nach dem Ka talysator gegenüber dem Kohlenmonoxidanteil vor dem Ka talysator (also der Kehrwert der Umsetzrate) aufgetra gen. Mit der Linie G ist beispielsweise eine Grenze eingezeichnet, die einem bestimmten erlaubten Rest schadstoffanteil nach dem Katalysator bzw. einer be stimmten Umsetzrate entspricht. Der Motor in Fig. 2 hat eine Leistung von etwa 510 kW.As already mentioned, namely, the invention is based on the finding shown in FIG. 2 that the aging behavior of a catalyst is improved for a given relative number of cells (for example 200 cpi) and given volume (in FIG. 2 for example 7.6 l) if higher diameter / length ratios of the catalytic converter are selected for a given engine output. In Fig. 2, the carbon monoxide fraction after the catalytic converter is compared to the carbon monoxide fraction upstream of the catalyst (thus the reciprocal of the conversion rate). With line G, for example, a limit is drawn which shows a certain permitted residual pollutant fraction after the catalyst or one be certain conversion rate. The motor in Fig. 2 has an output of approximately 510 kW.

Während bei einem Durchmesser/Längen-Verhältnis d/L = 1,3 (N = 510 kW) die anfängliche Umsetzrate im Neustand höher und damit der Schadstoffanteil nach dem Katalysa tor geringer ist, steigt der Schadstoff (Kohlenmonoxid)-Anteil in den Abgasen nach dem Kataly sator bei diesem Durchmesser/Längen-Verhältnis von d/L = 1,3 über die Zahl der Betriebsstunden relativ stark an, so daß bei etwa 7.500 Betriebsstunden der vorge schriebene Grenzwert G überschritten ist. Wählt man nun gemäß der Erfindung höhere Durchmesser/Längen-Verhält nisse (so daß d/L 0,2 /510), so sieht man, daß mit zu nehmendem d/L-Verhältnis die Steigung der Kurven (also die alterungsbedingte Abnahme der Umsetzrate) abnimmt, während die Anfangsumsetzrate geringer wird.While with a diameter / length ratio d / L = 1.3 (N = 510 kW) the initial conversion rate when new higher and thus the pollutant content after the catalytic converter is lower, the pollutant increases (Carbon monoxide) content in the exhaust gases after the catalyze sator with this diameter / length ratio of d / L = 1.3 relatively strong over the number of operating hours so that the pre written limit value G is exceeded. Now choose according to the invention higher diameter / length ratio nisse (so that d / L 0.2 / 510), you can see that with too taking the d / L ratio the slope of the curves (i.e. the age-related decrease in the conversion rate) decreases, while the initial conversion rate becomes lower.

Durch die flachere Steigung der Kurven mit höherem Durchmesser/Längen-Verhältnis des Katalysators, kann (wenngleich auch im Neustand die Umsetzrate etwas ge ringer ist, als bei dem bekannten niedrigen Durchmes ser/Längen-Verhältnis) über eine große Zahl von Be triebsstunden in Fig. 2 (beispielsweise 12.000) ein vorgegebener Grenzwert G für die Schadstoffemission un terschritten bleiben. Je größer das Durchmesser/Längen- Verhältnis ist, desto langsamer altert der Katalysator. Bei gegebenem Grenzwert G für die zulässige Schadstoff menge nach dem Katalysator und bei der Forderung, die sen Grenzwert G über eine bestimmte Zahl von Betriebs stunden genau einzuhalten, läßt sich der Katalysator durch Wahl des Durchmesser/Längen-Verhältnisses d/L so dimensionieren, daß der Grenzwert G gerade am Ende der vorgegebenen Standzeit erreicht wird. Zu große Durch messer/Längen-Verhältnisse führen zwar zu einer noch geringeren Alterung, bringen aber eine geringere Um setzrate im Neustand und wegen der dann relativ groß flächigen und dünnen Katalysatoren konstruktive Mehr aufwände mit sich.Due to the flatter slope of the curves with a higher diameter / length ratio of the catalyst (although the conversion rate is somewhat lower than in the known low diameter / length ratio), over a large number of operating hours in Fig . 2 (for example 12,000) undershot un a predetermined limit value G for the emission of pollutants remain. The larger the diameter / length ratio, the slower the catalyst ages. Given the limit value G for the permissible amount of pollutants after the catalytic converter and the requirement to adhere exactly to this limit value G over a certain number of operating hours, the catalytic converter can be dimensioned by choosing the diameter / length ratio d / L so that the limit value G is reached just at the end of the specified service life. Too large diameter / length ratios lead to even less aging, but bring a lower conversion rate in the new state and because of the then relatively large-area and thin catalytic converters, there are additional structural expenses.

Die Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des minimal nötigen Katalysatorvolumens vom Durchmesser/Längen-Verhältnis des Katalysators zur Einhaltung einer bestimmten Um setzrate bzw. erlaubten Schadstoffemission über drei verschiedene Standzeiten, für einen Motor mit einer Leistung von 510 kW. Fordert man, daß die Umsetzrate nach 6.000 Betriebsstunden (Bh) gerade noch einen vor gegebenen Grenzwert trotz der Alterung des Katalysators aufweist, so ergibt sich das dafür nötige Katalysator volumen in Abhängigkeit von Durchmesser/Längen-Verhält nis des Katalysators aus der untersten Kurve der Fig. 3. Man sieht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, daß man bei einem Durchmesser/Längen-Verhältnis von etwa 6 bereits ein sehr geringes Katalysatorvolumen von 3 l erzielt. Höhere Durchmesser/Längen-Verhältnisse des Katalysators bringen kaum mehr eine Verringerung des benötigen Katalysatorvolumens und daher kaum mehr eine Reduzierung der Kosten für das Katalysatormaterial. Um gekehrt hat man mit höherem Durchmesser/Längen-Verhält nissen etwas geringere Umsetzraten im Neustand und au ßerdem mit einem konstruktiven Mehraufwand zu rechnen, so daß im vorliegenden Fall ein Durchmesser/Längen-Ver hältnis von etwa 6 für den Fall, daß der Emissions grenzwert innerhalb von 6.000 Betriebsstunden eingehal ten werden muß, am günstigsten ist. Soll derselbe Emis sionsgrenzwert über mehr Betriebsstunden (in Fig. 3 beispielsweise 12.000 oder 24.000 Betriebsstunden) auf recht erhalten bleiben, so sind dafür klarerweise hö here Katalysatorvolumina nötig. Auch verschiebt sich die Lage des Durchmesser/Längen-Verhältnisses, ab dem sich keine wesentliche Reduzierung des Katalysatorvolu mens mehr erzielen läßt, für höhere geforderte Be triebsstunden (d. h. höhere Alterungsbeständigkeit) zu höheren Durchmesser/Längen-Verhältnis werten. Bei 12.000 Betriebsstunden beträgt ein günstiges Durchmes ser/Längen-Verhältnis 9, bei 24.000 Betriebsstunden beispielsweise 12. Fig. 3 shows the dependency of the minimum required catalyst volume on the diameter / length ratio of the catalyst to maintain a certain conversion rate or permitted pollutant emissions over three different service lives, for an engine with an output of 510 kW. If you demand that the conversion rate after 6,000 operating hours (Bh) just has a given limit despite the aging of the catalyst, the catalyst volume required for this depends on the diameter / length ratio of the catalyst from the bottom curve in FIG . 3. it can be seen in the illustrated embodiment, that already achieved a very low catalyst volume of 3 l at a diameter / length ratio of about 6. Higher diameter / length ratios of the catalyst hardly bring about a reduction in the volume of catalyst required and therefore hardly a reduction in the costs for the catalyst material. Conversely, with higher diameter / length ratios, somewhat lower conversion rates in the new state and also with a constructive additional effort, so that in the present case a diameter / length ratio of about 6 in the event that the emission limit value must be complied with within 6,000 operating hours, is the cheapest. If the same emission limit value is to be maintained over more operating hours (for example 12,000 or 24,000 operating hours in FIG. 3), higher catalyst volumes are clearly necessary for this. Also, the position of the diameter / length ratio, from which no significant reduction in the catalyst volume can be achieved, shifts to higher required operating hours (ie greater resistance to aging) at higher diameter / length ratios. With 12,000 operating hours, a favorable diameter / length ratio is 9, with 24,000 operating hours, for example, 12.

In den obigen Ausführungen wurde der Einfachheit halber von einem zylindrischen Katalysator 4 ausgegangen. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Dimensio nierungsvorschrift auch bei nichtzylindrischen Kataly satoren angewandt werden. Man braucht dazu nur die zu einer beliebig geformten Anströmfläche flächengleiche gedachte Kreisfläche zu ermitteln und dann deren Durch messer als den in die erfindungsgemäßen Formeln einge henden Durchmesser einzusetzen. Auch braucht die Länge des Katalysators über die gesamte Querschnittsfläche nicht gleich sein, wenn man die Länge des Katalysators allgemein als Quotient vom Katalysatorvolumen durch die Anströmfläche definiert. Bei dem in Fig. 1 dargestell ten Ausführungsbeispiel fällt die als Quotient als Ka talysatorvolumen und Anströmfläche gebildete Länge L natürlich mit der geometrischen Länge zusammen. Ist die geometrische Länge bzw. Dicke nicht über die gesamte Fläche konstant, so läßt sich durch die Vorschrift L = V/A dennoch eine klare ("mittlere") Länge definieren, mit der die erfindungsgemäße Dimensionierung vorgenom men werden kann.In the above explanations, a cylindrical catalytic converter 4 was assumed for the sake of simplicity. Of course, the dimensioning regulation according to the invention can also be used in the case of non-cylindrical catalysts. It is only necessary to determine the imaginary circular area of the same area as an inflow surface and then to use its diameter as the diameter entering the formulas according to the invention. The length of the catalyst does not need to be the same over the entire cross-sectional area if the length of the catalyst is generally defined as the quotient of the catalyst volume by the inflow area. In the embodiment shown in FIG. 1, the length L formed as a quotient as the catalyst volume and the inflow surface naturally coincides with the geometric length. If the geometric length or thickness is not constant over the entire area, it can nevertheless be defined by the provision L = V / A a clear ("average") length with which the dimensioning according to the invention can be carried out.

Zur Erzielung hoher Durchmesser/Längen-Verhältnisse benötigt man relativ großflächige dünne Katalysatoren. Um den insgesamt von einem solchen Katalysator einge nommenen Platzbedarf zu verringern, ist es gemäß der Erfindung günstig, wenn die Anströmfläche des Katalysa tors gekrümmt ist. Insbesondere ist es aus konstrukti ven Gründen günstig, wenn der Katalysator über die ge samte Fläche dieselbe Länge (bei geringen Längen könnte man dies auch als Dicke bezeichnen) aufweisen. In die sem Fall sind also die Anströmfläche und die Ausström fläche des Katalysators gleichsinnig gekrümmt und der Abstand von Anström- bzw. Ausströmfläche überall gleich. Besonders günstige Eigenschaften weist ein Ka talysator auf, für den L⌀Z 8000 gilt, wobei L die Länge in Millimeter und Z die Zellendichte in cpi ist.To achieve high diameter / length ratios you need relatively large thin catalysts. To the total of such a catalyst To reduce the space required, it is according to the Invention favorable when the inflow surface of the catalyzer tors is curved. In particular, it is made of constructi ven reasons favorable when the catalyst over the ge entire area the same length (with short lengths could this is also called the thickness). In the So the case is the inflow surface and the outflow surface of the catalyst curved in the same direction and the Distance from inflow or outflow surface everywhere equal. A Ka has particularly favorable properties talysator for which L⌀Z 8000 applies, where L is the Length in millimeters and Z is the cell density in cpi.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein zylindrisch gekrümmter Katalysator 4 als Einsatz in einem Gehäuse 2 einer Katalysatoreinheit untergebracht. Der Katalysator weist die Form eines Hohlzylinders auf, dessen innere Mantelfläche die Anströmfläche A bildet. Die als Quotient von Katalysatorvolumen zur Anströmflä che A definierte Länge L - V/A des Katalysators ent spricht bei dünnen Wandstärken D des Hohlzylinders zah lenmäßig in etwa dem Wert D der Wandstärke.In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, a cylindrically curved catalytic converter 4 is accommodated as an insert in a housing 2 of a catalytic converter unit. The catalyst has the shape of a hollow cylinder, the inner surface of which forms the inflow surface A. The length L - V / A of the catalytic converter, defined as the quotient of the catalyst volume to the flow area A, corresponds to the value D of the wall thickness in the case of thin wall thicknesses D of the hollow cylinder.

Für eine schmale Bauweise der Abgasleitung ist es gemäß der Ausführungsform der Fig. 4 günstig, wenn eine Nor male auf die Anströmfläche A einen Winkel von minde stens 60°, vorzugsweise im wesentlichen 90°, zur Ein strömrichtung der Abgase in das Gehäuse 2 einschließt. Damit nimmt der Katalysator in radialer Richtung weni ger Platz ein. Die Tatsache, daß ein derart angeordne ter Katalysator eine größere Länge (gesehen in Haupt strömungsrichtung der Abgase) einnimmt, stört in der Praxis nicht.For a narrow design of the exhaust pipe, it is advantageous according to the embodiment of FIG. 4 if a nor male on the inflow surface A includes an angle of at least 60 °, preferably substantially 90 °, for a flow direction of the exhaust gases into the housing 2 . The catalyst thus takes up less space in the radial direction. The fact that such a arranged ter catalyst takes up a greater length (seen in the main flow direction of the exhaust gases) does not interfere in practice.

Ist der Katalysator, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, im wesentlichen hohlzylinderförmig, so kann die Achse des Hohlzylinders im wesentlichen mit der Einströmrich tung der Gase in das Gehäuse 2 zusammenfallen. Der ra diale Platzbedarfist bei einer solchen Anordnung trotz der großen Anströmfläche A gering. Verschließt man das Ende des Hohlzylinders durch eine Abschlußplatte 5, so werden alle Abgase gezwungen, in etwa radial nach außen durch den Katalysator 4 bzw. durch dessen Zellen zu strömen. Wie in Fig. 4 gezeigt, kann auch das Gehäuse an die hohlzylindrische Katalysatorform angepaßt sein, indem es zu diesen eine koaxiale zylindrische Wand auf weist, die den Katalysator 4 im Abstand radial außer halb der Ausströmfläche des Katalysators 4 umgibt.Is the catalyst, as shown in FIGS. 4 and 5, substantially hollow cylindrical, the axis of the hollow cylinder can substantially coincide with the Einströmrich device of the gases in the housing 2 . With such an arrangement, the radial space requirement is small despite the large inflow area A. If the end of the hollow cylinder is closed by an end plate 5 , all exhaust gases are forced to flow approximately radially outwards through the catalyst 4 or through its cells. As shown in Fig. 4, the housing can also be adapted to the hollow cylindrical catalyst shape by having a coaxial cylindrical wall thereon, which surrounds the catalyst 4 at a distance radially outside half of the outflow surface of the catalyst 4 .

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines hohlzylin drischen Katalysators gemäß der Erfindung gezeigt, der beispielsweise in das in Fig. 4 dargestellte Gehäuse 2 einsetzbar ist. Wegen der geringen Wandstärke D, kann der zunächst ebene Katalysator zu den in Fig. 5 darge stellten Hohlzylinder gebogen werden. Durch Innenringe 6 und Außenringe 7 kann der Katalysator in der hohlzy lindrischen Form zusammengehalten werden. An der Stoß stelle 8 können kreisförmige Einsatzkörper 9 vorgesehen sein, die den Umstand Rechnung tragen, daß die Zellen des Katalysators 4 schräg zur radialen Richtung verlau fen.In Fig. 5 an embodiment of a hollow cylindrical drier catalyst according to the invention is shown, which can be used for example in the housing 2 shown in Fig. 4. Because of the small wall thickness D, the initially flat catalyst can be bent to the hollow cylinder shown in FIG. 5. By inner rings 6 and outer rings 7 , the catalyst can be held together in the hollow cylindrical shape. At the impact point 8 circular insert body 9 can be provided, which take into account the fact that the cells of the catalyst 4 obliquely fen to the radial direction.

Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem hohlzylindrischen Katalysator 4. Die Abgase strö men zunächst in ein Rohr 2′ und von dort in Richtung des Pfeiles 11 über eine Eintrittsöffnung 10 im wesent lichen tangential an die Anströmfläche A des Katalysa tors 4. Die Abgase treten von außen nach innen in den Katalysator ein und strömen in Richtung des Pfeiles 14 aus. Fig. 6 shows a further embodiment with a hollow cylindrical Catalyst 4. The exhaust gases initially flow into a tube 2 'and from there in the direction of arrow 11 via an inlet opening 10 in the union tangentially to the inflow surface A of the catalyst 4th The exhaust gases enter the catalytic converter from the outside in and flow out in the direction of the arrow 14 .

Um das Verhältnis von effektiver Anströmfläche zur Durchströmlänge bei stabiler Bauweise noch weiter zu erhöhen, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weiters vorgeschlagen, daß der Katalysator von zwei oder mehreren parallel durchströmten Einzelkatalysato ren, vorzugsweise in Form von dünnen Einzelkatalysator scheiben gebildet ist. Damit läßt sich bei geringer Durchströmungslänge L (Dicke der Katalysatorscheiben) eine hohe effektive (gesamte) Anströmfläche A erzielen, was für das Alterungsverfahren des Katalysators günstig ist. Bei der Dimensionierung ist dann die Summe A aller parallelen Anströmflächen und die mittlere Länge L ei nes Einzelkatalysators heranzuziehen.To determine the ratio of effective inflow area to Flow length with a stable design increases even further increase, according to a preferred embodiment further suggested that the catalyst of two or more single catalytic converters with parallel flow ren, preferably in the form of thin single catalyst slices is formed. This allows for less Flow length L (thickness of the catalyst disks) achieve a high effective (total) inflow area A, what is favorable for the aging process of the catalyst is. When dimensioning, the sum A is all parallel inflow surfaces and the mean length L ei single catalytic converter.

In Fig. 7 ist ein Außenrohr 15 und ein Innenrohr 16 ge zeigt, in das sechs Einzelkatalysatoren 4a eingesetzt sind. Die Abgase strömen zwischen Außenrohr und Innen rohr und dann parallel durch die Einzelkatalysatoren 4a in das Innenrohr 16 und von dort ins Freie. Fig. 7 zeigt einen modulartigen Aufbau, bei dem in einem Ge häuse 17 auf einschiebbaren Trägern 18 jeweils acht Scheiben bzw. plättchenförmige Einzelkatalysatoren an geordnet sind. In die beiden äußeren Kammern 19 der ge samten Katalysatoreinheit strömen die Abgase vom Motor her über nicht dargestellte Abgasleitungen ein, dann parallel durch alle 16 Einzelkatalysatoren 4a in den Innenraum 20 und von dort in Richtung des Pfeiles 21 nach außen. Durch den modulartigen Aufbau lassen sich die Katalysatoren leicht anordnen und im Bedarfsfall (nach Öffnen einer nicht dargestellten vorderen Ver schlußplatte des Gehäuses 17) einfach austauschen. In Fig. 7, an outer tube 15 and an inner tube 16 is shown GE, in which six individual catalysts 4 a are used. The exhaust gases flow between the outer tube and inner tube and then parallel through the individual catalysts 4 a in the inner tube 16 and from there into the open. Fig. 7 shows a module-like structure, in which in a Ge housing 17 on insertable carriers 18 eight disks or platelet-shaped individual catalysts are arranged. In the two outer chambers 19 of the entire catalyst unit ge exhaust gases from the engine flow in through exhaust pipes, not shown, then in parallel through all 16 individual catalysts 4 a into the interior 20 and from there in the direction of arrow 21 to the outside. Due to the modular structure, the catalysts can be easily arranged and, if necessary (after opening a front plate (not shown) of the housing 17 ), simply replaced.

Die Erfindung ist nicht auf Oxidationskatalysatoren für Magermotoren beschränkt. Auch bei sonstigen Abgaskata lysatoren kann durch die erfindungsgemäße Dimensionie rung und Ausbildung die Alterungsbeständigkeit erhöht werden.The invention is not based on oxidation catalysts Lean engines limited. Also with other exhaust gas data Analyzers can by the dimension of the invention and aging increases resistance to aging will.

Claims

1. Catalyst, in particular oxidation catalyst ( 4 ) for installation in an exhaust pipe ( 1 ) of an engine of performance (N), in particular a gas lean engine, with a plurality of cells through which the exhaust gases flow, the metallic walls of which are preferably provided with catalytically active material and with an inflow surface (A) through which the exhaust gases enter the catalyst ( 4 ) or its cells, characterized in that for the ratio of the diameter (d) an area with the inflow surface (A) having the same circular area as that Quotient of catalyst volume (V) defined by the inflow area (A) length of the catalyst (L = V / A) the relationship d / L 0.2 / N applies, where N is the engine power in kilowatts (kW).

2. Catalyst according to claim 1, characterized in that d / L 0.4 / N applies.

3.Catalyst, in particular oxidation catalyst ( 4 ) for installation in an exhaust pipe ( 1 ) of a gas lean-burn engine, with a plurality of cells through which the exhaust gases flow, the walls of which are provided with catalytically active material and with an inflow surface (A) through which the exhaust gases pass the catalyst ( 4 ) or its cells enter, in particular according to claim 1 or 2, characterized in that the inflow surface (A) of the catalyst ( 4 ) is curved.

4. Catalyst according to claim 3, characterized in that the inflow surface (A) and the outflow surface of the cata- tor ( 4 ) through which the exhaust gases emerge from the catalyst ( 4 ) or its cells are curved in the same direction that the distance of inflow and outflow area is the same everywhere.

5. A catalyst according to claim 3 or 4, characterized net that the inflow surface (A) is cylindrically curved.

6. A catalyst according to claim 5, characterized in that the catalyst ( 4 ) has the shape of a hollow cylinder.

7. Catalyst in particular according to one of claims 1 to 6, characterized in that the product of the Quo tient of catalyst volume through the inflow area defi length (L in millimeters) and cell density (Z in cells per inch = cpi) L [mm] ⌀Z [cpi] 8000 [mm⌀cpi] is.

8. Catalyst unit ( 2 ) with a housing ( 2 ) which can be inserted into the exhaust line ( 1 ) of an engine, in which a catalyst ( 4 ) is arranged in particular according to one of claims 1 to 7, characterized in that a normal to the inflow surface (A) encloses an angle of at least 60 °, preferably essentially 90 °, to the direction of flow of the exhaust gases into the housing ( 2 ).

9. A catalyst unit according to claim 8, characterized in that the axis of the hollow cylindrical catalyst essentially coincides with the inflow direction of the exhaust gases into the housing ( 2 ) and that the hollow cylinder at the end facing away from the exhaust gas inlet opening in the housing ( 2 ) preferably is closed.

10. A catalytic converter unit with a housing ( 2 ) which can be inserted into the exhaust line of the motor, in which a catalytic converter, in particular according to one of claims 1 to 7, is used, characterized in that the delivery via at least one inlet opening ( 10 ) is essentially tangent tial flow to the inflow surface (A) of the catalyst ( 4 ).

11. A catalyst unit according to claim 9 or 10, characterized in that the housing has a hollow cylindrical catalyst ( 4 ) coaxial cylindrical wall ( 2 a) which surrounds the catalyst ( 4 ) at a distance radially outside the inflow surface of the catalyst ( 4 ) .

12. Catalyst, in particular according to one of claims 1 to 11, characterized in that the catalyst ( 4 ) by two or more parallel flow through individual catalysts ( 4 '), preferably in the form of thin individual catalyst disks is formed.

13. catalyst unit with separate individual catalysts, in particular according to claim 12, characterized in that the individual catalysts on a common holder or are arranged in a common housing.

14. catalyst unit with separate individual catalysts, in particular according to claim 13 or 14, characterized due to a modular structure in which each module has a or has several individual catalysts and each module can be inserted into or removed from a holder is.