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DE10155086A1 - Automotive exhaust gas system comprises outer mantle around cylindrical catalytic body containing inner cylindrical filter core - Google Patents

Automotive exhaust gas system comprises outer mantle around cylindrical catalytic body containing inner cylindrical filter core

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DE10155086A1
DE10155086A1 DE2001155086 DE10155086A DE10155086A1 DE 10155086 A1 DE10155086 A1 DE 10155086A1 DE 2001155086 DE2001155086 DE 2001155086 DE 10155086 A DE10155086 A DE 10155086A DE 10155086 A1 DE10155086 A1 DE 10155086A1
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exhaust gas
cylinder
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filter body
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Anton Mangold
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Oberland Mangold GmbH
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Oberland Mangold GmbH
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Abstract

An automotive exhaust gas system has an outer mantle around a cylindrical catalytic body (2) containing an inner cylindrical filter core (3). The mantle has an exhaust gas inlet (6) and an outlet (7). Incoming gas passes first through the catalytic body before reversing direction via deflection baffles to pass through the filter core to the outlet. The cylindrical catalyst is separated from the inner filter core by a temperature compensation layer (5). The catalytic outer cylinder (2) comprises a series of concentric sheet metal rings (12) separated by gas gaps. The catalytic section and filter section have the same length and are constructed in one piece by welding or soldering. An Independent claim is also included for the production of the catalytic converter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreinigung bei Verbrennungsmaschinen mit einem Katalysatorkörper und einem nachgeschalteten Filterkörper sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. The invention relates to a device for exhaust gas purification in internal combustion engines with a Catalyst body and a downstream filter body and a method for their Production.

Derartige Vorrichtungen werden im Automobilbau eingesetzt. Die bevorzugte Anwendung sind Lastkraftwagen, Baufahrzeuge und Personenkraftwagen mit Dieselmotor mit dem Ziel, den Ausstoß von Rußpartikeln zu verringern. Such devices are used in automotive engineering. The preferred application are Trucks, construction vehicles and passenger cars with diesel engines with the aim of Reduce emissions of soot particles.

Durch die Ansammlung von Rußpartikeln im Filterkörper werden mit zunehmender Betriebszeit die Filteröffnungen verstopft und es ist eine Filterreinigung erforderlich. Dazu ist es bekannt, dem Filterkörper einen Katalysatorkörper vorzuschalten, welcher die selbsttätige Filterreinigung unterstützt. Um eine optimale Katalysatorwirkung und Filterwirkung zu erzielen, muß der Abgasstrom jeweils einen Weg bestimmter Länge hindurch geführt werden. Durch die Hintereinanderschaltung von Katalysator und Filter hat eine solche Anordnung daher einen großen Platzbedarf. Due to the accumulation of soot particles in the filter body, the operating time increases the filter openings are blocked and filter cleaning is required. It is known that Filter body upstream of a catalyst body, which automatic filter cleaning supported. In order to achieve an optimal catalyst effect and filter effect, the Exhaust gas flow are each guided a path of a certain length. Through the Such an arrangement of catalyst and filter in series therefore has one large space requirement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren für ihre Herstellung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen geringen Platzbedarf erfordert, ohne dass die notwendigen Durchflußlängen für das Abgas verkürzt werden. The invention has for its object a device and a method for it Specify the manufacture of the type mentioned at the beginning, which requires little space, without shortening the necessary flow lengths for the exhaust gas.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Filterkörper und der Katalysatorkörper in Abgasströmungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, und dass eine Abgasumlenkung vom Ausgang des Katalysatorkörpers zum Eingang des Filterkörpers vorhanden ist. The object is achieved in that the filter body and the catalyst body in Exhaust gas flow direction are arranged side by side, and that an exhaust gas deflection from Output of the catalyst body to the input of the filter body is present.

Somit wird eine platzsparende und kompakte Anordnung einer Katalysator-Filter-Kombination geschaffen. Unter der Abgasströmungsrichtung ist die Richtung zu verstehen, in welcher das Abgas den Katalysator und den Filter durchströmt. Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Anordnung anstelle eines Schalldämpfers in die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs eingebaut werden kann. This creates a space-saving and compact arrangement of a catalyst-filter combination created. The exhaust gas flow direction is to be understood as the direction in which the exhaust gas flows through the catalyst and the filter. The invention also has the advantage that the Arrangement installed instead of a silencer in the exhaust system of a motor vehicle can be.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass der Katalysatorkörper und der Filterkörper in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden. Das hat den Vorteil, dass die Abgasumlenkung so kurz und raumsparend wie möglich ausgebildet werden kann. A preferred embodiment consists in that the catalyst body and the filter body in flow in the opposite direction. This has the advantage that the exhaust gas deflection can be designed to be as short and space-saving as possible.

Besonders zweckmäßig ist es, daß zwischen dem Katalysatorkörper und dem Filterkörper mindestens ein Mantel und/oder eine Ausgleichsschicht angeordnet ist. Ein den Katalysator- oder Filterkörper umgebender Mantel erleichtert die Handhabung und es ist eine einfachere Montage möglich. Außerdem wird eine Befestigung der Katalysator- oder Filterkörper untereinander bzw. am Gehäuse vereinfacht. Eine zusätzliche Anordnung einer Ausgleichsschicht kann temperaturbedingte Ausdehnungen, welche vor allem bei Verwendung von Filterkörpern aus Keramik auftreten, ausgleichen. It is particularly useful that between the catalyst body and the filter body at least one jacket and / or a compensating layer is arranged. A the catalyst or The casing surrounding the filter body facilitates handling and is easier to assemble possible. In addition, the catalyst or filter bodies are attached to one another or simplified on the housing. An additional arrangement of a leveling layer can temperature-related expansions, which occur especially when using filter bodies Ceramics occur, balance.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass der Filterkörper und der Katalysatorkörper dadurch nebeneinander angeordnet sind, dass der eine als Zylinder und der andere als den Zylinder umschließender Ringzylinder ausgebildet sind. Insgesamt ergibt sich für die gesamte Anordnung auf diese Weise ein zylindrischer Körper, der auf einfache Weise in vorhandene Auspuffanlagen und Schalldämpfergehäuse eingebaut werden kann. Die Katalysator- Filter-Kombination aus zylindrischen und ringzylindrischen Bestandteilen ist auch strömungstechnisch vorteilhaft und ferner einfach und kostengünstig herzustellen. Another preferred embodiment is that the filter body and the Catalyst body are arranged side by side in that the one as a cylinder and the ring cylinders other than the cylinder are formed. Overall, for the entire arrangement in this way is a cylindrical body that is easily in Existing exhaust systems and silencer housings can be installed. The catalyst Filter combination of cylindrical and ring-cylindrical components is also Fluidically advantageous and also easy and inexpensive to manufacture.

Diese Kombination kann durch die Anordnung zusätzlicher Ringzylinder erweitert werden, wobei immer abwechselnd Filter- bzw. Katalysatorkörper nebeneinander angeordnet werden. This combination can be expanded by the arrangement of additional ring cylinders, whereby always alternately filter or catalyst body are arranged side by side.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass der Filterkörper und/oder der Katalysatorkörper aus mehren in Abgasströmungsrichtung hintereinander geschalteten Elementen bestehen. Diese Unterteilung schafft eine Möglichkeit zum Einsatz unterschiedlich beschichteter Filter- und Katalysatorkörper oder unterschiedlicher Katalysator- und Filterstrukturen entlang des Abgasstroms, die auch je nach Bedarf ausgetauscht werden können. Another advantageous development of the invention is that the filter body and / or the catalyst body from a plurality in the exhaust gas flow direction one behind the other switched elements exist. This subdivision creates an opportunity for use differently coated filter and catalyst body or different catalyst and Filter structures along the exhaust gas flow, which can also be replaced as required.

Es ist auch vorteilhaft, dass der Filterkörper und der Katalysatorkörper in Abgasströmungsrichtung die gleiche Länge aufweisen. Das hat Vorteile bei der Herstellung und Montage und bei der Verbindung der einzelnen Komponenten miteinander. It is also advantageous that the filter body and the catalyst body in the exhaust gas flow direction have the same length. This has advantages in the manufacture and assembly and in the Connection of the individual components.

Vorteilhaft ist es weiterhin, dass die Vorrichtung einstückig ausgebildet ist, wobei der Filterkörper und der Katalysatorkörper durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind oder durch eine Hülle zusammengehalten werden. Somit wird ebenfalls eine einfachere Montage und Befestigung der Vorrichtung im Gesamtsystem und eine einfachere und Austauschmöglichkeit gewährleistet. It is also advantageous that the device is formed in one piece, the filter body and the catalyst body is connected to one another by soldering or welding or by an envelope to be held together. This also simplifies assembly and Attachment of the device in the overall system and an easier and exchange option guaranteed.

Verfahrensmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zylinder durch Wickeln hergestellt wird und mindestens ein den Zylinder umschließender Ringzylinder darauf aufgewickelt wird. Der Zylinder kann hierbei entweder als Filter- oder Katalysatorkörper hergestellt werden. Ausgehend von diesem Zylinder werden dann abwechselnd die weiteren Filter- oder Katalysatorkörper abwechselnd aufgewickelt. In procedural terms, the object is achieved in that the cylinder is produced by winding and at least one ring cylinder enclosing the cylinder is wound on it. The cylinder can be manufactured either as a filter or a catalyst body. Starting from this cylinder, the other filter or Alternately wound catalyst body.

In einem alternativen Herstellungsverfahren werden die Filterkörper und die Katalysatorkörper jeweils und in ihrer abwechselnden Anordnung durch Stapeln hergestellt. Die einzelnen Lagen und Körper können mittels Löten und Schweißen verbunden oder mit einer Hülle zusammengehalten werden. In an alternative manufacturing process, the filter body and the catalyst body each and in their alternating arrangement made by stacking. The individual layers and body can be connected by soldering and welding or with a sheath be held together.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen schematisch: The invention is described below using a preferred exemplary embodiment Further explained with reference to the drawing. They show schematically:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Abgasreinigung im Längsschnitt; und Figure 1 shows a device for exhaust gas purification in longitudinal section. and

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II Fig. 2 shows the device of FIG. 1 in cross section along the section line II-II

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Abgasreinigung bei einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) einen Filterkörper 3 zum Filtern von Rußpartikeln sowie einen vorgeschalteten Katalysatorkörper 2 zur NO-Oxidation auf. Der Katalysatorkörper 2 und der Filterkörper 3 können grundsätzlich aus jedem für Katalysator und Filter verwendbaren Material und jeder üblichen Struktur hergestellt sein. Gut geeignet als Filterkörper 3 sind Keramikmonolithe, gewellte Metallfaservliese, Wickelfilter aus Metallfolien, Cordierit oder Siliziumkarbid und auf Sintermetallbasis. Der Katalysatorkörper 2 besteht bevorzugt aus gewickelten Metallfolien, Schüttgut oder Al2O3-Granit. Referring to FIG. 1 and FIG. 2, an apparatus (not shown) for purifying exhaust gas in an internal combustion engine has a filter body for filtering soot particles 3 as well as an upstream catalyst body 2 for NO oxidation. The catalyst body 2 and the filter body 3 can in principle be made from any material that can be used for the catalyst and filter and any conventional structure. Ceramic monoliths, corrugated metal fiber fleeces, wound filters made of metal foils, cordierite or silicon carbide and based on sintered metal are particularly suitable as filter bodies 3 . The catalyst body 2 preferably consists of wound metal foils, bulk material or Al 2 O 3 granite.

Der Filterkörper 3 ist als Zylinder 13 und der Katalysatorkörper 2 ist als ein den Zylinder 12 konzentrisch umschließender Zylinderring 12, hier bestehend aus zwei Ringzylinderelementen 12a, 12b, ausgebildet. Auf diese Weise liegen der Katalysatorkörper 2 und der Filterkörper praktisch unmittelbar nebeneinander. Der Filterkörper 3 ist zum Ausgleich von temperaturbedingten Ausdehnungen lediglich mit einer Ausgleichsschicht 5 umgeben. Außerdem weist er einen Zylindermantel 4 auf, auf welchen der Ringzylinder 12 aufgesetzt und an welchem der Ringzylinder verlötet ist. Die beiden Ringzylinderelemente 12a, 12b können mit unterschiedlichen Katalysatorbeschichtungen versehen oder aus unterschiedlichen Strukturen hergestellt sein. The filter body 3 is designed as cylinder 13 and the catalyst body 2 is formed as a cylinder 12 concentrically enclosing cylinder ring 12, here consisting of two annular cylinder elements 12 a, 12 b are formed. In this way, the catalyst body 2 and the filter body are practically directly next to each other. To compensate for temperature-related expansions, the filter body 3 is only surrounded by a compensating layer 5 . It also has a cylinder jacket 4 , on which the ring cylinder 12 is placed and on which the ring cylinder is soldered. The two ring cylinder elements 12 a, 12 b can be provided with different catalyst coatings or made from different structures.

Grundsätzlich kann auch der Katalysatorkörper 2 als Zylinder und der Filterkörper 3 als Ringzylinder ausgebildet sein. Die folgenden Ausführungen gelten dann sinngemäß. In principle, the catalyst body 2 can also be designed as a cylinder and the filter body 3 as a ring cylinder. The following statements apply accordingly.

Die Anordnung ist von einem zylindrischen Gehäuse 1 umgeben, welches mit einer Abgaszuführung 6 und einer Abgasabführung 7 versehen ist. In der Gehäusewandung ist eine thermische und akustische Isolierung 8 angeordnet. The arrangement is surrounded by a cylindrical housing 1 , which is provided with an exhaust gas supply 6 and an exhaust gas discharge 7 . Thermal and acoustic insulation 8 is arranged in the housing wall.

Gemäß Pfeilen 9 wird Abgas gegensinnig durch den Katalysatorkörper 2 und den Filterkörper 3 geleitet, wobei das Abgas in einer Abgasumlenkung 9 vom Ausgang des Katalysatorkörpers 2 zum Eingang des Filterkörpers 3 um 180 Grad umgelenkt wird. Die Abgasumlenkung erfolgt stirnseitig von Zylinder 13 und Ringzylinder 12 in einem Zwischenraum zum Gehäuse 8, wobei das Abgas durch eine am Gehäuse 8 ausgeformte Führung 10 geführt wird. According to arrows 9 , exhaust gas is directed in opposite directions through the catalyst body 2 and the filter body 3 , the exhaust gas being deflected in an exhaust gas deflection 9 from the outlet of the catalyst body 2 to the input of the filter body 3 by 180 degrees. The exhaust gas deflection takes place at the end of the cylinder 13 and the ring cylinder 12 in an intermediate space to the housing 8 , the exhaust gas being guided through a guide 10 formed on the housing 8 .

Über die Abgaszuführung 6 gelangt Abgas in einen Verteilerraum 14 an der anderen, eingangsseitigen Stirnseite des Ringzylinders 2, wo es in der Art eines Turboladers kreist und in den Ringzylinder 12 verteilt wird. Besonders günstig ist es, wenn die gesamte Anordnung möglichst motornah angeordnet wird. Das Abgas durchströmt die beiden Ringzylinderelemente 12a, 12b, wird umgelenkt und durchströmt den zylindrischen Filterkörper 3 in entgegengesetzter Richtung wie den Katalysatorkörper 2. An der ausgangsseitigen Stirnseite des Zylinders 13 ist ein Konus 15 angeordnet, welcher in die Abgasabführung 7 mündet, wo es aus dem Gehäuse 8 austritt. Via the exhaust gas supply 6 , exhaust gas arrives in a distribution space 14 on the other, input-side end face of the ring cylinder 2 , where it circles in the manner of a turbocharger and is distributed into the ring cylinder 12 . It is particularly favorable if the entire arrangement is arranged as close to the engine as possible. The exhaust gas flows through the two ring cylinder elements 12 a, 12 b, is deflected and flows through the cylindrical filter body 3 in the opposite direction to the catalyst body 2 . A cone 15 is arranged on the outlet end of the cylinder 13 , which opens into the exhaust gas discharge 7 , where it emerges from the housing 8 .

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Abgasreinigung bei Verbrennungsmaschinen mit einem Katalysatorkörper und einem Filterkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) in Abgasströmungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei der eine als Zylinder (13) und der andere als den Zylinder umschließender Ringzylinder (12) ausgebildet sind und dass eine Abgasumlenkung (11) stirnseitig vom Zylinder (13) zum Ringzylinder (12) vorhanden ist. 1. Device for exhaust gas purification in internal combustion engines with a catalyst body and a filter body, characterized in that the filter body ( 3 ) and the catalyst body ( 2 ) are arranged side by side in the exhaust gas flow direction, the one enclosing as a cylinder ( 13 ) and the other as the cylinder Ring cylinders ( 12 ) are formed and that an exhaust gas deflection ( 11 ) is provided on the end face from the cylinder ( 13 ) to the ring cylinder ( 12 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (2) und der Filterkörper (3) in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden. 2. Device according to claim 1, characterized in that the catalyst body ( 2 ) and the filter body ( 3 ) are flowed through in the opposite direction. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Katalysatorkörper (2) und dem Filterkörper (3) mindestens ein Mantel (4) und/oder eine Ausgleichsschicht (5) angeordnet sind. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that at least one jacket ( 4 ) and / or a compensating layer ( 5 ) are arranged between the catalyst body ( 2 ) and the filter body ( 3 ). 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) als Zylinder (13) und der Katalysatorkörper (2) als den Zylinder umschließender Ringzylinder (12) ausgebildet ist. 4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the filter body ( 3 ) as a cylinder ( 13 ) and the catalyst body ( 2 ) as the cylinder enclosing ring cylinder ( 12 ) is formed. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Zylinder (13) mehrere Ringzylinder umschließen, wobei abwechselnd Filterkörper (3) und Katalysatorkörper (2) nebeneinander angeordnet sind. 5. The device according to claim 4, characterized in that the cylinder ( 13 ) enclose a plurality of ring cylinders, wherein the filter body ( 3 ) and the catalyst body ( 2 ) are alternately arranged side by side. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) und/oder der Katalysatorkörper (2) aus einem oder mehreren in Abgasströmungsrichtung hintereinander geschalteten Elementen bestehen. 6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the filter body ( 3 ) and / or the catalyst body ( 2 ) consist of one or more elements connected in series in the exhaust gas flow direction. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) in Abgasströmungsrichtung die gleiche Länge aufweisen. 7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the filter body ( 3 ) and the catalyst body ( 2 ) have the same length in the exhaust gas flow direction. 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einstückig ausgebildet ist, wobei der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) durch Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is formed in one piece, the filter body ( 3 ) and the catalyst body ( 2 ) being connected to one another by soldering or welding. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einstückig ausgebildet ist, wobei der Filterkörper (3) und der Katalysatorkörper (2) durch einen Mantel zusammengehalten werden. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is formed in one piece, the filter body ( 3 ) and the catalyst body ( 2 ) being held together by a jacket. 10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 als Schalldämpfer. 10. Use of the device according to claim 1 to 7 as a silencer. 11. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (12) durch Wickeln hergestellt wird und mindestens ein den Zylinder (12) umschließender Ringzylinder (13) darauf aufgewickelt wird. 11. A method for producing a device according to one of claims 4 to 9, characterized in that the cylinder ( 12 ) is produced by winding and at least one ring cylinder ( 13 ) surrounding the cylinder ( 12 ) is wound thereon. 12. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkörper (3) und die Katalysatorkörper (2) in Ihrer abwechselnden Anordnung durch Stapeln hergestellt werden. 12. A method for producing a device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the filter body ( 3 ) and the catalyst body ( 2 ) are produced in their alternating arrangement by stacking.
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