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DE69304746T2 - Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Konverters zur Abgasreinigung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Konverters zur Abgasreinigung

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DE69304746T2
DE69304746T2 DE69304746T DE69304746T DE69304746T2 DE 69304746 T2 DE69304746 T2 DE 69304746T2 DE 69304746 T DE69304746 T DE 69304746T DE 69304746 T DE69304746 T DE 69304746T DE 69304746 T2 DE69304746 T2 DE 69304746T2
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Germany
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catalyst
housing
catalytic converter
exhaust gas
crushed
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Hidekazu Ishida
Kazuo Koga
Tetsuya Tanida
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Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
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Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
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Description

  • Ein Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Konverters zur Abgasreinigung gemäß dem ersten Teil des Anspruchs 1 ist aus WO 89/10470 bekannt. Ein Katalysatorträger mit einer streifenförmigen Wabenstruktur wird in Abständen zerquetscht oder zerdrückt, um das Biegen des Streifenmaterials zu einer mäander- oder zickzackförmigen Anordnung mit einer Gesamtform, die in das jeweilige Konvertergehäuse paßt, zu vereinfachen.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die einfache Herstellung einer kompakten Katalysatoranordnung bei hoher Genauigkeit der äußeren Gesamt form ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden bezüglich der Zeichnungen beschrieben; darin zeigt
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung, in der der äußere Aufbau eines katalytischen Konverters zur Abgasreinigung dargestellt ist,
  • Fig. 2 eine Darstellung eines Querschnitts entlang der Linien II-II in Fig. 1;
  • Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsdarstellung eines Elektrodenabschnitts aus Fig. 2;
  • die Figuren 4 bis 6 Diagramme, in denen das Herstellverfahren für einen Faltungsabschnitt einer Katalysatoreinheit dargestellt ist;
  • Fig. 7 eine perspektivische Darstellung, in der ein Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
  • Fig. 8 eine perspektivische Darstellung, in der ein Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
  • Fig. 9 eine Schnittansicht, in der ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
  • Fig. 10 eine Darstellung eines vergrößerten Querschnitts eines Elektrodenabschnitts gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 11 eine weitere Querschnittsdarstellung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und die Figuren 12 bis 14 Diagramme, in denen ein Herstellverfahren eines gefalteten Abschnitts einer Katalysatoreinheit gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
  • Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert anhand der Zeichnung beschrieben.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Anhand der Figuren 1 bis 6 wird ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Wie in diesen Figuren dargestellt, ist ein katalytischer Hilfskonverter 13 in einer Bodenrinne 12 untergebracht, die im Mittelabschnitt einer einen Teil einer Fahrzeugkarosserie bildenden Bodentafel 11 ausgebildet ist. Er weist ein Gehäuse 14 mit rechts und links geteiltem Aufbau auf, wobei die beiden Teile schließlich nahtgeschweißt sind. An beiden Enden des Gehäuses 14 sind Verbindungsflansche 15 ausgebildet, die an die Ausgangsseite eines mit einer Verbrennungskammer eines Motors verbundenen Auspuffkrümmers angeschlossen sind, während ein Verbindungsflansch 16 an die Ausgangsseite eines Auspuffrohrs angeschlossen ist, in dem ein katalytischer Hauptkonverter angeordnet ist.
  • In dem aus SUS 410 oder dergleichen bestehenden Gehäuse 14 sind untergebracht: eine Katalysatorgruppe U, die aus mehreren in Breitenrichtung (Rechts-Links-Richtung in Fig. 2) der Fahrzeugkarosserie in festen Abständen angeordneten Katalysatoreinheiten 17 besteht; ein Stützelement 18, das zwischen der Katalysatorgruppe U und dem Gehäuse 14 angeordnet ist; und ein Abstandshalter 19, der in Matrixrichtung zwischen den benachbarten Katalysatoreinheiten 17 angeordnet ist.
  • Die unter Verwendung einer (nicht dargestellten) Wellmaschine oder dergleichen hergestellte Katalysatoreinheit 17 weist eine Anordnung auf, bei der mehrere ebene Plattenelemente 20 und gewellte Plattenelemente 21 abwechselnd aufeinander schichtweise sind, so eine Vielzahl von Reaktionskanälen 22 entsteht. Dieses ebenen und das gewellten Plattenelemente 20, 21 bilden einen Träger, wobei jedes Element aus einer hitzebeständigen Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung mit einer Dicke von 40 bis 50 µm besteht und die aneinanderstoßenden Abschnitte mittels eines Nickel-Chrom-Hartlötmaterials zu einer Einheit verbunden sind. Weiterhin befindet sich auf den Oberflächen der den Träger bildenden ebenen und gewellten Plattenelemente 20, 21 ein (nicht dargestelltes) Oxidationskatalysatormaterial wie Platin oder Palladium. Bei diesem Aufbau wird die Oxidationsreaktion für den nicht-verbrannte Komponenten, etwa schädliche Kohlenwasserstoffe, in dem von der Verbrennungskammer 7 des Motors 6 abgegebenen Abgas während der Zeit, während der das Abgas die Reaktionskanäle 22 durchströmt, durch das Oxidationskatalysatormaterial aktiviert, so daß das Abgas unschädlich gemacht wird.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird das Material für die Katalysatoreinheiten 17 in Form eines zusammenhängenden Streifens unter Verwendung einer Wellmaschine oder dergleichen gebildet und für die jeweils vorgegebene Länge in Zickzackform gefaltet, so daß die Katalysatorgruppe U gebildet wird, indem das Material für die Katalysatoreinheiten 17 in mehreren Stufen angeordnet wird. Weiterhin bildet der genannte gefaltete Abschnitt 23 eine die Einheiten verbindende Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Das genannte Stützelement 18, das erfindungsgemäß als isolierende Stützschicht dient, besteht aus anorganischem Dämpfungsmaterial, das sowohl thermische als auch elektrischen Isolationseigenschaften hat, etwa dem von 3M Co., Ltd. (USA) vertriebenen "Interam/mat", um die Katalysatorgruppe U im Gehäuse 14 stabil zu halten.
  • Der genannte zwischen den benachbarten Katalysatoreinheiten 17 angeordnete Abstandshalter 19, ist weiterhin dafür vorgesehen, die Katalysatoreinheiten 17 in einem angegebenen Abstand zu halten und elektrischen Kurzschluß zwischen ihnen zu verhindern, durchsetzt aber den gefalteten Abschnitt 23 nicht, und ist aus Cordierit oder dergleichen hergestellt, wie es als elektrisch isolierender Keramik-Katalysatorträger verwendet wird. Der Abstandshalter 19 in diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen den benachbarten Katalysatoreinheiten 17 über dem gesamten Bereich in Höhenrichtung angeordnet. Er kann jedoch auch nur zwischen den oberen und unteren Endabschnitten der Katalysatoreinheiten 17 angeordnet sein, und die übrigen Zwischenräume können als Reaktionskanäle verwendet werden.
  • An der rechten und der linken Seite des unteren Endabschnitts des Gehäuses 14 ragen zwei Elektroden 27 hervor, die das Stützelement 18 und das Gehäuse 14 durchsetzen. Der zum Reaktionskanal 22 parallel verlaufende Mittelabschnitt eines Elektroden-Verbindungsstabs 28 ist mit dem Sockelende jeder Elektrode 27 einstückig verbunden. An dem Elektroden-Verbindungsstab 28 ist in dessen Längsrichtung eine Verbindungsnut 29 ausgebildet. Jeder der Verbindungsabschnitte 30, die jeweils durch Pressen an den unteren Endabschnitten der an der rechten und linken Seite des Gehäuses 14 positionierten Katalysatoreinheiten 17 ausgebildet sind, wird in die Verbindungsnut 29 eingefügt, die über das (nicht dargestellte) Hartlötmaterial einstückig mit dem Elektroden-Verbindungsstab 28 verbunden ist.
  • Eine Gegenmutter 33 ist in eine Hohlschraube 31 eingeschraubt, durch die die Elektrode 27 verläuft, um am Gehäuse 14 über eine Unterlegscheibe 32 befestigt zu werden. Die Elektrode 27, die Hohlschraube 31 und die Gegenmutter 33 werden an der Schweißstelle 34 miteinander nahtverschweißt, um das Innere des Gehäuses 14 hierdurch sicher abzudichten. Die Elektrode 27, der Elektroden-Verbindungsstab 28, die Hohlschraube 31, die Unterlegscheibe 32 und die Gegenmutter 33 sind aus Nickel oder dergleichen mit einer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit hergestellt. Um ein Elektrodendurchgangsloch 35 des Gehäuses 14 herum, das die Hohlschraube 31 durchsetzt, sind zwei Dichtscheiben 36 und ein aus künstlichen Glimmer, Keramik oder dergleichen hergestellter Isolationsring 37 zwischenstehend angeordnet. Anders ausgedrückt werden die innere und die äußere Seite des Gehäuses 14 durch die Hohlschraube 31 und die Gegenmutter 33 über die Dichtscheiben 36 und den elektrisch isolierenden Isolationsring 37 gehalten, so daß die Elektrode 27 am Gehäuse 14 befestigt ist.
  • Weiterhin ist an der Vorderkante der Elektrode 27 ein an eine Stromversorgung angeschlossener Anschluß 39 an zwei mit Flanschen versehenen Muttern 38 befestigt, die in die Elektrode 27 eingeschraubt sind. Weiterhin ist auf der stromabwärtigen Seite des Gehäuses 14 ein Temperaturfühler 40 vorgesehen, wobei ein Thermoelement oder etwas ähnliches zum Erfassen der Temperatur der Katalysatoreinheiten 17 verwendet wird.
  • Es ist, wie vorausgehend beschrieben wurde, möglich, die Länge des Stromwegs des Trägers des katalytischen Hilfskonverters 13 beträchtlich zu erhöhen und die Versorgungsspannung für den katalytischen Hilfskonverter 13 zu erhöhen. Hierdürch ist es möglich, den katalytischen Hilfskonverter 13 für kurze Zeit zu aktivieren.
  • Weiterhin sind die Katalysatoreinheiten 17 gemäß diesem Ausführungsbeispiel entlang der Breitenrichtung der Fahrzeugkarosserie angeordnet; jedoch können die in der senkrechten Richtung der Fahrzeugkarosserie angeordneten Katalysatoreinheiten 17 weiterhin entlang der Strömungsrichtung des Abgases in Reihe miteinander verbunden sein.
  • Beim katalytischen Konverter zur Abgasreinigung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es durch Anordnen der ebenen Katalysatoreinheiten im übereinandergeschichteten Zustand möglich, eine Vergrößerung des katalytischen Konverters zu vermeiden.
  • Weiterhin sind beide Endabschnitte dieser Katalysatoreinheiten abwechselnd über die die Einheiten verbindende Einrichtung so miteinander verbunden, daß ein Strom auf einem Zickzackkurs fließen kann. Hierdurch wird der Stromweg des Trägers vergrößert, wodurch die absolute Wärmeerzeugung vergrößert wird. Es ist daher durch Erhöhen der Versorgungsspannung für den katalytischen Konverter möglich, den Katalysator für eine kurze Zeit zu aktivieren, ohne die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung zu erhöhen.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorgruppe U gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren 4 bis 6 beschrieben.
  • Wie in den Figuren 4 bis 6 dargestellt ist, die das Verfahren zur Herstellung der Katalysatorgruppe U gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, wird ein jeder gefaltete Abschnitt 23 aus einem plattenartigen Material für die Katalysatoreinheiten 17 zwischen einem Stempel 24 und einem Stanzwerkzeug 25 zerdrückt (s. Fig. 4); ein Kernstab 26 wird mit dem plastisch verformten gefalteten Abschnitt 23 auf der Seite des Stempels 24 zur Berührung gebracht (s. Fig. 5); die Vorderkantenseite des Materials für die Katalysatoreinheiten 17 wird entlang des Kernstabs 26 bezüglich diesem um 180º gefaltet (s. Fig. 8); und der Kernstab 26 wird zurückgezogen, um auf diese Weise den gefalteten Abschnitt 23 zu bilden.
  • Weiterhin ist es unter der Annahme, daß das Verhältnis des Umfangs eines Kreises zu seinem Durchmesser π ist und der Radius des Kernstabs 26 "r" ist, vorzuziehen, daß das zulässige Maß W für das Zerdrücken des Materials für die Katalysatoreinheiten 17 durch das Stanzwerkzeug 25 wenigstens auf π x r festgelegt ist und daß der Radius "r" des Kernstabs 26 auf wenigstens 0,5 mm festgelegt ist (insbesondere beträgt die Dicke des Abstandhalters 19 wenigstens 1 mm). Weiterhin kann der Kernstab 26 unverändert mit dem gefalteten Abschnitt 23 des Materials für die Katalysatoreinheiten 17 einstückig verbunden werden.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Nachfolgend wird eine zweites Ausführungsbeispiel anhand von Fig. 7 beschrieben.
  • Zunächst wird eine Katalysatorgruppe U&sub2; hergestellt, die gegenüber der im ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Katalysatorgruppe U&sub1; um 90º gedreht ist. Die Katalysatoreinheit 17 an einem Ende der Katalysatorgruppe U&sub1; ist über einen die Einheiten verbindenden langen Stab 41, der im wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie der oben beschriebene Elektroden- Verbindungsstab 28, in Reihe mit der Katalysatoreinheit 17 an einem Ende der Katalysatorgruppe U&sub2; verbunden. Andererseits ist die Katalysatoreinheit 17 am anderen Ende der Katalysatorgruppe U&sub1; jeweils durch einen Elektroden-Verbindungsstab 28, der die vorstehende Elektrode 27 aufweist, mit der Katalysatoreinheit 17 der Katalysatorgruppe U&sub2; verbunden.
  • In diesem Fall wird die Stromweglänge des Trägers durch Bildung eines Zwischenraums zwischen den Katalysatorgruppen U&sub1; und U&sub2; doppelt so groß wie beim ersten Ausführungsbeispiel, wodurch die Versorgungsspannung für den katalytischen Konverter weiter erhöht wird. Dadurch wird es möglich, die Menge an erzeugter Wärme des katalytischen Konverters weiter zu erhöhen, ohne die Leistungsfähigkeit der Stromversorgung 5 zu erhöhen.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • In Fig. 8 ist eine drittes Ausführungsbeispiel dargestellt.
  • Bei dem in Fig. 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind die Katalysatorgruppen U&sub1; und U&sub2; durch den die Einheiten verbindenden Stab 41 miteinander verbunden. Andererseits sind die die Einheiten verbindenden Stäbe 43, die einstückig mit aus dem Gehäuse 14 herausragenden Anschlüssen 42 gebildet sind, beim Ausführungsbeispiel 3 an der Katalysatorgruppe U&sub1; bzw. U&sub2; befestigt, wobei Fig. 8 das Teil der Katalysatoreinheit eines katalytischen Konverters in zerlegter Darstellung zeigt. Die Anschlüsse 42 können durch ein Verbindungsstück 44 außerhalb des Gehäuses 14 elektrisch miteinander verbunden sein. Weiterhin sind in diesen Figuren Teile, die denen aus dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Nachfolgend wird eine viertes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das Gehäuse 14 eine kreisförmige oder polygonale Querschnittsform aufweist, wie in den Figuren 9 bis 11 dargestellt ist.
  • Das Gehäuse 14 umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Abschnitt zum Aufnehmen der Katalysatoreinheiten 17 sowie zwei konische Abschnitte, die jeweils mit den Verbindungsflanschen 15 und 16 verbunden sind. In diesem Gehäuse 14 sind mehrere Katalysatoreinheiten 17 untergebracht, die in festen Abständen in Breitenrichtung der Fahrzeugkarosserie (Rechts-Links-Richtung in Fig. 2) angeordnet sind, wobei die Stützelemente 18 zwischen den Katalysatoreinheiten 17 und dem Gehäuse 14 angeordnet und die plattenartigen Abstandshalter 19 jeweils zwischen den benachbarten Katalysatoreinheiten 17 in Matrixrichtung angeordnet sind.
  • Dadurch, daß das Gehäuse 14 mit einer kreisförmigen Querschnittsform versehen wird, läßt sich die haltende Kraft für die im Gehäuse 14 untergebrachten Katalysatoreinheiten 17 usw. gleichmäßig verteilen und die Gefahr, daß die Katalysatoreinheiten 17 durch ungleichmäßige Belastung beschädigt werden, indem minimieren.
  • Die Teile, die im wesentlichen denen aus dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf ihre Erklärung wird verzichtet.
  • Weiterhin ist in Fig. 11 ein Gehäuse 14 mit hexagonaler Querschnittsform dargestellt.
  • Wie in dieser Figur dargestellt, sind die oberen und unteren Endabschnitte einer rechten und einer linken Hälfte des Gehäuses 14, die jeweils eine Trapezform aufweisen, miteinander nahtverschweißt, so daß das Gehäuse 14 als hexagonaler Zylinder gebildet wird, bei dem die Katalysatoreinheiten 17 usw. entsprechend der Form der inneren Umfangswand des Gehäuses 17 dicht untergebracht sind. Dabei ist es vorteilhaft, jeden gefalteten Abschnitt 23 parallel zur inneren Umfangswand des Gehäuses 14 auszubilden. Weiterhin ist das streifenartige Material für die Katalysatoreinheiten 17 ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel derart zickzackförmig gefaltet, daß der plattenartige Kernstab an jedem gefalteten Abschnitt 23 befestigt ist.
  • Ausführungsbeispiel 5
  • Nachfolgend wird ein fünftes Ausführungsbeispiel anhand der Figuren 12 bis 14 beschrieben.
  • Das fünfte Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zur Herstellung der Katalysatorgruppe U, die gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kreisförmig oder polygonal gestaltet und in dem Gehäuse 14 unterzubringen ist.
  • Alle gefalteten Abschnitte 23 aus streifenartigem Material für die Katalysatoreinheiten 17 werden zwischen einem Stempel 24 und einem Stanzwerkzeug 25 zerdrückt (s. Fig. 12); mit dem plastisch verformten gefalteten Abschnitt 23 auf der Seite des Stempels 24 wird ein Kernstab 26 in Berührung gebracht (s. Fig. 13); die Vorderkantenseite des Materials für die Katalysatoreinheiten 17 wird längs dem Kernstab 26 bezüglich diesem um 180º gefaltet (s. Fig. 14), und der Kernstab 26 wird entfernt, um auf diese Weise den gefalteten Abschnitt 23 zu bilden.
  • Die äußere Umfangsfläche (in Fig. 13 die rechte Seitenfläche) des an den gefalteten Abschnitt 23 angrenzenden Kernstabs 26 weist einen kreisbogenförmigen Querschnitt mit einer Krümmung auf, die der des Gehäuses 14 entspricht, wobei der Neigungswinkel des Kernstabs 26 bezüglich des Materials für die Katalysatoreinheiten 17 entsprechend der Position des gefalteten Abschnitts 23 bezüglich des Gehäuses 14 festgelegt ist. Weiterhin kann der Kernstab 26 des Materials für die Katalysatoreinheiten 17 wiederum einstückig verbunden werden.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, jeden gefalteten Abschnitt 23 parallel zur inneren Umfangswand des Gehäuses 14 auszubilden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Konverters zur Abgasreinigung, der einen Katalysatorträger (17) mit einer mehrere parallele Reaktionskanäle (22) bildenden streifenartigen Wabenstruktur (20, 21) aufweist, wobei
Teile der Wabenstruktur (20, 21) in zu den Reaktionskanälen (22) parallelen Richtungen zerdrückt und
der Katalysatorträger (17) an den zerdrückten Teilen (23) abwechselnd in um 180º zueinander entgegengesetzten Richtungen gefaltet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wabenstruktur (20, 21) von der Seite nur einer Oberfläche des streifenförmigen Trägers (17) zerdrückt wird, und
daß der Katalysatorträger (17) um an der Seite der anderen Oberfläche des Trägers angeordnete Kernstäbe (26) herum gefaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsform des Kernstabs (26) so gewählt ist, daß die Form des gefalteten Teils (23) der eines den Katalysatorträger (17) umgebenden Gehäuses (14) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wabenstruktur (20, 22) an einem Endabschnitt (30) des Katalysatorträgers (17) durch Pressen zerdrückt und der Endabschnitt (30) in eine in einem Elektroden-Verbindungsstab (28) ausgebildeten Nut (29) eingefügt wird.
DE69304746T 1992-03-09 1993-03-09 Verfahren zur Herstellung eines katalytischen Konverters zur Abgasreinigung Expired - Fee Related DE69304746T2 (de)

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