DE29612758U1

DE29612758U1 - Vorrichtung zur Leitung eines Abgasmassenstromes und/oder Aufnahme eines Katalysatorträgerkörpers

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Publication number: DE29612758U1
Application number: DE29612758U
Authority: DE
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2006-07-25
Also published as: WO1998004814A1; AU3443097A; TW368550B

Description

EMITEC Gesellschaft für 24. Juli 1996

Emissionstechnologie mbH !E40260GBM DS/SL/ZZ2

Vorrichtung zur Leitung eines Abgasmassenstromes und/oder
zur Aufnahme eines Katalysatorträgerkörpers

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Leitung eines Abgasmassenstromes, insbesondere von einem Verbrennungsmotor, und/oder zur Aufnahme eines Katalysatorträgerkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Bedingung für eine gute Umsetzungsrate und die Erfüllung von gesetzlichen Abgaserfordernissen eines Katalysators, insbesondere für Kraftfahrzeuge, ist das schnelle Erreichen der Zündtemperatur von etwa 300° bis 400° C. Um Wärmeverluste insbesondere während der Startphase zu minimieren, ist es bekannt, einen Katalysatorträgerköirper mit einer Isolationsschicht zu umgeben. Das G 87 15 289.4 offenbart einen Trägerkörper für einen katalytischen Reaktor, wobei zwischen dem Umfang des wabenkörperförmigen Trägerkörpers und einem Metallrohr eine elastisch verformbare sowie hitzebeständige und den Trägerkörper umhüllende Matte eingeklemmt ist. Weiterhin beschreibt die WO96/12876 einen Katalysatorträgerkörper, bei dem außenliegende Kanäle des freien Strömungsquerschnittes durch Sicken verschlossen sind. Diese Kanäle bilden eine Wärmeisolierung gegenüber den weiter innenliegenden Kanälen des Katalysatorträgerkörpers. Weiterhin wird in der DE 44 45 557 Al ein doppelwandiges Gehäuse für Abgaskatalysatoren beschrieben, wobei der innere Mantel in dem äußeren angeordnet ist.

Dieser äußere Mantel ist an Stellen über den gesamten Umfang nach innen zum inneren Mantel hin verformt. Dadurch werden zwischen dem inneren

Mantel und dem äußeren Mantel Räume geschaffen, die eine isolierende Wirkung aufweisen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine auch bei hohen Temperaturen temperaturbeständige Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung ist mit einer Mehrzahl von Vorteilen verbunden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Leitung eines Abgasmassenstromes, insbesondere von einem Verbrennungsmotor, und/oder zur Aufnahme eines Katalysatorträgerkörpers weist mindestens einen inneren Mantel und einen äußeren

is Mantel auf, wobei der innere Mantel zumindest teilweise von dem äußeren Mantel umgeben ist. Zwischen dem inneren Mantel und dem äußeren Mantel ist ein erster Spalt ausgebildet. Der erste Spalt weist eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung auf und ist in der Weise ausgestaltet, daß ein Kühlmedium von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung geführt wird. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, daß der erste Spalt zumindest in einem Abschnitt ringförmig um den Umfang des inneren Mantels verläuft. So kann das Kühlmedium den inneren Mantel über den ganzen Umfang umströmen. Die abzuführende Wärme wird dann auch im gesamten Umfang abtransportiert. Unter ringförmig ist insbesondere ein geschlossener Abschnitt mit unterschiedlichen Geometrien um den Umfang zu verstehen. Andere Körpergeometrien als ringförmig, z.B. oval oder konisch, werden ebenfalls in dem Abschnitt über den Gesamtumfang durch den äußeren Mantel zur Ausbildung des ersten Spaltes abgedeckt. Die Spaltgeometrie als solches kann sich in einer weiteren Ausgestaltung auch verändern, so beispielsweise durch Verringerung oder Vergrößerung des Abstandes des inneren Mantels zum

äußeren Mantel. Das Kühlmedium kann auf diese Weise an geeigneten Stellen beschleunigt oder verlangsamt werden, je nach gewünschter Auslegung der Vorrichtung. Die Einlaßöffnung sowie die Auslaßöffnung können an ganz gezielt gewählten Punkten, Bereichen oder Teilabschnitten des Spaltes angeordnet sein. Dieses bietet sich dann an, wenn bekannte Wärmenester an der Leitung eines Abgasmassenstromes gezielt mit dem Kühlmedium beaufschlagt werden sollen. Dazu ist es aber ebenfalls möglich, das mehrere Einlaß- oder auch Auslaßöffnungen am ersten Spalt vorhanden sind. Auch kann die jeweilige Stirnseite des ersten Spaltes als Einlaß- oder

&iacgr;&ogr; Auslaßöffnung ausgebildet sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung umströmt das Kühlmedium zweckmäßigerweise schon zu Beginn des ersten Spaltes den inneren Mantel über seinen gesamten Umfang, was zu einer vergleichmäßigten Abkühlung des inneren sowie des äußeren Mantels führt. Wärmespannungen aufgrund unterschiedlicher abgeführter Wärmes;tröme über dem Umfang können dadurch am inneren bzw. äußeren Mantel verringert, wenn nicht gar weitestgehend vermieden werden.

Ein Haupteinsatzgebiet einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Leitung eines Abgasmassenstromes ist der Bereich von ICraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Dort ist die Vorrichtung Teil eines Abgasstranges des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges. Der Abgasstrang ist dabei insbesondere als Leitungen definiert, die einen Abgasmiassenstrom aus dem Verbrennungsmotor abfuhren. Dazu gehören Krümmer nebst Flanschen und Anschlüssen, Rohrabschnitte, aber auch Gehäuse für Katalysatorträgerkörper und Schalldämpfer. Insbesondere ein Katalysator, der zwar zu Beginn des Kaltstartes noch eine Wärmesenke darstellt, im späteren Verlauf jedoch aufgrund der exothermen Reaktionen, die er hervorruft, zur Wärmequelle wird, kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gekühlt werden. Dieser an sich widersprüchliche Gedanke, einem Katalysator, dem üblicher-

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weise Wärme zuzuführen ist, nun Wärme abzuführen, eröffnet neue Motorkonzepte. Die Erfindung ermöglicht, den Verbrennungsmotor samt Abgasstrang und Katalysator sowie andere Einrichtungen, die als Wärmequelle fungieren, trotzdem kompakt und in unmittelbarer Nähe zueinander im Motorraum anzuordnen. Während im Stand der Technik allein die Verbrennungsmotorwärme über einen geeigneten Kühlkreislauf mittels des Fahrtwindes abgeführt wird, wird erfindungsgemäß durch die gezielte Führung eines Kühlmediums in dem ersten Spalt dieses auch an anderen thermisch kritischen Stellen des Abgasstranges ermöglicht. Gerade die gezielte Führung

&iacgr;&ogr; des Kühlmediums von der Einlaßöffnung zu der Auslaßöffnung im ersten Spalt ermöglicht eine zweckmäßige Abkühlung.

Im Rahmen von gekapselten Motorraumkonzepten ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Kühlung der in diesem gekapselten Raum verlaufenden wärmeabstrahlenden Bauteile. Damit werden Hitzestaus oder Schädigungen von hitzeempfindlichen Bauteilen, beispielsweise Motorsteuerungen oder elektronischen Einrichtungen oder Kunststoffteilen sowie Schaltern reduziert oder vermieden.

Eine Weiterentwicklung der Vorrichtung sieht voirteilhafterweise zumindest teilweise zwischen dem Abgasmassenstrom und dem inneren Mantel die Anordnung eines zweiten Spaltes vor. Dieser zweite Spalt dient zum einen als Isolator. Er verhindert bzw. vermindert den Wärmedurchgang vom Abgasmassenstrom zum ersten Spalt. Dazu ist vorteilhafterweise in dem zweiten Spalt ein isolierendes Medium angeordnet. Dieses isolierende Medium weist dann eine geringen Wärmedurchgangskoeffizienten auf. Es können jedoch auch mehrere isolierende Medien im zweite« Spalt angeordnet sein, wodurch sich eine Wärmeschichtung ausbilden kann. Dabei kann jedes Medium für sich eine entsprechende Wärmeisolierung aufbringen. Wird der zweite Spalt beispielsweise mit einem Gas gefüllt oder in ihm ein Vakuum

angeordnet, so ist der Wärmedurchgangskoeffizient im zweiten Spalt sehr klein. Jedoch treten bei sehr heißen Bauteilen wie beispielsweise dem Krümmer oder anderen exotherm arbeitenden Bauteilen wie dem Katalysator Temperaturen auf, bei denen eine Wärmeübertragung über Strahlung nicht zu vernachlässigen ist.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, im zweiten Spalt ein isolierendes Medium anzuordnen, welches diese Strahlung absorbiert und/oder auch diffus verteilt. Ein ähnlicher Effekt läßt sich auch durch Einbringung eines Isoliermaterials in den zweiten Spalt erzielen. Wird Keramik oder eine keramikhaltige Matte zumindest teilweise in dem zweiten Spialt angeordnet, wird zum einen der Wärmeübergang zwischen dem Abgasmassenstrom und dem äußeren Mantel erheblich verringert, zum anderen hat das Isoliermaterial auch eine dämpfende Wirkung bei Schwingungen auf den inneren Mantel oder auch auf dazu nah angeordnete Körper. Wird ein Katalysatorträgerkörper vorteilhafterweise innerhalb des Mantels aufgenommen, wird das Isoliermaterial gleichzeitig auch als Stütz- und Dämpfungsmaterial für diesen genutzt.

Die Zuführung des Kühlmediums zu der oder den Einlaßöffnungen kann mit einem Zuleitungskörper, der mit der Einlaßöffnung verbindbar ist, hergestellt werden. Die Abführung des Kühlmediums wiederum erfolgt über die Auslaßöffnung bzw. Auslaßöffnungen mit vorteilhafterweise jeweils einem entsprechenden Ableitungskörper, mit dem diese verbunden werden können. Dadurch wird ermöglicht, das Kühlmedium auch in einem Kreislauf zu führen, so daß die aufgenommene Wärme über geeignete Kühleinrichtungen abgegeben werden kann. Dazu bieten sich bei einem Kraftfahrzeug Konvektionskühler an, die in Fahrtrichtung dem Fahrtwind ausgesetzt sind. Die Einlaßöffnung selbst kann jedoch auch so angeordnet sein, daß Fahrtwind entsprechend dem jeweiligen Staudruck in den ersten Spalt gelangt und über Wärmekonvektion eine Abkühlung hervorruft. Eine Ausgestaltung der Erfin-

dung sieht vor, daß dem Zuleitungskörper auch eine Düse zugeordnet ist. Die damit erzielte Beschleunigung des Kühlmediums führt zu einem höheren Massenstrom im ersten Spalt, wodurch insbesondere stark hitzegefährdete Bereiche abgekühlt werden. Ein derartiger Düseneffekt ist durch entsprechende Durchmesserverringerungen im ersten Spalt selbst ebenfalls erzielbar.

Da ein Kraftfahrzeug bzw. ein Verbrennungsmotor selbst über geeignete Kühlvorrichtungen verfugen muß, um die entstehende Motorwärme abführen zu können, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Zuleitungskörper für die Einlaßöffnung des ersten Spaltes in Verbindung mit einem Kühlsystem des Kraftfahrzeuges und/oder des Verbrennungsmotors gebracht. Dieses kann der übliche Kühlwasserkreislauf, aber ebenso der Kreislauf anderer Bauteile sein. Ebenso steht der Zuleitungskörper auch in Verbindung mit einer in Hauptfahrrichtung eines Kraftfahrzeuges weisenden Öffnung und/oder mit einem Gasführungssystem, vorzugsweise einem Saugrohrsystem des Verbrennungsmotors. Dieses ermöglicht eine weitere Ausnutzung von quasi immanent vorhandenen Abkühlungsmöglichkeiten. Das Kühlmedium selbst kann gasförmig oder flüssig sein und ist insbesondere Luft oder Wasser. Bei Kraftfahrzeugen stehen diese beiden permanent zur Verfugung, so daß so auch eine konstruktiv wie preislich sehr günstige Nutzung möglich ist.

Das Kühlmedium wird in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in eine Zwangsbewegung versetzt. Dieses ist sowohl bei einem geschlossenen Kühlkreislauf der Vorrichtung wie auch bei einem offenen Kühlkreislauf für das Kühlmedium möglich. Als geeignete Mittel sind Pumpen, Verdichter und/oder Ventilatoren oder ähnliches einsetzbar. Sie können allein das Kühlmedium nur für die Vorrichtung oder auch ein für andere zu kühlende Bauteile entsprechendes Kühlm<;dium zwangsbewegen. Bei einigen Kraftfahrzeugen wird mittlerweile eine Sekundärluftpumpe während

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des Kaltstartens eingesetzt, um die entsprechenden Abgasvorschriften zu erfüllen. Während des übrigen Betriebes, d.h. wenn der Verbrennungsmotor seine Betriebstemperatur erreicht hat, wird die sekundäre Luftpumpe nicht genutzt. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht nun den Einsatz der Sekundärluftpumpe in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor. Dieses ermöglicht eine Nutzung dieser Pumpe während des gesamten Betriebes des Verbrennungsmotors. Gerade in der Kaltstartperiode kann die Sekundärluftpumpe entsprechende Zusatzluft für den Verbrennungsmotor zur Verfügung stellen. Zu diesem Zeitpunkt ist eine Kühlung mittels der Vorrichtung noch nicht

&iacgr;&ogr; notwendig. Ist dagegen die Kaltstartperiode verlassen worden, dann kann durch entsprechende Schaltmittel der zwangsbewegte Luftstrom zur Vorrichtung und damit zu den zu kühlenden Stellen geleitet werden.

Weitere Vorteile und Eigenschaften von bevorzugten Ausführungsbeispielen is der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der folgenden Zeichnung erläutert. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch geeignete Kombinationen der dort offenbarten Merkmale. Es zeigen:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem inneren und einem äußeren Mantel,

Figur 2 einen Katalysatorträgerkörper, der durch einen inneren und äußeren Mantel mit einem ersten und einem zweiten Spalt umgeben ist,

Figur 3 einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 4 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Katalysatorträgerkörper aus Figur 3 und

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Figur 5 einen weiteren Querschnitt durch eine andere erfindungsgemäße

Vorrichtung.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Leitung eines Abgasmassenstromes 15. Ein innerer Mantel 1 ist von einem äußeren Mantel 2 umgeben. Diese Mäntel 1, 2 bilden einen ersten Spalt 3 aus, durch den ein Kühlmedium 16 von einer Einlaßöffnung 4 :ru einer Auslaßöffnung 5 geführt wird. Die Strömungsrichtung des Kühlmediums 16 ist in der Figur

&iacgr;&ogr; durch die Pfeile, die sich jeweils an der Einlaß- bzw. Auslaßöffnung befinden, angedeutet. Das Medium 16 nimmt durch Konvektion einen Wärmestrom von der Fläche des inneren Mantels 1 auf und führt ihn ab. Weiterhin ist zwischen dem Abgasmassenstrom 15 und dem inneren Mantel 1 ein zweiter Spalt 6 angeordnet. Ein isolierendes Medium 14, welches in dem

is zweiten Spalt 6 angeordnet ist, unterbindet einen direkten Kontakt zwischen dem Abgasmassenstrom 15 und dem inneren Mantel 1. Da das isolierende Medium 14 weiterhin einen kleinen Wärmedurchgangskoeffizienten aufweist, wird auch nur relativ wenig Wärme nach außen in Richtung des äußeren Mantels 2 vom Abgasmassenstrom 15 aus abgegeben. Die Verhinderung eines direkten Kontaktes des Abgasmassenstromes 15 mit dem inneren Mantel 1 hat den weiteren Vorteil, daß das isolierende Mediums 14 einen Schutz insbesondere gegen das Auftreten von Heißgaskorrosion bietet. Bei Temperaturen von teilweise über 800° C besteht eine derartige Gefahr für das Auftreten von Heißgaskorrosion an metallenein Bauteilen, auf die der Abgasmassenstrom 15 trifft. Dies wird erfindungsgemäß mittels isolierender Medien 14 vermieden. Die Materialwahl für den inneren Mantel 1 ist dann gegenüber anderen Lösungen freier gestaltbar, ohne einen Verlust an Haltbarkeit hinnehmen zu müssen.

Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem inneren Mantel 1, einem äußeren Mantel 2 sowie einem ersten Spalt 3 und einem zweiten Spalt 6. Innerhalb des inneren Mantels 1 ist: ein Katalystorträgerkörper 7 angeordnet. Dieser kann aus Metall oder auch Keramik gefertigt sein. Bei Betrieb des Katalysatorträgerkörpers 7 wird dieser bei Erreichen der Zündtemperatur zu einer exothermen Wärmequelle. Daher umgibt der äußere Mantel 2 den inneren Mantel 1 vorzugsweise im Bereich des Katalysatorträgerkörpers 7 zumindest teilweise. Dieses ist in der in Figur 2 dargestellten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung so angepaßt, daß

&iacgr;&ogr; der durch die katalytische Reaktion entstehende Wärmestrom ausreichend abgeführt werden kann. Dazu weist der erste Spalt 3 eine Mehrzahl gleich oder unterschiedlich ausgeformter Einlaßöffnungen 4 und Auslaßöffhungen 5 auf. Sie können einzeln, aber auch kombiniert, ebenfalls an unterschiedlichen Positionen eines Abgasstranges eingebracht sein. Während die Stirnfläche des ersten Spaltes 3 als Einlaßöffnung 4 bzw. &igr; yuslaf!öffnung 5 dient, ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung in der Form eines sich im ersten Spalt 3 befindenden Kanales angedeutet. Dieser Kanal, gestrichelt in Figur 2 dargestellt, verbindet zumindest ei pe Einlaßöffnung 4 mit einer Auslaßöffnung 5. Der Kanal ist durch entsj rechende Leitflächen innerhalb des ersten Spaltes 3 ausgebildet. Diese können sich über den gesamten ersten Spalt oder auch nur Bereiche davon ziehen,, Der Kanal kann sich in Richtung der Auslaßöffnung 5 auch so öffnen; daß mehrere nebeneinanderliegende Kanäle in eine Auslaßöffnung 5 münden. Auch eine mehrkanalige Ausführung ist möglich und insbesondere danri vorteilhaft, wenn verschiedene Punkte oder Abschnitte der Leitung gezielt nik dem Kühlmedium 16 beaufschlagt werden sollen. Die Halterung des Katalysatorträgerkörpers 7 im inneren Mantel 1 erfolgt durch geeignete Einrichtungen im zweiten Spalt 6. Dazu bieten sich geeignete Halterungspunktij, beispielsweise in Form von Sicken an. Eine Halterung und gleichzeitig Dampfung kann aber auch durch ein geeignetes Dämpfungsmaterial erfolgen, wslches zweckmäßigerweise auch

eine wärmeisolierende Eigenschaft hat. Diese Halterung kann an die jeweilige Konstruktion des Katalysatorträgerkörpers 7 angepaßt sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung ist dieser ein Temperaturfühler 11 zugeordnet. Er ist so angeordnet, daß er eine oder mehrere Temperaturen erfassen kann. Beispielsweise werden die Temperatur des Katalysatorträgerkörpers 7 und/oder die Temperatur des inneren Mantels 1 erfaßt. Aus diesen Temperaturwerten ist direkt ableitbar, wie sich der abgegebene Wärmestrom verhält. Dieses ist auch über die Temperaturmessung des äußeren Mantels oder die Temperaturerfassung des Kühlmediums möglich. Bei· Verwendung von mehreren Temperaturfühlern 11 sind auch örtliche Temperaturverteilungen aufschlüssel- und auswertbar. Ein Temperaturfühler 11 kann vorteilhafterweise so ausgebildet sein, daß er an einer Position mehrere Temperaturen von verschiedenen Bauteilen wie dem inneren und dem äußeren Mantel aufnehmen kann.

Figur 3 zeigt eine Anordnung mit einem Verbrennungsmotor 13 und einer daran angeschlossenen erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dieser hat einen Kühlkreislauf 12, der mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt ist. Die Wärmeabfuhr aus dem Kühlkreislauf 12 erfolgt über einen Rippenkühler 17. Im Kühlkreislauf 12 ist eine Pumpe 10 angeordnet, die: die Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf 12 in eine Zwangsbewegung versetzt. An den Kühlkreislauf 12 des Verbrennungsmotors ist ein Kühlkreislauf 18 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angeschlossen. Ein Ventil 19 kann über eine Leitung 20 durch eine Steuerung 21 geöffnet oder verschlossen werden. Mit der Steuerung 21 ist ebenfalls ein Temperaturfühler 11 verbunden, der die Temperatur des äußeren Mantels 2 erfaßt. Weiterhin ist die Pumjpe 10 ebenfalls mit der Steuerung 21 über eine Leitung 20 verbunden. Die Steuerung 21 ist nun so ausgelegt, daß sie in Abhängigkeit von der vom Temperaturfühler 11 gemessenen Temperatur die Strömungsgeschwindigkeit und/oder den Massenstrom

des Kühlmediums einstellen kann, das über den Zuleitungskörper 8 zugeführt wird und über den Ableitungskörper 9 abgeführt wird. Erreicht der äußere Mantel 2 eine Grenztemperatur, so kann die Steuerung 21 veranlassen, daß der Kühlkreislauf 18 geöffnet und Wärme abgeführt wird. Mittels des Temperaturfühlers 11 kann die Auswirkung des Öffnens des Kühlkreislaufes 18 überprüft werden. Wird bei bisher im stationären Betrieb ausreichender Wärmeabfuhr eine plötzliche Temperaturerhöhung bemerkt, wie es beispielsweise beim Zugbetrieb eines Anhängers in den Bergen auftritt, kann die Pumpe und/oder das Ventil 19 so gesteuert werden, daß mehr Wärme

&iacgr;&ogr; abgeführt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhält die Steuerung 21 aber nicht nur Daten vom Temperaturfühler 11, sondern ebenfalls vom Verbrennungsmotor 13. Ändert sich beispielsweise der eingespritzte Brennstoffanteil zum Luftanteil in der Ansaugung, d.h. daß kurzfristig mehr Leistung dem Motor abverlangt wird, so kann die Steuerung 21 eine entsprechende Auswertung auf die Auswirkung der Temperatur des Abgasmassenstromes und damit auf eine mögliche Temperaturerhöhung eines Bauteiles des Abgasstranges treffen. Kritische Temperaturerhöhungen sind dadurch vermeidbar, indem frühzeitig für eine ausreichende Kühlung gesorgt wird. Dieses ist insbesondere bei mehreren Kühlmöglichkeiten an einem Abgasstrang sinnvoll, die auch getrennt voneinander ansteuerbar sind. Während so gerade Abschnitte, die motornah angeordnet sind, mehr Wärme abgeben und dementsprechend einer höheren Strömungsgeschwindigkeit bzw. eines größeren Massenstromes des Kühlmediums bewürfen, kann bei anderen Bauteilen der Kühlflüssigkeitsstrom trotzdem gleichbleibend sein. Um das Zusammenwirken von Motorsteuerung und Kühlung aufeinanderabzustimmen, wird die Steuerung 21 in eine Motorsteuerung 23 integriert. Diese ist in Figur 3 als gestrichelter Block 23 in Block 21 angedeutet.

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Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch die erfimdungsgemäße Vorrichtung (Schnitt IV-IV aus Figur 3). Der äußere Mantel 2 umgibt den inneren Mantel 1 so, daß sich der erste Spalt 3 ringförmig ausbildet. Innerhalb des inneren Mantels 1 befindet sich ein Katalysatortragerkörper 7. Im zweiten Spalt 6 zwischen dem inneren Mantel 1 und dem Katalysatorträgerkörper 7 ist ein isolierend wirkendes Gas angeordnet, beispielsweise Luft. Um die Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung an den inneren Mantel 1 so gering wie möglich zu halten, ist weiterhin in dem zweiten Spalt 6 eine Folie 22 angeordnet. Diese besteht vorteilhafterweise aus liitzebeständigem Material,

&iacgr;&ogr; insbesondere aus Metall. Die dem Katalysatorträgerkörper 7 zugewandte Oberfläche der Folie 22 ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß auftreffende Strahlung diffus zerstreut wird. So bildet sich innerhalb des zweiten Spaltes 6 eine quasi doppelte Isolierungsschicht aus. Um ein wärmetechnisches Überbrücken des zweiten Spaltes 6 so gering wie möglich zu halten, ist die

is Folie 22 gewellt. Es ist vorteilhaft, daß die Folie 22, die den Katalysatorträgerkörper 7 berührt, den inneren Mantel 1 allenfalls nur mit WeI-lungsbergen bzw. Wellungstälern berührt. Sollte sich nämlich eine Verschiebung des Katalysatorträgerkörpers 7 im zweiten Spalt 6 ergeben, bietet so die Folie 22 auch dann noch eine ausreichende Isolierungswirkung. Bevorzugt ist es, wenn der Wärmedurchgangskoeffizieint des zweiten Spaltes 6 insgesamt kleiner ist als der Wärmekoeffizient an dem dem äußeren Mantel 2 zugewandten Wand des inneren Mantels 1 irn ersten Spalt 3. Durch geeignete Wahl des oder der isolierenden Medien sowie deren Anordnung im zweiten Spalt 6 werden Wärmeübergangsmechanismen wie Konvektion, Wärmeleitung oder Wärmestrahlung so gering wie möglich gehalten. Dieses ermöglicht, daß die Vorrichtung auch in unmittelbarer räumlicher Nachbarschaft zum Verbrennungsmotor anbringbar ist. Dieses gilt auch insbesondere für einen Krümmer. Die Vorrichtung gestattet, selbst die dort auftretenden relativ hohen Temperaturen soweit zu isolieren, daiß beispielsweise in einem gekapselten Motorraum keine Hitzestaus auftreten. Ebenfalls ist es möglich,

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Bauteile so nah an einen Krümmer oder den Verbrennungsmotor zu bringen, daß das Innere der Vorrichtung, insbesondere eines Katalysatorträgerkörpers 7 dann eine geringere Temperatur als zumindest ein Teil des äußeren Mantels 2 hat. Abgestrahlte Wärme kann bei dieser Konfiguration nicht zu einer Schädigung dieser Bauteile führen.

Figur 5 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wie schon in Figur 4 dargestellt, bilden der innere Mantel 1 und der äußere Mantel 2 den ersten Spalt 3 für ein Kühlmedium. Der

&iacgr;&ogr; Katalysatorträgerkörper 7 ist innerhalb des inneren Mantels 1 angeordnet. In dem zwischen dem Katalysatorträger 7 und dem inneren Mantel 1 angeordnete zweiten Spalt 6 befinden sich mehrere Folien 22, wobei drei dargestellt sind. Die Folien 22 sind so strukturiert, daß sie quasi keine ebene Fläche ausbilden, sondern gekrümmt, gewellt oder anders verformt sind. Auch

is können sie entsprechende Einkerbungen, Noppen sowie ähnliche oder andere Strukturen aufweisen. Diese sind besonders zweckmäßig als Berührungspunkte zwischen der Folie 22 und dem inneren Mantel 1 bzw. dem Katalysatorträgerkörper 7 angeordnet. Mehrere Folien 22 können sich auch überlappen, wodurch sie zum einen als Schwingungsdämpfer für den Katalysatorträgerkörper 7 dienen können, zum anderen aber auch als Isolationsschichten funktionieren. Vorteilhaft ist es, wenn eine Folie 22 in der Weise gewellt ist, daß sie den inneren Mantel 1 oder den Katalysatorträger 7 zumindest überwiegend nur mit Wellungsbergen oder Wellungstälern berührt. Die Berührungspunkte sind damit klein, wodurch der durch Wärmeleitung übertragbare Wärmestrom an dieser Stelle auch nur gering sein kann. Mit der Folie 22 oder anderem geeigneten strukturierten isolierenden Material können im zweiten Spalt 6 auch Kanäle gebildet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird nicht nur ein Kühlmedium durch den ersten Spalt 3 sondern ebenfalls durch den zweiten Spalt

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6 geführt. Dazu werden im zweiten Spalt 6 Kanäle ausgebildet, wodurch auch eine nur lokale Kühlmittelzuführung erzielt wird. Das Kühlmedium kann entweder das Kühlmittel sein, das im ersten Spalt 3 verwendet wird oder es kann ein anderes Kühlmedium sein. Wird dasselbe Kühlmedium verwendet, ist es vorteilhaft, daß der innere Mantel 1 Öffnungen aufweist, durch die das Kühlmedium zum zweiten Spalt 6 führbar ist. Ebenfalls können auch Auslaßöffnungen vorgesehen werden, so daß eine Strömungsbewegung auch im zweiten Spalt 6 zumindest teilweise realisiert wird.

	EMITEC Gesellschaft für	Bezugszeichenliste	innerer Mantel	(1 · ·»»
*»»» # · ·	Emissionstechnologie mbH	äußerer Mantel	• # * 24. Juü 1996
	erster Spalt	E40260GBM DS/SL/ZZ2
1	Einlaßöffnung
2	Auslaßöffnung
3	zweiter Spalt
4	Katalysatorträgerkörper
5	Zuleitungskörper
6	Ableitungskörper
7	Pumpe
8	Temperaturfühler
9	Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors
10	Verbrennungsmotor
11	isolierendes Medium
12	Abgasmassenstrom
13	Kühlmedium
14	Rippenkühler
15	Kühlkreislauf der Vorrichtung
16	Ventil
17	Leitung
18	Steuerung
19	Folie
20	Motorsteuerung
21
22
23

Claims

EMITEC Gesellschaft für 24. Juli 1996

Emissionstechnologie mbH E40260GBM DS/SL/ZZ2

Ansprüche

&iacgr;&ogr; I. Vorrichtung zur Leitung eines Abgasmassenstromes (15), insbesondere von einem Verbrennungsmotor (13), und/oder zur Aufnahme eines Katalysatorträgerkörpers (T), mit mindestens einem inneren Mantel (1) und einem äußeren Mantel (2), wobei der innere Mantel (1) zumindest teilweise von dem äußeren Mantel (2) umgeben ist und wobei zwischen dem inneren Mantel (1) und dem äußeren Mantel (2) ein erster Spalt

(3) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Spalt (3) eine Einlaßöffnung (4) und eine Auslaßöffnung (5) aufweist und in der Weise ausgestaltet ist, daß ein Kühlmedium (16) von der Einlaßöffnung (4) zu der Auslaßöffnung (5) geführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Spalt (3) zumindest in einem Abschnitt ringförmig um den Umfang des inneren Mantels (1) verläuft.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Teil eines Abgasstranges des Verbrennungsmotors (13) ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise zwischen dem Abgasmassenstrom (15) und dem inneren Mantel (1), vorzugsweise zwischen dem Katalysa-

torträgerkörper (7) und dem inneren Mantel (1), ein zweiter Spalt (6) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden: Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (4) mit einem Zuleitungskörper (8) verbindbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffhung (5) mit einem Ableitungskörper (9)

&iacgr;&ogr; verbindbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zuleitungskörper (8) mindestens eine Düse zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuleitungskörper (8) in Verbindung mit einer in Hauptfahrrichtung eines Kraftfahrzeuges weisendem Öffnung und/oder mit einem Gasführungssystem, vorzugsweise einem Saugrohrsystem des Verbrennungsmotors (13), und/oder mit einem Kühlsystem (12) des Verbrennungsmotors (13) steht.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium (16) gasförmig oder flüssig ist, insbesondere das Kühlmedium (16) Luft oder Wasser ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Mittel (10), welches das Kühlmedium (16) in eine Zwangsbewegung versetzt.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrichtung zumindest ein Temperaturfühler (11) zugeordnet ist, der vorzugsweise die Temperatur des Katalysatorträgerkörpers (7) und/oder die Temperatur des inneren Mantels (1) und/oder die Temperatur des äußeren Mantels (2) und/oder die Temperatur des Kühlmediums (16) erfaßt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (11) die Temperatur des zweiten Spaltes (6) erfaßt.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Massenstrom des Kühlmediums (16) einstellbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Massenstrom des Kühlmediums (16) in Abhängigkeit von der vom Temperaturfühleir (11) gemessenen Temperatur einstellbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (4) mit einem Kühlkreislauf (12) des Verbrennungsmotors (13) und/oder des ICraftfahrzeuges verbindbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Massenstrom und/oder die Strömungsgeschwindigkeit und/oder die Pumpe (10) und/cder den Verdichter und/- oder den Ventilator und/oder den Temperaturfühler (11) eine elektronische Steuerung (21) vorgesehen und in eine elektronische Motorsteuerung integriert ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedurchgangskoeffizient des zweiten Spaltes (6) kleiner ist als der Wärmeübergangskoeffizient an der dem äußeren Mantel (2) zugewandten Wand des inneren Mantels (1) im ersten Spalt (3).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Spalt (6) ein isolierendes Medium (14) angeordnet ist.
&iacgr;&ogr; 19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß. in dem zweiten Spalt (6) Gas ode:r ein Vakuum angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Spalt (6) ein Isoliermaterial angeordnet ist, insbesondere Keramik oder eine keramikhaltige Matte.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten Spalt (6) eine Folie (22) insbesondere aus Metall angeordnet ist, vorzugsweise mit zumindest einer auf Strahlung diffus wirkenden Oberfläche.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (22) strukturiert ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (22) in der Weise gewellt ist, daß sie den inneren Mantel (1) oder den Katalysatorträger (7) zumindest überwiegend nur mit Wellungsbergen oder Wellungstälern berührt.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in unmittelbarer räumlicher Nachbarschaft zum Verbrennungsmotor (13), insbesondere zu einem Krümmer am Verbrennungsmotor (13), anbringbar ist, daß das Innere der Vorrichtung, insbesondere der Katalsysatorträgerkörper (T) eine geringere Temperatur als zumindest ein Teil des äußeren Mantels (2) hat.