DE10002284A1

DE10002284A1 - Entkopplungselement für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10002284A1
Application number: DE10002284A
Authority: DE
Inventors: Gerd Lotzgeselle
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2001-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Entkopplungselement (1), welches zur schwingungstechnischen Entkopplung zwischen dem Motor und der Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges angebracht wird. Im Leitrohr (3), das die Innenwand des Entkopplungselementes bildet, ist ein Katalysatorkörper (2) angeordnet. Dieser dient insbesondere als Vorkatalysator zur Überbrückung der Anspringzeit des im Abgasweg nachgeordnet angebrachten Hauptkatalysators.

Description

Die Erfindung betrifft ein Entkopplungselement zur Herstellung einer flexiblen Verbindung zwischen dem Motor und der Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges.

Ein Entkopplungselement der eingangs genannten Art ist zum Beispiel aus der DE 196 42 010 A1 bekannt. Bei derartigen Entkopplungselementen handelt es sich um verhältnismäßig kurze Kupplungsstücke mit einem Durchlass für Abgase, welche auf einer Seite des Durchlasses mit dem Motor beziehungsweise dem Abgaskrümmer eines Kraftfahrzeuges und auf der anderen Seite des Durchlasses mit der Abgasanlage verbunden werden. Der Zweck derartiger Elemente besteht darin, die Abgasanlage mit dem Motor federnd, gelenkig und gedämpft zu verbinden und beide Elemente somit schwingungstechnisch so weit wie möglich zu entkoppeln. Entkopplungselemente bestehen daher in der Regel aus zwei Rohrstücken, von den eines mit dem Motor und das andere mit der Abgasanlage zu verbinden ist und welche untereinander durch verschiedene Zwischenelemente wie Dämpfungseinlagen, Schraubenfedern und/oder einen Metallbalg flexibel und dämpfend verbunden sind.

Weiterhin ist es bekannt, zur Minderung der Schadstoffe im Abgas von Kraftfahrzeugen einen Katalysator in den Abgasweg einzusetzen, welcher eine katalytische Umwandlung der Schadstoffe bewirkt. Insbesondere können durch einen Katalysator NO_x- Verbindungen zu Stickstoff reduziert, CO zu CO₂ oxidiert und HC-Verbindungen zu CO₂ und H₂O oxidiert werden (sogenannter Dreiwege-Katalysator). Derartige Katalysatoren arbeiten dabei nur in einem Temperaturbereich von ca. 400°C bis 800°C, wobei sie ihre optimale Wirkungsweise in einem noch engeren Temperaturfenster erreichen.

Beim Anlassen eines Fahrzeuges dauert es daher eine gewisse Zeit, bis der Katalysator seine Arbeitstemperatur angenommen hat und er "anspringt", d. h. seine Funktion der Schadstoffminderung wahrnimmt. Während dieser Zeit werden die Schadstoffe unvermindert emittiert. Um diesen Nachteil möglichst klein zu halten wird unter anderem versucht, den Katalysator nahe am Motor anzubringen, damit er möglichst schnell seine Betriebstemperatur annehmen kann. Dieser motornahen Anbringung sind jedoch aufgrund der konstruktiven Gegebenheiten Grenzen gesetzt, so dass ein gewisses Zeitlimit für die Startphase nicht unterschritten werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein einfaches und kostengünstiges Mittel zur Verfügung zu stellen, mit welchem die Startphase (Anspringzeit) für die Wirkung des Katalysators eines Kraftfahrzeuges verkürzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Entkopplungselement nach Anspruch 1 gelöst.

Das Entkopplungselement von der eingangs genannten Art dient dabei zum einen der Herstellung einer flexiblen Verbindung zwischen dem Motor des Kraftfahrzeuges und der Abgasanlage. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen Katalysatorkörper enthält. Das erfindungsgemäße Entkopplungselement kann somit zusätzlich eine Funktion bei der katalytischen Schadstoffminderung im Abgas des Kraftfahrzeuges übernehmen. Da Entkopplungselemente im allgemeinen unmittelbar am Motor angebracht werden, befindet sich auch der darin enthaltene Katalysator in größtmöglicher Nähe zum Motor, so dass er innerhalb kürzester Zeit seine Betriebstemperatur annehmen kann. Die Startphase für das Funktionieren des Katalysators wird dadurch auf eine Minimum verkürzt. Gleichzeitig ist von Vorteil, dass dieser Katalysator ohne zusätzlichen Aufwand zusammen mit dem ohnehin anzubringenden Entkopplungselement eingesetzt wird. Gegenüber dem üblichen Einbau von (Vor-) Katalysatoren durch Schweißen entfallen somit zusätzliche Arbeitsschritte sowie insbesondere auch die Herstellung von zwei Schweißnähten, welche tendenziell Schwachstellen der Abgasanlage darstellen. Weiterhin ist von Vorteil, dass der im Entkopplungselement untergebrachte Katalysator keinen zusätzlichen Platzbedarf im Weg der Abgasanlage benötigt. Er eignet sich daher hervorragend für die Nachrüstung in existierenden Fahrzeugtypen. Darüber hinaus wirkt das im Entkopplungselement dargestellte Luftpolster als zusätzliche Isolierung des Katalysatorkörpers, wodurch die Anspringzeit ("light-off"-Temperatur) zusätzlich verringert wird.

Der Katalysatorkörper im Entkopplungselement kann nach Anspruch 2 insbesondere als Vorkatalysator dimensioniert sein. Das bedeutet, dass ein weiterer Katalysator als Hauptkatalysator im Abgasweg stromabwärts angeordnet ist, welcher im normalen Betrieb den wesentlichen Anteil der Schadstoffminderung übernimmt. Der Vorkatalysator im Entkopplungselement wird dagegen nur in der Startphase des Motors benötigt, wenn der Hauptkatalysator noch auf geringer Temperatur ist und somit seine Konvertierung noch nicht angesprungen ist. Durch die Begrenzung der Funktion auf die eines Vorkatalysators kann der Katalysatorkörper auch entsprechend kleiner ausgebildet werden, so dass er sich ohne Probleme in einem verhältnismäßig kleinen Entkopplungs element unterbringen lässt. Ein derartiger Vorkatalysator kann insbesondere bei existierenden Fahrzeugtypen eingebaut werden, da er keinen zusätzlichen Platz in der Abgasanlage benötigt.

Der Katalysatorkörper kann nach Anspruch 3 einen Metallträger oder einen Keramikträger (Monolith) aufweisen. Derartige Träger sind dann in bekannter Weise mit den katalytisch aktiven Teilchen (Platin, Rhodium, Palladium oder Iridium etc.) beschichtet.

Das Entkopplungselement enthält ferner gemäß Anspruch 4 vorzugsweise ein Leitrohr, in welchem der Katalysatorkörper angeordnet ist und welches zumindest einen Teilabschnitt der Innenwand des Entkopplungselementes bildet. Wie eingangs erläutert wurde, bestehen Entkopplungselemente in der Regel aus zwei konzentrisch angeordneten Rohren unterschiedlichen Durchmessers, welche untereinander durch geeignete Mittel flexibel verbunden sind. Das innen gelegene Rohr mit dem kleineren Durchmesser bildet dabei das Leitrohr, welches sich für die Anordnung des Katalysatorkörpers besonders eignet.

Das genannte Leitrohr kann dabei gemäß Anspruch 5 vorzugsweise von einem Metallbalg umgeben sein, welcher in radialer und vor allem axialer Richtung für eine flexible Verbindung der beiden Anschlussenden des Entkopplungselementes sorgt.

Im folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement in der Frontansicht;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Entkopplungselement nach Fig. 1 entlang der Linie II-II.

Bei dem Entkopplungselement 1 handelt es sich um ein verhältnismäßig kurzes Kupplungsstück, welches auf der einen Seite zum Beispiel über einen Flansch (nicht dargestellt) mit dem Motorgehäuse beziehungsweise dem Abgaskrümmer des Motors verbunden werden kann und welches auf der gegenüberliegenden Seite mit der Abgasanlage (nicht dargestellt) verbunden wird. Die beiden Rohrstutzen, welche die Verbindung zum Motor beziehungsweise zur Abgasanlage herstellen, sind bei dem Entkopplungselement separate Teile, welche schwingungstechnisch entkoppelt sind.

Der am Motor anzubringende Rohrstutzen ist dabei im wesentlichen zylindrisch und geht im Innenbereich des Entkopplungselementes in ein Leitrohr 3 mit etwas geringerem Durchmesser über. Um das Leitrohr 3 herum ist ein Metallbalg 6 angeordnet, welcher am anderen Ende des Entkopplungselementes 1 in den Rohrstutzen 8 übergeht, der die Verbindung zur Abgasanlage herstellt. Zwischen Leitrohr 3 und Metallbalg 6 ist ein Luftpolster 9 als zusätzliche Isolierung des Katalysatorkörpers ausgebildet. Weiterhin ist das Entkopplungselement von einem Gehäuse 4 eingekapselt, welches eine umlaufende Mehrdrahtfeder 7 aufweist. Das Gehäuse 4 enthält ferner auf der Innenwand eine Dämpfungseinlage 5, auf der der Metallbalg 6 anliegt. Ein Entkopplungselement der bis hierhin beschriebenen Bauweise dient dazu, den Motor schwingungstechnisch von der Abgasanlage zu entkoppeln, so dass sich Vibrationen und Erschütterungen nicht von einem System auf das andere übertragen. Ein typisches Entkopplungselement dieser Art ist zum Beispiel das Produkt Burex 7 der Firma Burgmann, Wolfrathshausen.

Erfindungsgemäß wird das Entkopplungselement 1 in seiner Funktionalität dadurch erweitert, dass im Leitrohr 3 ein zylindrischer Katalysatorkörper 2 angeordnet wird. Hierbei kann es sich zum Beispiel um einen Metallwickelkatalysator (zum Beispiel Typ Emitec; VW-Wickelkat Typ Mini oder Midikat) oder aber um einen Katalysator auf der Basis eines Keramik-Monolithen handeln, wobei bei letzterem zusätzlich eine Blähmatte vorzusehen ist. Der Katalysatorkörper 2 lässt sich somit auf einfache Weise in ein herkömmliches Entkopplungselement integrieren. Im Betrieb des Fahrzeuges nimmt er eine Funktion als Vorkatalysator wahr, das heißt, er dient der Überbrückung der Zeit bis zum Anspringen der Konvertierung durch den Hauptkatalysator. Dabei kommt ihm zugute, dass er sich in unmittelbarer Nähe zum Motor befindet und daher innerhalb kürzester Zeit seine Betriebstemperatur annimmt. Durch die Integration in einem ohnehin vorhandenen Entkopplungselement kann ein solcher Vorkatalysator auch bei Fahrzeugen nachgerüstet werden, bei denen ansonsten kein Platz für die Unterbringung eines Vorkatalysators vorhanden wäre. Dabei ist der Einbau zusätzlich noch äußerst einfach und erfordert keinerlei Schweißarbeiten an der Abgasanlage.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Entkopplungselement

2

Katalysatorkörper

3

Leitrohr

4

Gehäuse

5

Dämpfungseinlage

6

Metallbalg

7

Mehrdrahtfeder

8

Rohrstutzen

9

Luftpolster

Claims

1. Entkopplungselement zur Herstellung einer flexiblen Verbindung zwischen dem Motor und der Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Katalysatorkörper (2) enthält.

2. Entkopplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (2) als Vorkatalysator dimensioniert ist.

3. Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (2) einen Metallträger oder einen Keramikträger aufweist.

4. Entkopplungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper (2) in einem Leitrohr (3) angeordnet ist, welches zumindest einen Teilabschnitt der Innenwand des Entkopplungs elementes (1) bildet.

5. Entkopplungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitrohr (3) zumindest teilweise von einem Metallbalg (6) umgeben ist.