DE69216325T2 - Kombinierter Schalldämpfer und katalytischer Umwandler - Google Patents

Kombinierter Schalldämpfer und katalytischer Umwandler

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Kombination von Schalldämpfer und Katalysator für Zwei- oder Viertaktmotoren des Typs, welcher einen oder zwei Zylinder hat.
  • Um die Menge an schädlichen Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Bestandteilen im Abgas herabzusetzen, ist bekannt, einen katalytischen Konverter verwenden, der einen oxidierenden Katalysator nutzt, welcher in dem Abgassystem in Strömungsrichtung vor dem Schalldämpfer angeordnet ist. Es ist auch bekannt, Sekundärluft in das Abgassystem in Strömungsrichtung vor dem katalytischen Konverter zur Förderung der Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Bestandteile in dem Abgas einzuleiten und dadurch das Ausstoßen solcher schädlicher Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Bestandteile in die Atmosphäre zu reduzieren.
  • In US-A-4,209,493 wird ein Schalldämpfer beschrieben, welcher einen hohlen Körper hat, in welchem es eine schalldämpfende Kammer gibt, die aus einer Vielzahl perforierter Platten gebildet wird, wobei ein katalytischer Konverter innerhalb dieser Kammer enthalten ist. Dieser Schalldämpfer ist von komplizierter Konstruktion und ist deshalb in der Herstellung verhältnismäßig teuer.
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, für einen Schalldämpfer zu sorgen, der einen katalytischen Konverter einschließt, wobei dieser Schalldämpfer verhältnismäßig einfach herzustellen und deshalb wirtschaftlich ist.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird für einen Schalldämpfer für eine Auspuffanlage für eine Ein- oder Zweizylinderverbrennungsmaschine gesorgt, mit:
  • einem hohlen Schalldämpferkörper mit einem Auspuffgaseinlaß zum Anschluß an die Auspuffanlage des Motors und einem Auspuffgasauslaß, wobei der Schalldämpferkörper ein topfförmiges Gehäuse und einen Deckel umfaßt;
  • Unterteilungsmitteln, die quer in dem Schalldämpferkörper angeordnet sind, um den Schalldämpferkörper in eine erste Kammer, welche mit dem Auspuffgaseinlaß kommuniziert, und eine zweite Kammer aufzuteilen, die mit dem Auspuffgasauslaß kommuniziert, wobei die Unterteilungsmittel eine dritte Kammer definieren, die eine am stromaufwärtigen Ende liegende Öffnung zu der ersten Kammer und eine an stromabwärtigen Ende liegende Öffnung zu der zweiten Kammer hat, wobei das stromaufwärts liegende Ende einen perforierten Wandbereich zum gleichmäßigen Verteilen der Auspuffgase aus der ersten Kammer in die dritte Kammer hat;
  • einem katalytischen Konverter einschließlich eines Katalysators, der innerhalb der dritten Kammer zum Oxidieren und Reduzieren unverbrannter Auspuffgaskomponenten vor deren Austritt in die zweite Kammer und aus dem Auspuffgasauslaß angeordnet ist;
  • wobei die Unterteilungsmittel eine erste Wand und eine zweite Wand aufweisen, wobei die erste und die zweite Wand jeweils einen am Umfang liegenden Befestigungsflansch definieren; und
  • wobei der Schalldämpferkörper und der Deckel jeweils einen Befestigungsflansch aufweisen und die am Umfang liegenden Befestigungsflansche der ersten und zweiten Unterteilungswände zwischen diesen eingeschichtet sind.
  • Die vorliegende Erfindung sorgt folglich für eine einfache und wirtschaftliche Kombination Schalldämpfer/Katalysator für einen Verbrennungsmotor.
  • Vorzugsweise hat das Unterteilungsmittel eine erste Wand, die Rückseite an Rückseite mit einer zweiten Wand angeordnet ist, wobei diese erste und diese zweite Wand einen über den Umfang verlaufenden Montageflansch bilden. In diesem Fall kann es Befestigungsmittel für die Befestigung des topfförmigen Körpers und Deckels miteinander geben, wobei dieses Befestigungsmittel weiterhin das Unterteilungsmittel derart befestigt, daß der Körper, der Deckel und das Unterteilungsmittel alle fest durch das Befestigungsmittel miteinander verbunden sind. Ein solches Befestigungsmittel wird durch einen Falz definiert, der durch einen der Befestigungsflansche des Körpers und des Deckels definiert wird.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Zeichnungen veranschaulichen die beste Form, die gegenwärtig für das Ausführen der Erfindung beabsichtigt ist. Die Zeichnungen zeigen in
  • Fig. 1 eine Seitenansicht im Aufriß eines Verbrennungsmotors mit einer Schalldämpfereinheit, die in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
  • Fig. 2 eine Ansicht von oben auf die Schalldämpfereinheit;
  • Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Ebene der Linie 3 - 3 von Fig. 2;
  • Fig. 4 eine Grundrißansicht, die das Innere des Schalldämpferkörpers veranschaulicht;
  • Fig. 5 eine Seitenansicht des Schalldämpferkörpers von Fig. 4; und
  • Fig. 6 eine grafische Darstellung des Schalldämpferdrucks in Abhängigkeit von der Zeit, dargestellt in der Form des Winkels der Kurbelwelle des Motors.
    • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Jetzt unter Bezugnahme auf die zeichnungen veranschaulicht Fig. 1 einen Verbrennungsmotor, der generell durch die Zahl 1 bezeichnet wird, mit einem Schalldämpfer 2 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist Motor 1 ein Motor mit einer verhältnismäßig geringen Leistung, d.h. weniger als 20 PS (20 HP), der einen oder zwei Zylinder haben könnte, welcher typischerweise in Verbindung mit Rasen- und Gartengeräten, wie beispielsweise Rasenmähern und Rotorfräsen oder mit Stromerzeugern&sub1; Pumpen und dergleichen genutzt wird. Motor 1 hat eine Kurbelwelle 3, die in konventioneller Weise durch eine (nicht gezeigte) Kolben- und Zylinderanordnung angetrieben wird und deren Drehzahl durch einen Drosselklappenmechanismus gesteuert wird, der mit der Bezugszahl 4 gekennzeichnet ist. Der Drosselklappenmechanismus hat ein Betätigungskabel 5, welches typischerweise zu einer (nicht gezeigten) Handhebeleinheit führt, die von einem Bedienungsmann genutzt wird, um die Drehzahl des Motors und die Funktion der Vorrichtung zu steuern. Wie veranschaulicht, umschließt eine Schutzvorrichtung 6 den Schalldämpfer 2, um mitzuhelfen, zu verhüten, daß der Bedienungsmann den heißen Metall-Schalldämpferkörper während des Betreibens berührt.
  • Jetzt unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 wird dort die Schalldämpfer-Bauemheit 2 stärker detailliert veranschaulicht. Die Schalldämpfereinheit 2 hat ein Auspuffgasrohr 7, das an einem Ende mit Hilfe eines untrennbaren Flansches 8 mit dem Auspuffgasaustritt aus dem Zylinderkopf (nicht gezeigt) von Motor 1 verbunden ist. Das gegenüberliegende Ende von Rohr 7 ist mit einem Schalldämpfer 9 verbunden, welcher aus einem zweiteiligen hohlen Gehäuse besteht, das einen topfförmigen Körper 10 und einen Deckel 11 hat, welche mit Hilfe eines über den Umfang verlaufenden Falzes oder einer Bördelung 12 fest miteinander verbunden sind. Eine Halterung 13 wird benutzt, um den Schalldämpfer 9 am Motorblock zu befestigen. Der Schalldämpfer 9 hat eine Reihe perforierter Metallwände 14a, 14b und 14c und eine massive Wand 14d gegenüber von Wand 14c, welche zwei getrennte Kammern 29 und 30 für Zwecke der Schalldämpfung bilden. Wie am besten in Fig. 3 gezeigt, wird ein Bund 28, der in das Innere von Körper 10 hinein vorspringt, für das Führen und das Anbringen von Rohr 7 zum und mit Schalldämpfer 9 benutzt.
  • Wie am besten in Fig. 2 und 3 gezeigt, ist ein katalytischer Konverter 15 in Kammer 29 innerhalb von Schalldämpfer 9 in Strömungsrichtung hinter dem Einlaß von Rohr 7 in das Innere von Schalldämpfer 9, aber in Strömungsrichtung vor dem Auslaß 16 von Schalldämpfer 9 eingebaut. Der Konverter 15 ist von einem Pakkungsmaterial 31 umgeben, welches als Temperaturisolierung und Schwingungsisolationsmittel funktioniert. Alle Auspuffabgase, welche in das Innere von Schalldämpfer 9 eintreten, gelangen zuerst nach unten durch Wand 14a in die erste Kammer 29, welche den Konverter 15 enthält, um solche Bestandteile, wie Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxid zu minimieren. Um dies zu bewerkstelligen, hat der katalytische Konverter 15 eine Keramik- Wabenstruktur. Die Struktur ist in angemessener Weise für das Hubvolumen des Motors und die gewünschte Reduzierung der Emission dimensioniert und hat, wie in Fig. 2 veranschaulicht, ungefähr eine Größe von 7,67 x 2,54 x 2,54 cm (3 x 1 x 1 Zoll) für den in Fig. 1 dargestellten 5-HP-Motor. Die Keramikstruktur ist mit einem oxidierenden Katalysator irgendeiner bekannten Zusammensetzung beschichtet. Vorzugsweise wird eine Kombination von Platin, Palladium und Rhodium genutzt. Jedoch kann jede beliebige Kombination bekannter oxidierender Katalysatoren verwendet werden. Nach dem Passieren durch den Konverter 15 tritt das Auspuffabgas aus der ersten Kammer 29 durch Wand 14b aus, tritt dann in die zweite Kammer 30 durch die Wand 14c ein und verläßt schließlich Schalldämpfer 9 durch Auslaß 16.
  • Wie in der Technik allgemein bekannt ist, muß, um unverbrannte Abgasbestandteile, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxid, in einem Konverter weiter zu minimieren, dem katalytischen Konverter zusätzliche Luft zugeführt werden. Um dies zu bewerkstelligen, veranschaulichen Fig. 4 - 5 eine Zungenventil-Baueinheit, die generell durch die Bezugszahl 17 gekennzeichnet ist. Zungenventileinheit 17 hat ein Paar Zuführungsöffnungen 18 und 19, welche durch den Körper 10 von Schalldämpfer 9 ausgebildet sind, so daß das Innere von Schalldämpfer 9 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt, haben die Öffnungen 18 und 19 eine im wesentlichen rechteckige Gestalt und sind parallel und angrenzend zueinander angeordnet. Jedoch können auch andere spezielle Anordnungen verwendet werden, wie beispielsweise eine einzige Öffnung im Gegensatz zu zwei Öffnungen, und die speziellen Stellen und Abmessungen für diese Öffnungen können gegenüber jenen modifiziert werden, welche in Fig. 4 dargestellt sind. Zungenventileinheit 17 hat auch ein Zungenventil 20, das ein Paar Zungenelemente 21 und 22 hat, welche mit den Luftöffnungen 18 und 19 entsprechend zusammenarbeiten. Zungenventil 20 besteht aus dünnem elastischem vergütetem Metall oder dergleichen und ist an einem Ende durch ein Paar Nieten 23 an der Innenseite von Körper 10 befestigt. Ein Anschlag 24 in der Form einer dünnen Metallplatte ist ebenfalls mit Hilfe von Nieten 23 an Körper 10 montiert und ist, wie in Fig. 5 gezeigt, leicht weg von der Innenwand von Körper 10 abgewinkelt. Anschlag 24 funktioniert, um ein übermäßiges Durchbiegen von Zungenventil 20 zu verhüten, wie im Nachstehenden beschrieben wird.
  • Fig. 6 veranschaulicht eine Grafik des Schalldämpferdrucks in Abhängigkeit von der Zeit, wie sie durch den Kurbelwellenwinkel von Motor 1 bestimmt wird. Die gestrichelte Linie 25 in Fig. 6 ist repräsentativ für den atmosphärischen Druck, nämlich 1,03356 at (14,7 lbs pro Quadratzoll). Spitze 26 ist repräsentativ für das Öffnen des Auspuffabgasventils (nicht gezeigt) bei Motor 1. Schließlich sind solche Spitzen wie sie bei 27 dargestellt sind, repräsentativ für einen negativen Druck in Schalldämpfer 9, da ja diese Spitzen unter der Linie des amtosphärischen Drucks liegen. Das Ergebnis ist, daß die unterhalb von Linie 25 in Fig. 6 dargestellten Bereiche bewirken, daß sich das Zungenventil 20 öffnet, da sie ja repräsentativ für einen negativen Druck in Schalldämpfer 9 sind, wohingegen Bereiche oberhalb von Linie 25 in Fig. 6 zu einem Schließen von Zungenventil 20 führen, da sie ja repräsentativ für Drücke oberhalb des atmosphärischen sind. Folglich verhütet, wenn es geschlossen ist, das Zungenventil 20 Abgasleckagen aus Schalldämpfer 9.
  • In Betrieb wird Zungenventil 20 gebogen oder geöffnet, um die Luftöffnungen 18 und 19 während jener Zeiten freizugeben, zu denen der Druck innerhalb von Schalldämpfer 9 unterhalb dem atmosphärischen liegt, d.h. unterhalb von Linie 25 in Fig. 6. Während dieser Zeiten gelangt Sekundärluft aus der Atmosphäre durch die Luftöffnungen 18 und 19 in das Innere von Schalldämpfer, um bei der Oxidation von Abgasbestandteilen, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, Stickoxiden und verschiedenen anderen Kohlenwasserstoffen vor deren Abgabe aus dem Auslaß Hilfe zu leisten. Andererseits wird das Zungenventil 20 immer dann geschlossen und dichtet folglich die Öffnungen 18 und 29 ab, um zu verhüten, daß Abgas aus Schalldämpfer 9 unbeabsichtigt entweicht, wenn der Druck innerhalb von Schalldämpfer 9 oberhalb von Linie 25 in Fig. 6 liegt. Folglich befindet sich das Zungenventil in einem ständigen Bewegungszustand, um zu gestatten, daß Sekundärluft in Schalldämpfer 9 zu verschiedenen Zeiten während einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle von Motor 1 eintritt. Es wird folglich für eine einfache Kombination Schalldämpfer/katalytische Konverterstruktur und eines Mittels für die zuführung von Sekundärluft zu dem katalytischen Konverter 15 gesorgt.

Claims (4)

1. Schalldämpfer für eine Auspuffanlage für eine Ein- oder Zweizylinderverbrennungsmaschine, mit:
einem hohlen Schalldämpferkörper (9) mit einem Auspuffgaseinlaß (7) zum Anschluß an die Auspuffanlage des Motors und einem Auspuffgasauslaß (16), wobei der Schalldämpferkörper ein topfförmiges Gehäuse (10) und einen Deckel (11) umfaßt;
Unterteilungsmitteln (14), die quer in dem Schalldämpferkörper (9) angeordnet sind, um den Schalldämpferkörper in eine erste Kammer, welche mit dem Auspuffgaseinlaß kommuniziert, und eine zweite Kammer aufzuteilen, die mit dem Auspuffgasauslaß kommuniziert, wobei die Unterteilungsmittel eine dritte Kammer (29) definieren, die eine am stromaufwärtigen Ende liegende Öffnung zu der ersten Kammer und eine am stromabwärtigen Ende liegende Öffnung zu der zweiten Kammer hat, wobei das stromaufwärtsliegende Ende einen perforierten Wandbereich (14a) zum gleichmäßigen Verteilen der Auspuffgase aus der ersten Kammer in die dritte Kammer (29) hat;
einem katalytischen Konverter (15) einschließlich eines Katalysators, der innerhalb der dritten Kammer (29) zum Oxidieren und Reduzieren unverbrannter Auspuffgaskomponenten vor deren Austritt in die zweite Kammer und aus dem Auspuffgasauslaß (16) angeordnet ist;
wobei die Unterteilungsmittel (14) eine erste Wand (14a, 14d) und eine zweite Wand (14b, 14c) aufweisen, wobei die erste und die zweite Wand jeweils einen am Umfang liegenden Befestigungsflansch definieren; und
wobei der Schalldämpferkörper (10) und Deckel (11) jeweils einen Befestigungsflansch aufweisen und die am Umfang liegenden Befestigungsflansche der ersten und zweiten Unterteilungswände (14a, 14b; 14c, 14d) zwischen diesen eingeschichtet sind.
2. Schalldämpfer nach Anspruch 1, wobei die Unterteilungsmittel (14) definierenden ersten und zweiten Wände übereinanderliegend so gestaltet sind, da die dritte Kammer zwischen ihnen gebildet ist.
3. Schalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, wobei Befestigungsmittel (12) zum Befestigen des topfförmigen Körpers (10) und des Deckels (11) aneinander vorgesehen sind, wobei die Befe stigungsmittel (12) ferner die Unterteilungsmittel (14) so halten, daß der Körper, der Deckel und die Unterteilungsmittel alle fest miteinander durch dieselben Befestigungsmittel (12) verbunden sind, wobei die Befestigungsmittel einen Falz (12) umfassen, der durch einen der Befestigungsflansche des Körpers (10) und des Deckels (11) gebildet ist.
4. Schalldämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Kammer (29) eine Schalldämpfungskammer umfaßt.
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