DE10042145A1 - Abgasschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine (8), insbesondere für ein tragbares Arbeitsgerät, mit einem Schalldämpfer (1), dessen Gehäuse (2) aus mindestens zwei Teilen (3, 4) gebildet ist und einen Einlaß (5) für aus einem Zylinder (7) der Brennkraftmaschine (8) ausströmenden Abgasen (9) sowie einen Auslaß (6) zum Austritt der behandelten Abgase an die Umgebungsluft aufweist. Der Abgasschalldämpfer ist mit einer inneren Trennwand (10) zwischen dem Einlaß (5) und dem Auslaß (6) versehen. In der Trennwand (10) sind ein Katalysator (14) sowie eine oder mehrere Bypassöffnungen (15) angeordnet. Um ein Überhitzen des Katalysators (14) zu verhindern, ist vorgesehen, die Bypassöffnungen (15) mit einem thermoelektrisch oder mechanisch ansteuerbaren Ventilglied (16) in dem Sinne anzusteuern, daß bei Übersteigung einer vorgegebenen Betriebstemperatur (delta) im Schalldämpfer (1) die Bypassöffnungen (15) geöffnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein tragbares Arbeits­ gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 37 29 477 C3 ist ein Abgasschalldämpfer für eine Motorkettensäge bekannt, welcher unmittelbar an dem Ab­ gasauslaß des Zylinders eines Zweitaktmotors der Motor­ kettensäge befestigt ist. Das Gehäuse des Abgasschall­ dämpfers besteht aus zwei schalenartigen Gehäuseteilen, die an einer Gehäusetrennebene demontierbar zusammengesetzt sind. Parallel zur Gehäusetrennebene ist eine Trennwand im Abgasschalldämpfer angeordnet. Die Trennwand teilt den Ab­ gasschalldämpfer in zwei Räume auf. Ein Katalysator ist in einem Durchbruch der Trennwand angeordnet und wird von den Abgasen des Zweitaktmotors durchströmt. Eine Bypassöffnung in der Trennwand gewährleistet, daß eine unerwünscht hohe Drosselwirkung des Katalysators vermieden wird. Bei der Aufoxidation und auch der Reduktion der Abgase im Konver­ tierungsvorgang des Katalysators erhitzt sich dieser auf ca. 1000°C. Insbesondere bei neuen Katalysatoren ist es möglich, daß diese dabei überhitzen und ihre Dauerleistungsfähigkeit beeinträchtigt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Abgas­ schalldämgfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß Temperaturschwankungen des Katalysators durch Konvertierungsänderungen weitgehend vermieden sind.

Die Aufgabe ist mit einem Abgasschalldämpfer mit den Merk­ malen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Abgasschalldämpfer ist aus einem Gehäuse mit zwei schalenförmigen Teilen gebildet. Das Gehäuse des Abgas­ schalldämpfers ist durch eine Trennwand in zwei Räume auf­ geteilt, wobei in der Trennwand ein Durchbruch mit einem darin gehaltenen Katalysator angeordnet ist. Der Kataly­ sator wird von den Abgasen der Brennkraftmaschine durch­ strömt. Der Katalysator wandelt die mit einer Temperatur von ca. 600°C an der Brennkraftmaschine austretenden Abgase durch Oxidation in energiearme Gase um. Bei dem Konver­ tierungsvorgang erhitzt sich der Katalysator.

Um die Betriebstemperatur des Katalysators zu regeln und die Betriebstemperatur etwa konstant zu halten, ist erfin­ dungsgemäß vorgesehen, die in der Trennwand angeordneten Bypassöffnungen mit einem Ventilglied zu versehen oder ein Ventilglied in Eingriff mit den Bypassöffnungen zu bringen. Das Ventilglied ist durch die Temperatur des Katalysators in dem Sinne angesteuert, daß die Bypassöffnung geöffnet ist, wenn die Temperatur des Katalysators eine vorgegebene Betriebstemperatur übersteigt und die Bypassöffnung unter­ halb einer vorbestimmten Temperatur geschlossen ist.

Es kann zweckmäßig sein, das Ventilglied thermoelektrisch mit Hilfe eines Thermoelementes und eines externen elek­ trischen Stellgliedes anzusteuern. Bevorzugt ist das Ven­ tilglied als Bimetallstreifen ausgebildet und überdeckt vorzugsweise die Bypassöffnung auf der dem Einlaß des Ab­ gasschalldämpfers zugewandten Seite der Trennwand. Zweck­ mäßig ist der Bimetallstreifen annähernd gerade und eben ausgebildet und besteht aus zwei zusammengewalzten oder miteinander verschweißten Metallbändern mit möglichst ver­ schiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Es kann vorteilhaft sein, das Metallband oder die Schicht des Bi­ metallstreifens mit dem höheren thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten mit dem Katalysator, insbesondere mit dem Ge­ häuse des Katalysators, zu verbinden. Zur Reduktion der an dem Bimetall anliegenden Temperatur ist es zweckmäßig, das Bimetall z. B. mit einer Stahlzunge am Gehäuse des Katalysa­ tors oder an der Trennwand festzulegen. Der Bimetall­ streifen biegt sich beim überschreiten einer vorgegebenen Betriebstemperatur des Katalysators auf. Die Wahl des ther­ mischen Ausdehnungskoeffizienten der Metallbänder bestimmt hierbei die vorgegebene Betriebstemperatur, ab der sich der Bimetallstreifen verbiegt. Die Bypassöffnung wird freige­ geben und von den Abgasen durchströmt. Ein überhitzen des Katalysators ist dadurch vermieden.

Es ist zweckmäßig, das Ventilglied oder den Bimetall­ streifen auf der dem Einlaß zugewandten Seite der Trennwand anzuordnen. Es kann auch zweckmäßig sein mehrere Bypass­ öffnungen in der Trennwand anzuordnen.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen Ab­ gasschalldämpfer,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Abgasschall­ dämpfers,

Fig. 3 eine Ansicht einer Trennwand mit einer kreis­ förmigen Aufnahme für den Katalysator.

In Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen Abgasschalldämpfer 1 für eine Brennkraftmaschine 8, insbe­ sondere für ein tragbares Arbeitsgerät, gezeigt. Der Abgas­ schalldämpfer 1 ist im wesentlichen aus einem Gehäuse 2 ge­ bildet, welches aus einem dem Zylinder 7 der Brennkraft­ maschine 8 naheliegenden schalenförmigen ersten Gehäuse­ teil 3 und einem zweiten Gehäuseteil 4 gebildet ist. Die Gehäuseteile 3 und 4 sind mit ihren Stirnrändern gegen­ einander gesetzt, so daß in der Mitte des Gehäuses 2 eine Gehäusetrennebene 18 gebildet ist. In dem ersten Gehäuse­ teil 3 ist ein Einlaß 5 für das Abgas 9 vorgesehen. Ein Auslaß 6 für das Abgas 9 befindet sich an einer Seitenwand des zweiten Gehäuseteils 4.

In dem Gehäuse 2 befindet sich ein Katalysator 14, der zu­ mindest den im Abgas 9 enthaltenen Kohlenwasserstoff weitestgehend zu Kohlendioxid und Wasser umwandelt. Dieser Konvertierungsvorgang, der im wesentlichen eine Oxidation darstellt, ist exotherm, wobei die im allgemeinen mit etwa 600°C in den Schalldämpfer 1 eintretenden Abgase aufgeheizt werden können. Der Katalysator 14 ist in einem Durch­ bruch 13 einer Trennwand 10 angeordnet. Der Katalysator 14 ist in dem Durchbruch 13 außen ringsum so mit der Trenn­ wand 10 über eine Schweißnaht 19 verbunden, daß ein gas­ dichter Abschluß gegeben ist. Die Trennwand 10 ist vorteil­ haft in dem zweiten Gehäuseteil 4 befestigt, wobei der Außenrand der Trennwand 10 mit der Wand des zweiten Ge­ häuseteils 3 gasdicht verschweißt oder verbördelt ist. Die Trennwand 10 ist quer zur Strömungsrichtung der Abgase 9 angeordnet.

In der Trennwand 10 sind in dem gezeigten Ausführungs­ beispiel zwei Bypassöffnungen 15 oberhalb und unterhalb des Katalysators 14 angeordnet. Die Bypassöffnungen 15 sind mit je einem Ventilglied 16 versehen, das von der Temperatur des Katalysators 14 mechanisch oder thermoelektrisch ange­ steuert ist. Übersteigt die Temperatur des Katalysators 14 die gewünschte, eingestellte Betriebstemperatur δ, so hebt das Ventilglied 16 sich von der Bypassöffnung 15 ab. Die offenen Bypassöffnungen 15 erlauben ein Durchströmen von Abgasen 9 unter Umgehung der Passage durch den Katalysa­ tor 14. Die Temperatur des Katalysators 14 kann sich da­ durch wieder absenken, und es stellt sich eine etwa kon­ stante Betriebstemperatur δ des Katalysators 14 ein. In Ab­ hängigkeit von der Gestaltung des Ventilglieds kann dieser Öffnungsvorgang der Bypassöffnungen auch ohne Temperatur­ hysterese verlaufen. Nach Erreichen der Betriebstemperatur stellt sich ein nahezu linearer Temperaturverlauf des Kata­ lysators ein.

Es ist zweckmäßig, das Ventilglied 16 als Bimetall­ streifen 17 auszubilden. Die Funktion eines Bimetall­ streifens ist an sich bekannt. Zwei Metallbänder aus ver­ schiedenen Metallen mit unterschiedlichen thermischen Aus­ dehnungskoeffizienten sind miteinander verbunden. Durch Hitzeeinwirkung dehnen sich die Metallbänder unterschied­ lich aus, und ein Verbiegen und Krümmen des Bimetall­ streifens ist damit bewirkt. Ein Metallband 20 mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als ein zwei­ tes Metallband 21 sind miteinander annähernd gerade ver­ laufend verbunden. Ein Abschnitt 22 des Bimetall­ streifens 17 in Fig. 1 überdeckt die Bypassöffnung 15 und bewirkt ein Abdichten der Bypassöffnung 15. Vorzugsweise ist das Metallband 20 mit dem größeren Ausdehnungskoeffi­ zienten wärmeleitend mit dem Gehäuse 23 des Katalysators 14 verbunden. Erhitzt sich das Gehäuse 23 des Katalysators 14 bis zu einer vorgegebene Betriebstemperatur, so dehnt sich das Metallband 20 stärker als das Metallband 21 aus, was ein allmähliches Verbiegen des Bimetallstreifens 17 von der Bypassöffnung 15 weg bewirkt (vgl. Fig. 1, oben). Die By­ passöffnung 15 ist dadurch geöffnet und ein Teil des Ab­ gases 9 kann zum Auslaß 6 strömen, ohne den Katalysator 14 zu passieren. Eine thermische Überbeanspruchung des Kata- lysators 14 und ein hoher Verschleiß des Katalysators 14 insbesondere bei werksneuen Katalysatoren ist dadurch sicher vermieden. Bei geschlossener Bypassöffnung, bei­ spielsweise beim Kaltstart, steht die gesamte Konver­ tierungsleistung des Katalysators zur Verfügung.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante des Abgasschall­ dämpfers 1 gezeigt, welcher einen vergleichbaren Grundaufbau zu demjenigen der Fig. 1 aufweist, so daß für funktionsgleiche Teile die Bezugszeichen mit demjenigen der Fig. 1 übereinstimmen. Wie darin gezeigt, befindet sich stromab des Katalysators 14 und der Trennwand 10 ein Abgas­ raum 25 der von einem an der Trennwand 10 befestigten Ab­ deckblech 33 begrenzt ist. Der Katalysator 14 ist zylinder­ förmig gebildet und in einer kreisförmigen Aufnahme 26 in der Trennwand 10 gehalten.

Die Trennwand 10 ist als Einzelteil in Fig. 3 dargestellt. Etwa radial zur Längsachse 27 führt ein angeformter Kanal 28 von dem Abgasraum 25 in ein Abgasendrohr 29. Das Abgas­ endrohr 29 bildet mit seinem, dem Katalysator 14 abgewand­ ten Ende 30 den Auslaß 6 für die Abgase 9. Der Auslaß 6 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Düse 31 ausge­ bildet. Der Querschnitt der Düse 31 wechselt von kreisrund zu oval. In einem etwa parallel zur Ebene der Trennwand 10 ausgerichteten Seitenwandabschnitt 32 der Düse 31 ist die Bypassöffnung 15 mit kreisrundem Querschnitt durch den Seitenwandabschnitt 32 geführt. Die Bypassöffnung 15 ist von einem Bimetallstreifen 17, der an dem Seitenwand­ abschnitt 32 festgelegt ist, überdeckt und verschlossen. Die Funktionsweise dieser Katalysatoranordnung mit steuer­ barem Bypass entspricht derjenigen, wie sie zu Fig. 1 be­ reits ausführlich beschrieben ist.

Claims (7)

1. Abgasschalldämpfer für eine Brennkraftmaschine (8), insbesondere für ein tragbares Arbeitsgerät, mit einem Schalldämpfer (1), dessen Gehäuse (2) aus mindestens zwei Teilen (3, 4) gebildet ist und einen Einlaß (5) für aus einem Zylinder (7) der Brennkraftmaschine (8) ausströmende Abgase (9) sowie einen Auslaß (6) zum Austritt der behandelten Abgase an die Umgebungsluft aufweist, mit einer inneren Trennwand (10) zwischen dem Einlaß (5) und dem Auslaß (6), die das Gehäuse (2) in zwei Räume (11, 12) aufteilt, wobei die Trennwand (10) einen Durchbruch (13) aufweist, in dem ein Katalysator (14) gelagert ist und mit mindestens einer Bypass­ öffnung (15) in der Trennwand (10), dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassöffnung (15) mit einem Ventilglied (16) versehen ist, das unterhalb einer bestimmten Temperatur die Bypassöffnung (15) ver­ schließt und das Ventilglied (16) von der Temgeratur im Abgasschalldämpfer in dem Sinne angesteuert ist, daß bei Übersteigung einer vorgegebenen Betriebstemperatur (δ) im Abgasschalldämpfer (1) die Bypassöffnung (15) geöffnet ist.

2. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (16) ther­ moelektrisch angesteuert ist.

3. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (16) ein Bimetallstreifen (17) ist.

4. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (16) auf der dem Einlaß (5) zugewandten Seite (24) der Trennwand (10) angeordnet ist.

5. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bypassöffnungen (15) in der Trennwand (10) angeordnet sind.

6. Abgasschalldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied zwei Schaltstellungen einnehmen kann und bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur von einem Zustand des voll­ ständigen Verschließens des Bypasses in eine Stellung gebracht wird, in der der Bypass vollständig geöffnet ist.

7. Abgasschalldämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ab einer vorbestimmten Tem­ peraturschwelle das Ventilglied den Bypass teilweise öffnet und bei weiterem Temperaturanstieg der Durch­ gangsquerschnitt des Bypasses vergrößert wird.