DE1476620A1

DE1476620A1 - Converter-Auspufftopf

Info

Publication number: DE1476620A1
Application number: DE19641476620
Authority: DE
Inventors: Purse Frank Vernon
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1964-10-26
Filing date: 1964-10-27
Publication date: 1969-02-27
Also published as: GB1072799A; NL6412460A

Description

Converter-Auspufftopf

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Form eines Converter-Auspufftopfes, der eine festliegende Schicht eines Kontaktmaterials für die Behandlung von Moborauspuffgason enthält. Speziell besitzt die verbesserte Anlage Konstruktionsmerkmale'., die ungleiche Ausdehnung aufgrund variierender leiiperaturbe dingung en mit Erfolg ausgleichen kann, v/ährend gleichzeitig ά!^{Λ T}Ä';ke der ICatalvsatorteilehenochicht vermindert wird, die einen besseren Auspuffgasflu3 lurch die Einheit liefert.

Die Entfernung bKv/. TJriwnndlung schädlicher Verbindungen von Aaspaffgasen von Fahrzeugen ist ein Mittel, wie allgemein bev/iesou werden konnte, um in vielen geographischem Lagen die "üild-ing von Hebel zu 'verhindern. In einem katalytisches. Vorfahren 'herden die heißen Grjse, die aus der !.Iotorauspuffleitung aurjgi.^toSen warden, mit einer TTenge Sekundär- oder Verbrennungsl'tft vermischt, und das resultierende G-emiseh wird durch eine Katalysatorsohicht geleitet, die in einer Umv/andlungszone gehalten wird, um eine mehr oder weniger vollständige Oxydation von Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die in dem Abgasstrom vorhanden sind, zu bewirken. Die Verwendung einer katalytischen H_ethode und einer entsprechenden Vorrichtung gestatten auch die Einleitung der Oxydationsreaktion bei niedrigeren 2emperaturen als dies sonst möglich wäre und schließen den Gebrauch von Zündmitteln wirksam aus, die gewöhnlich mit den meisten "Fachbrenner"-Arten oder anderen Vor-

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richtungen, die völlig "von den thermischen Bedingungen abhängen, benützt werden.

Sine gute Vorrichtung zur Umwandlung von Auspuffgasen ist eine solche, die die Katalysatorschicht in der V/eise lagert,

sie
daß/in wirksamster Weise ausgenützt wird. Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die Verwendung irgendeiner bestimmten Katalysatorart beschränkt werden, da verbesserte Katalysatormassen zur Verfugung stehen, die' ihre katalytische Wirksamkeit während einer langen Verfahrensdauar behalten. Der Katalysator wird vorzugsweise in Teilchenform, wie als kleine Kü^elehen, Zylinder und/oder Granalien, verwandt, die in einem geeigneten Katalysaiorhalteabschnitt oder einer Gchicht angeordnet sind, so daß ein gleichförmiger Fluß durch sie sowie als Folge davon ein gleichförmig?!* Verbrauch des Katalysators gewährleistet wird.

Die vorliegende Erfindimg liefert πinen Converter für "Iotor- . abgase, der so konstruiert ist, daß er die Geschv/indigkoitsspitüHie in dem Gasstroxnfluß kompensiert, eine Katalysatoroder Kontaktschicht variabler Die K e mit einem größeren Druckgefälle am Abströmende vorsieht und Flexibilität und AuSifelmur.g in Längsrichtung unter hohen iemperaturbedingungen gestattet, um Probleme einer Formveränderung und-eines Bruches auaζusehal ten.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Converter-Auspufftopf~ vorrichtung zur behandlung eines r.oterabgaaotroneo, die auo einer Kombination eines Gehäuses von l^:'.n^licher löhrenförraiger J¹OrJK mit einer Abgas öffnung cn jedem Ende, einea inneren Gasleitungsteiles in Porm einer durchlochten Röhre, die mit einer Gasöffnung an einem 3nde des Gehruses verbunden ist ur.d sich von dort axial durch einen größeren Teil der GehÄuseli-ingo erstreckt und an dem anderen Ende mit einer in Querrichtung liegenden Endplatte in einem Abstand von dem entgegengehe !,ztin Gelicäusoende endigt, eines äußeren perforierten Höhrenteiles,

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das uu das innere perforierte Röhrenteil in Abstaid von diesem gelagert ist und sich nicht parallel zu de:n inneren röhrenförmigen Teil von einer ringförmigen Wand zwischen den durchlochten Teilen an dem der querstehenden Endplatte engegengeeetzen Ende erstrockt und an der ^erstehenden Endplatte endigt, besteht, wodurch eine Kontaktkammer zwi-• sehen den durchlochten Teilen für eingeschlossene! Teilchen gebildet wird. Diese besitzt einen ringförmigen Querschnitt von variierender Fläche, wobei die Teilchen in der Teilchenkontaktkaiaitter variablen Querschnittes zurückgehalten werden und das äußere durchloehte röhrenförmige Teil von der inneren Gehäusewand entfernt liegt, um einen Gassammelabschnitt zu liefern, der sich im Inneren des Gehäuses in Längspichtung und offener Verbindung mit der Abgasöffnung an· dejm Ende des Gehäuses erstreckt, das von der querstehenden Endplatte in Abstand liegt, wodurch ein Auspuffgastrom, der eine Abgasöffnung betritt, radial durch die Teilehenkontaktzone hindurchgehen und dann durch die andere Ab^asöffnung austreten kann.

Ein radialer Fluß durch eine im allgemeinen ringförmige Schicht* eines Katalysators oder anderen feinteiligen Kontaktmaterials ist von speziellem Vorteil bei flüssig4fest-Kon- takt, da dadurch ein im wesentlichen gleichförmige

r lluß eine

relativ große Oberflächenzone gewährleistet Wenn jedoch ein gasförmiger Strom mit relativ hoher Geschwindigkeit in eine Kontaktkammer eingeführt und in einer geraden zylindrischen, ringförmigen Katalysatorschicht umgeleitet wird, entsteht in solch einer Schicht ein nicht gleichförmiger Strom. V/enn Teile der gesamten Gasmenge in die Schicht eindringen, wird die Geschwindigkeit des restlichen Gases in'der Einlaßleitung vermindert_f was zu einer Herabsetzung der Geschwindigkeitsdruckspitze und zu einer Erhöhung der statischen Druckspitze an Punkten in der TTähe des Abströmendes der Einlaßleitung führt, \7enn umgekehrt Teile der gesamten Gasmenge durch das Eett und in dfe Auslaßleitung fließen, steigt die Geschwindigkeit des in der Ausflußleitung sich ansammelnden Gases,

dOdfiOd/θΛτβ

wodurch ein Ansteigen der Ges-chwindigkeitsdruckspitze und eine Verminderung der statischen Druckspitze an Punkten in ' der Nähe des Abströmendes der Ausflußleitung hervorgerufen · wird. Die resultierenden Druckgefälle in den Leitungen verursachen entweder einzeln oder in Kombination ein Ansteigen des Unterschiedes der statischen Druckspitze quer durch die Schicht an Punkten in der Kahe der Abströmenden der Leitungen, was zu einem Anwachsen des FluBes durch die Schicht an Punkten führt, die näher den Abströmenden der Leitungen liegen. Diese Ungleichheit des Flußes wird zunehmend schlimmer, wenn die gesamte Fließgeschwindigkeit anwächst.

Es ist ein Vorteil der vorliegenden Vorrichtung und Konstruktion, eine Katalysatorschicht in Form eines spitz zulaufenden Ringes zu liefern, die eine anwachsende Teilchenschichttiefe gegen das Abströmende der Vorrichtung vorsieht, so daß dort ein größeres Druckgefälle in der Schicht für eine gegebene Massenfließgeschwindigkeit vorliegt, die zu einem Abgleich des oben erwähnten unterschiedlichen Gefälles der statischen Spitze führt, wodurch der Fluß durch die Schicht an dem Abströmende der Einlaßleitung vermindert und ein gleichförmiger Fluß durch die gesamte ringförmige Schicht wieder hergestellt "wird. Es ist nicht durchführbar, übliche Mittel zu verwenden, uin eine gleichförmige Raumgeschwindigkeit in der gesamten langgestreckten Katalysatorschicht für alle- Fließgeschwindigkeiten eines Abgasstromes eines Automotors zu erhalten. Die vorliegende verbesserte Vorrichtung des Converters jedoch, die eine. variierende Dicke in der langgestreckten ringförmigen Schicht benützt, bildet eine sich verjüngende Schicht, so daß bei niedrigeren Fließgeschwindigkeiten ein größerer Anteil des Gases durch den dünneren Teil des Aufstroinendes der Katalysatorkontaktkammer fließt, was etwas schnellere Zündung und Oxydation des Abgasstromes an diesem Aufstromende mit sich bringt. Die Vorrichtung mit der sich verjüngenden Schicht erlaubt noch eine größere Menge radialen Flußes durch den Ab- .

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stromendteil des langgestreckten Bettes für hohe Fließgeschwindigkeiten zu der Einheit. Mit anderen Worten: Es gibt einen Schnittpunkt entlang der länge der sich verjüngenden ringförmigen Schicht mit ansteigender Dicke und wachsendem Druckabfall, der so angeordnet ist, daß er einen größeren Fluß von" Motorabgasen zu dem dünneren Aufstromende für eine niedrigere Fließgeschwindigkeit zu der Einheit ergibt.

Ein'anderes Merkmal der vorliegenden verbesserten Convertervorrilchtung besteht in der Flexibilität zwischen dem inneren und dem äußeren durchlochten röhrenförmigen Teil, die eine unterschiedliche Ausdehnung zwischen solchen Teilen in längsrichtung gestattet. Durch Verankerung und Herstellung einer festen Verbindung lediglich an einem Ende der langestreckten Teilchenkontaktkammer, so daß die durchlochten Teile sich in Längsrichtung zu dem kühleren äußeren Gehäuse der Einheit frei ausdehnen können, wird gleichzeitig die übliche Gefahr einer Verformung und eines Zerbrechena der Konstruktion, die mit der V_erwendung der Teilchenkontaktkammer der Vorrichtung unter Arbeitsbedingungen bei hohen Temperaturen verbunden ist, ausgeschaltet.'

Eine bevorzugte Form einer katalytischen Auspufftopfvorrichtung gewährleistet auch eine entsprechende Dämpfung des lärmes, der normalerweise entsteht, wenn ein Motorabgasstrom in die Außenluft austritt. Eine, bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden verbesserten katalytischen öonverterkonstruktion umfaßt eine . oder mehrere Resonanzkammern, um dazu beizutragen, den in der Vorrichtung entstehenden lärm zu vermindern. Solche Resonanzkammern sind vorzugsweise in Nachbarschaft zu den Abgasöffnungszonen der Vorrichtung gelagert, um den weiteren Vorzug zu ergeben, als Isolationskammern am einen Ende des Katalysatorabschnittes zu dienen.

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Solche Resonanzkammern können mit Hilfe geeigneter innerer q_uer verlaufender Trennplatten im Abstand von einem oder beiden Enden des Gehäuses gebildet werden, welche eine mittige Grasdurchlaßöffnung besitzen, durch die ein Fluß zu oder von den Abgasöffnungen möglich ist.

Selbstverständlich umfassen die hier verwandten Ausdrücke "ringförmig", "zylindrisch", usw. sowohl Abschnitte mit Kreisförmigem wie auch mit ovalem Querschnitt eines röhrenförmigen Teiles oder einer Zone zwischen im Abstand voneinander angebrachten röhrenförmigen Teilen insoweit als die vorliegende verbesserte Form einer Konstruktion sich auf ein rundes oder ovales Gehäuse und ebensolche innere Kammern anwenden läßt. Die äußere Erscheinung des verbesserten Converterauspufftopfes wird demnach ähnlich jener sein, die heute zylindrische oder ovale Auspufftöpfe und Resonatoren in Verwendung bei Automobilen und Lastwagen besitzen. Ovale Formen sind heute für Personenkraftwagen bevorzugt, um die Höhe des Converters zu vermindern und einen^ leichteren Einbau in dem Fahrzeug zu gestatten, ohne daß man/ungebührlieher Vieise mit dem nötigen Abstand von der Straße in Konflikt kommt.

Die Ausführung und Konstruktion des vorliegenden verbesserten Converterauspüfftopfes soy/ie weitere vorteilhafte Merkmale desselben sind unter Bezug auf die Zeichnung v/eiter erklärt.

Figur 1 der Zeichnung ist ein Aufriß durch eine Ausfuhrungsform eines ovalen Converterauspufftopfes, der für die Verwendung einer sich verjüngenden Katalysatorschicht bzv/. - Kammer von nicht gleichförmiger Dicke darin konstruiert ist.

Figur 2 ist eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, auf die Vorrichtung von Figur 1.

Figur 3 ist eine teilweise in Querschnitt dargestellte Ansicht der Vorrichtung in der Ebene 3-3 von Figur 1 und zeigt die lage

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von Abstandshaltern zwischen der inneren Teilchenkontaktzone und der Innenseite des Außengehäuses, um einen Gleitkontakt zwischen "beiden zu gewährleisten.

Figur 4 ist ein Aufriß durch eine modifizierte Ausführungsform der Converter-Auspufftopfvorrichtung, die für einen Abgasfluß radial innerhalb eines mittig gelagerten Gassammelrohres konstruiert ist.

In den Figuren 1, 2 und 3 ist ein ovales äußeres Gehäuse mit 1 bezeichnet. Dieses besitzt die Platten 2 und 3, die öffnungen und kurze Leitungsabschnitte besitzen und so Abgasöffnungen 4 und 5 vorsehen, die zur Durchleitung eines Gasstromes -, der Ä von einem Motor kommt, geeignet sind. Die vorliegende Ausführungsform zeigt öffnung 4 als einen Abgaseinlaß, während öffnung 5 ein Abgasauslaß der Anlage ist. Jedoch sollte darauf hingewiesen werden, daß eine katalytisch^ Converter-Auspufftopf einheit dieser allgemeinen Bauart den Fluß des Abgasstromes auch in umgekehrter Richtung führen kann. Am einen Ende des Inneren von Gehäuse 1 ist ein querliegendes Trennteil 6 mit einer mittigen Öffnung vorgesehen, die so ausgebildet ist, daß sie mit 'einem sich verjüngenden kreisförmigen bis ovalen Gasleitungs- und Überführungsabsohnitt 7 verbunden is⁴1, der wiede- _; rum mit Gasöffnung 4 in Verbindung steht. Das sich verjüngende tiberführungsteil 7 leitet demnach den Abgasstrom von letzterer öffnung in längsrichtung in ein langgestrecktes sich verjüngen- j des, mit Löchern versehenes röhrenförmiges !Heil 8. Das innere perforierte Teil 8 erstreckt sich in Längsrichtung Über einen größeren Teil der Länge im Inneren ded Gehäuses 1 und ist mit einer in Querrichtung verlaufenden niqht perforierten Endverschlußplatte 9 verbunden. Ein äußeres perforiertes zylindrisches ,Röhrenteil 10 ist in Abstand von dem inneren röhrenförmigen Teil 8 angebracht und erstreckt siöh In Längsrichtung eben*!■■.-falls bis zur Verbindung mit der Endplatte 9. Das perforierte Teil 10 liegt ebenfalls im Inneren in Abstand von der inneren Wand des Gehäuses 1 und liefert so eitten offenendigen ril§Pörmi-

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gen Sammelabschnitt 11, der sich entlang der Innenseite des Gehäuses" in Längsrichtung¹ erstreckt. In Nachbarschaft ',,_; zu dem grö-üSeren Einlaßejvde des inneren Röhrenteiles 8 ist eine Entdichtungsplatte 12 vorgesehen, die wiederum einen Verschluß für eine Katalysator- oder Teilchenkontaktkammer 13 liefert, die einen ringförmigen Eaum zwischen den beiden perforierten Teilen darstellt. -

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die perforierten Teile 8 und 10 nicht parallel und ergaben so eine variable Querschnitts fläche in der Kammer 13. Um die Strömungscharakteristiken in der ringförmigen Teilchenschich.t zu verbessern, soll das Abströmende der Katalysatorkammer 13 auch von größerer Dicke sein und so einen größeren radialen Strömungsweg am Abströmende des Abschnittes bilden. In der vorliegenden Zeichnung ist mit der Einlaßöffnung 4 zur Einführung des Abgasstromes in das"größere Ende des sich verjüngenden perforierten Teiles 8 ein größerer Zwischenraum zwischen den perforierten Teilen 8 und 10 am Abströmende der Kammer 13 in der Zone vorgesehen, die in der ÜTähe der End verschlußplatte 9 liegt. Die größere Schichtdicke an diesem Ende des Abschnittes liefert wiederum ein größeres Druckgefälle für das Abgas in seinem äußeren radialen Fluß, um damit die Geschwindigkeitsspitze in

statischen Druck umzuv/andeln und einen größeren Gasfluß durch j den Aufstromendabschnitt des röhrenförmigen Teiles 8 in der ;

oben beschriebenen Weise zusammen mit einem resultierenden !

größeren Fluß durch den dünneren Teil der Katalysatorschicht j in Kammer 13 zu erzwingen. Obwohl nicht in der Zeichnung gezeigt, kann der kleinere Endabschnitt des sich verjüngenden : aä^li£ⁿTeiles 8 bei Verwendung für einen radial auswärts fliessenden Gasstrom mit kleineren oder weniger Perforierungen als j an dessen Aufstromendabschnitt versehen sein, was ebenfalls zu einem erhöhten Druckabfall und einer Verminderung des Gasflusses durch das Abströmende der Katalysatorschicht führt und so eine größere Gleichförmigkeit des radialen Flusses über die gesamte Länge des Katalysatorabschnittes bewirkt.

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TJm die inneren Ausdehnungen im Längsrichtung unter hohen Temperaturbedingungen auszugleichen^umfaßt eine bevorzugte Bauweise eine festliegende Verbindung des in Querrichtung verlaufenden Trennteiles 6 bei der Zone des Einlaßendes des sich verjüngenden perforierten Teiles 8 sowje eine Dichtung dieses Teiles gegenüber dem Inneren der Gehäusewand 1. Außerdem ist das End&iohtungsteil 12 fest mit der Periferie des Endes von Teil 8 in geringem Abstand von Teil 6 verbunden» Is gibt jedoch keine Verbindung der äußeren Peri'^erie des Dichtungsteiles 12 mit dem in Querrichtung angebrachten Teiles 6 oder mit der Innenseite des Gehäuses 1. Dies gestattet Flexibilität in der Enddichtungsplatte 12, die zusammen mit Endplatte 9 die unterschiedliche Ausdehnung zwischen den inneren und äußeren Röhrenteilen 8 und 10 ausgleichen kann. Wenn der Converter bei der Verwendung in Betrieb genommen wird» wobei Öffnung 4 als Gaseinlaß benutzt wird, wird gewähnlich eine höhere Temperatur entlang der länge des inneren Röhrenteiles vorliegen als in dem äußeren Röhrenteil 10, so daß die Ausdehnung des letzteren in Längsrichtung etwas geringer als die des inneren Teiles 8 sein wird. Solch eine unterschiedliche Ausdehnung wird durch eine geringe Biegung an den beiden Endverschlußplatten 9 und 12 ausgeglichen. Letztere Platten werden vorzugsweise aus relativ dünnem Druckreglermaterial mit der nötigen Flexibilität hergestellt. In der in Längsrichtung verlaufenden Gesamtausdehnung der beiden Teile 8 und 10 von der festliegenden Verbindung am Abströmende des Röhrenteiles 8 aus wird eine wesentliche Bewegung des Abströmendes der äußeren perforierten Platte 10 und der Endplatte 9 in Vergleich zu der Innenwand von Gehäuse 1 stattfinden. Um einen geeigneten Gleitkontakt und eine günstige Lage für den Teilchsienthaltenden Abschnitt aufrechtzuhalte_Nn, werden geeignete Abstandhalter

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oder "Gleitschuhteile" 14/wie Figur 1 und 3 gezeigt, verwandt, um die Kontaktkammer in der Vorrichtung zu zentrieren und gleichzeitig einen Gleitkontakt dieser Kammer gegenüber der Innenfläche des Gehäuses 1 zu gestatten. Solche Abstandhalter ·

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14 sind vorzugsweise schmale rippenähnliche Stücke, die mit dem äußeren Endteil des perforierten Teiles 10 so verschweißt oder anderweitig verbunden sind, daß der Gaefluß in dem Sammelabschnitt 11 nicht gestört wird. Wenn erwünscht, können ein oder mehrere Paare von kurzen Führungshaitern oder Winkel— teilen 15 an der Innenwand des Gehäuses 1 angebracht sein, die ein oder mehrere Abstandshalter 14 eingabein und dadurch eine seitliche Bewegung zwischen dem inneren Katalysator enthaltenden Abschnitt und dem Gehäuse 1 verhindern.

Die perforierten Röhrenteile 8 und 10 können aus leichten Legierungsplatten etwa von 0,8 mm Dicke hergestellt sein, so daß sie in einer bevorzugten Bauweise durch in geeigneter Weise in Abstand angebrachte Rippenplatten oder Diaphragmen 16 verstärkt und versteift sind, die wiederum in Querrichtung zwischen den Röhrenteilen befestigt und in vorbestimmten Abständen in Längsrichtung angebracht sind. Um eine Kontinuität der Teilchenschicht und. eine V/ärraewanderung durch den ringförmigen Katalysatorabschnitt 13 zu gewährleisten sowie die .Füllung des den Katalysator zurückhaltenden Abschnittes mit...... feinteiligen Teilchen von einer einsigen Füllöffnung aus. zu gestatten, sind in den Rippenplatten 16 Öffnungen 17 in Abstand voneinander vorgesehen» Eine Füllventilanordiiung ist schematisch entlang der oberen Fläche der Anlage gezeigt. Diese besitzt ein Füllventil 18, das eingeführt in ein nib Gebinde versehenes Lager- oder Schulterteil 9 gezeigt ist, welches durch die Gehäuaewand 1 geht, während in Verbindung mit ihm ein inneres mit Gewinde versehenes Ventil 20 entfernbar in einer mit Gev/inde versehenen Lagerbüchse .21 in der oberen Viand des Teiles 10 angebracht ist. So können feinteilige Katalysatorteilchen in die Kammer 13 eingeführt oder aus dieser ent-

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fernt oder ihr ersetzt werden, ]
topfanlage zusammengesetzt ist.

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fernt oder ihr ersetzt werden, nach-dem die Converter-Auspuff-

Wie oben ausgeführt sieht ein bevorzugtes Merkmal der vorliegenden verbesserten Convertereinheit Resonanzzonen 23 und 25

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an jedem inneren Ende des Gehäuses vor. In Abstand angebrachte öffnungen 22 in der Wand der sich verjüngenden leitung 7 erlauben eine offene Verbindung zwisohen der Leitung 7 und der "tot-endeiien" Zone 23", die so eine Resonanz- oder Echokammer wird und den erwünschten Schalldämpf tings effekt auf den Abgasstrom ausübt» Am entgegengesetzten Ende des Gehäuses ist eine in Querrichtung verlaufende Trennplatte 24 mit einer raittigen Öffnung in Abstand von Endplatte 8 angebracht, um eine tot endende Zone 25 um Leitung 26. vorzusehen, die sich zwischen der Abgasöffnung 5 und dem Sammelrohrabschnitt 11 der Vorrichtung erstreckt, öffnungen 27 in Platte 24 bewirken, daß Zone 23 als Eesonanz- oder Echokammer am Abströmende der Vorrichtung dient. 'Auch die gasgefüllten Zonen 23 und 25 wtrden als Isolation · zwischen den Enden von Gehäuse 1 und den Enden der Katalysatorkammer dienen, wodurch eine maximale Wärme in der Vorrichtung zurückgehalten wird« ..

In der Ausf uhrungsform der Figuren 1 und 2 ist das äußere perforierte Röhrenteil 10 als ein nicht sich verjüngender ovaler Abschnitt gezeigt, während das innere perforierte RBhrenteil 8 sich in einer vorbestimmten Neigung verjüngt und so eine Katalysatorkontaktkammer 13 von variabler schnittsflache jedoch mit gleichförmiger radialer Tiefe an jedem vorgegebenen Punkt ihrer Erstreckung in Längsrichtung vorsieht. Dies führt zu einem gleichförmigen Fluß durch die Katalyaatörschicht an jedem vorgegebenen Punkt in Längsrichtung in der gesamten Einheit. Gleichzeitig erhält man einen gleichförmigen Fluß in Längsrichtung in Folge der oben beschriebenen variierenden Dicke der Schicht, die die Wirkung der G§achwindigkeitsdruckspitze des Abgasstromes, der in die Vorrichtung fließt, abgleicht. In einer modifizierten Anordnung jedoch braucht das äußere perforierte Teil Io nicht von gleichförmigem Querschnitt zu sein. Mit anderen Worten, das äußere Teil 10 kann auch sich verjüngen und dennoch gegenüber der Verjüngung des inneren Teiles 8 nicht parallel verlaufen, so daß eine variierende Querschnittsfläche in der ringförmigen Katalysatorkammer

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behalten wird. In noch einer "anderen Ausfuhrungsform kann das innere Röhrenteil 8 von im wesentlichen gleichmäßigem Durchmesser oder Querschnitt, über seine ganze Länge sein, während das äußere perforierte Teil sich verjüngt, um so das erwünschte Variieren der Querschnittsfläche in der Katalysatorkontaktkammer zu bewirken.

Figur 4 der Zeichnung erläutert eine modifizierte Ausführungsform der Converter-Auspufftopfvorrichtung, die die verbesserten Konstruktionsmerkmal^ beibehält, einschließlich der variablen Querschnittsfläche in Längsrichtung des gesamten Abschnittes der Vorrichtung, der den Katalysator zurückhält. Figur 4 zeigt ein äußeres-Gehäuse 28 (das einen runden oder ovalen Querschnitt besitzen kann,) mit Endplätzen

29 und 30» Eine querverlaufende Trennplatte 33 begrenzt zusammen mit Platte 29» den Wänden von Gehäuse 28 und einer sich verjüngenden kreisrunden oder ovalen Gasleitung 34 (,die sich zwischen der Trennplatte 33 und der Gasöffnung 31 in Endplatte 29 erstreckt,) eine Resonanzkammer 45. Die Endplatte

30 ist mit Gasöffnung 32 ausgestattet. In dieser AusTührungs— form der Erfindung dient die öffnung 32 als Einlaß zu der Vorrichtung und öffnung .31 als Auslaß für das behandelte Gas.

Das perforierte Röhrenteil 35 erstreckt sich axial und in..' Längsrichtung von der mittigen öffnung der Trennplatte 33 und von dem Ende der Gasleitung 34 und endet an einem nicht perforierten Endverschlußteil 36, das in einer Entfernung von. Endplatte 30 so angebracht ist, daß es dazwischen eine Gasdurchlaßzone vorsieht.

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Um das innere perforierte Teil 35 und in Abstand von diesem befindet sich ein sich verjüngendes Teil 37, das sich in gleicher Richtung, jedoch nicht parallel mit dem inneren Teil 35 erstreckt. Das kleinere Ende von Teil 37 ist mit dem

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äußeren Umfang der Endverschlußplatte 36 verbunden, während an dem anderen Ende das äußere Teil 37 mit dem Umfang eines Enddichtungsteiles 38 verbunden ist. Letzteres erstreckt sich in Querrichtung oder radial von dem äußeren Umfang des inneren Röhrenteiles 35 an einem Punkt relativ nahe der in Querrichtung verlaufenden Trennplatte 33, um so eine Enddichtung und ein Yerschlußteil für eine Teilchenkontaktkammer 39 von sich verjüngender ringförmiger Gestalt zwischen dem inneren Röhrenteil 35 und dem äußeren perforierten Teil 37 zu liefern.

Gemäß der verbesserten Konstruktion der vorliegenden Erfindung besitzt die Kammer 39 einen gleichförmigen peri'fieren Abstand, ist jedoch von sich verjüngender, nicht gleichförmiger Dicke an verschieden« Punkten in ihrer Längserstreckung, so daß die Katalysatorschicht am Abströmende der Kammer von größerer Tiefe ist, wodurch diese Schicht einen größeren Widerstand für den Durchfluß bzw. ein größeres Druckgefälle für den Abgasstrom liefert. Die geringere Schichttiefe in der ITähe der Platte 36 und die größere Schichtdicke in der ITähe des Teiles 38 dient in der Tat dazu, einen Abgasstrom, der durch Öffnung 32 eintritt und von dem äußeren Sammelabschnitt 40 radial nach innen durch die Katalysatorschicht in der sich verjüngenden Kammer 39 zu dem Inneren des inneren perforierten Röhrenteiles 35 strömt, anzupassen, um nachfolgend durch die sich verjüngende Gasleitung 34 und Gasöffnung 31 abgezogen zu werden.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal der vorliegenden verbesserten Konstruktion leitet sich von dem sich verjüngenden äußeren perforierten Teil 37 und dem resultierenden sich verjüngenden Einlaß-Sammelabschnitt 40 her, wodurch die GeHchwindigkeitsspitze des Abgasstromes auf ein Minimum gebracht wird, wenn

er abstromwärts in einen Sammelabschnitt von verminderter Querschnittsfläche und in die Teilchenschicht strömt. Die Verminderung der Querschnittsfläche des Einlaßsammelrohres zusammen mit der umgekehrten Situation in dem GasSammelabschnitt im Inneren des perforierten Teiles 35 liefert einen im wesentlichen gleichförmigen Fluß bzw. eine gleichförmige "Triebkraft"

q.uer zur Katalysators chi ent an jedem einzelnen Punkt. Gegebenenfalls kann das Abströmende des perforierten Teiles 37 mit kleineren oder weniger Perforierungen als das Aufstromende versehen werden, um einen erhöhten Druckabfall und damit eine Verminderung im Gasfluß durch das Abströmende der Teilchenschicht zu bewirken und so eine größere Gleichförmigkeit des einwärts gerichteten radialen Flußes über der gesamten länge der sich verjüngenden Schicht zu bewerkstelligen. Um eine völlige gleichförmige Raumgschwindigkeit in der Katalysatorschicht zu erhalten, ist es erforderlich, daß die Grasmenge, die durch die Schicht umgelenkt wird, direkt proportional zu der Schichtlänge, gemessen von dem Einlaßende, ist. Dies wird teilweise durch den Samraelabschnitt· 40 gewährleistet, der sich von dem Aufstromende ,zum Abströmende hin, wie gezeigt, verjüngt. Dieses vorteilhafte Konstruktionsmerkmal wirkt auch in Kombination mit den Vorzügen, die durch das wahlweise Merkmal von weniger Abstromperforationen und das Hauptmerkmal einer in Längsrichtung variablen Querschnittflache der Kat.alysatorkammir/zusammen, wodurch ein nahezu ausgeglichener Fluß über die gesamte Länge des ringförmigon Abschnittes erzeugt wird. V'ie in der Hauptausführungsform ist der erhöhte Druckabfall ausreichend, um einen größeren G-asfluß durch den dünneren AufstrcjTiteil der langgestreckten ringförmigen Schicht bei geringeren Gesamtfließgeschwindigkeiten durch die Einheit zu gewährleisten.

Ebenfalls wie in der Vorrichtung von Figur 1 gestattet der modifizierte Converter in Längsrichtung eine unterschiedliche Ausdehnung der inneren perforierten Teile 35 und 37 gegenüber dem Gehäuse 28 sowie gegeneinander infolge der Flexibilität an den EndVerschlußteilen 36 und 38. In Abstand voneinander angebrachte rippenartige Teile 41 werden benützt, um das freie Ende der Katalysatorkammer in dem Inneren des Gehäuses 28 in der oben beschriebenen Weise in zweckmäßigem Abstand zu halten und zu lagern.

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In ähnlicher Weise sind zur Erzeugung einer Steifheit und Festigkeit der langgestreckten Kammer 39 mehrere Trennplatten 42 mit Öffnungen 43 für den freien Durchgang feinteiligen Materials in Abständen punktverschweißt," genietet oder anderweitig in der Kammer befestigt, wie unter Bezug auf Figur 1 beschrieben wurde, um die gewünschte Verstärkung und Starrheit in der Vorrichtung zu bewirken.

Der Einschluß der Eesonanzkammer 45 an einem Ende der Vorrichtung von Figur 4 wurde ebenfalls bereits erwähnt. Eine zusätzliche Resonanzkammer (die nicht gezeigt ist) kann in der Mhe der Endplatte 30 in ähnlicher Weise wie in den figuren 1 und. 2 angebracht werden. Die Benützung einer oder mehrerer Resonanzkammern ist natürlich ein¹ wahlweises Merkmal der verbesserten Converter-AuspuffStopfkonstruktion nach der vorliegenden Erfindung.

Auch liegt es im Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung, das äußere zylindrische oder ovale Gehäuse und Endteile mit einem geeigneten Isolationematerial, wie Asbest, Mineralwolle usw. zu umfassen, um eine maximale Temperatur in dem Kataly- ^x aatorabschnitt zu behalten. Die isolierte Vorrichtung kann andererseits in einem geeigneten und wasserdichten Gehäuse eingeschlossen sein, das die allgemeine Form oder Gestalt dta äußeren Gehäuses besitzt.

Selbstverständlich können verschiedene kleinere Modifikationen in· der Bauweise und/oder Anbringung verschiedener Abschnitte der Vorrichtung vorgenommen werden, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Zum Beispiel können verschiedene Abwandlungen in der Form und dem Abstand von Trennteilen oder in der Lagerung bzw. Bauweise der Füllventilanordnung oder aber hinsichtlich der Abmessung und Lagerung verschiedener öffnungen für den G-asfluß durch verschiedene Trenn- und Veriitei-

fungsteile vorgenommen werden.

Die Perforierung en..-in dem den Katalysator zurückhaltenden Gehäuse werden natürlich ins Verhältnis zu der Größe der Katalysatorteilchen gesetzt werden, die in der Vorrichtung gehalten werden sollen. Die Katalysatorteilchen können irgendeine geeignete„physikalische Form, wie Kugelform, Zylinderform oder Granatienfοrm besitzen. Typischerweise haben sie eine Größe von'1,5 his etwa 6,3 mm (ein sechzehntel bis. etwa ein viertel inch), obwohl auch größere oder kleiner TEilchen verwandt werden können, wenn dies erwünscht ist. auch gemischte Katalysatorteilchengrößen können verwandt werden. Bei der Beschickung mit dem Katalysator sollte Je-. doch darauf achtgegeben werden, daß die Katalysatorteilchen in allen Teilen der Schicht gleichmäßig abgelagert sind, um einen im wesentlichen gleichmäßigen Widerstand für den Gasfluß durch die Schicht zu erhalten. Geeignete Oxydationskatalysatoren sind etwa die Metalle der Gruppen I, V, VI und VII de* Periodensystems, speziell Kupfer, Silber, Vanadin,CÄrom, Eisen, Kobalt, nickel und Platin. Diese Komponenten können einzeln mit einem anorganischen Wärmebeständigen Oxyd, wie Tonerde, Siliciumdioxyd-Tonerde, Siliciumdioxyd-Tonerde-' ZLrconoxyd, Siliciumdioxyd-Thoriumoxyd, Siliziumdioxyd-boroxyd usw. verwandt v/erden. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die V_erwendung eines bestimmten Katalysatortypes beschränkt.

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Claims

120 -17 - 1476628 Patent a nap r"'ü eke

1. Converter-Auspufftopf für die Behandlung eines Motorabgasstromea, gekennzeichnet durch ein Gehäuse von langgestreckter röhrenförmiger Gestalt mit einer Abgasöffnung an jedem Ende, ein inneres perforiertes röhrenförmiges Gasleitungsteil, das mit einer Gasöffnung an einem Ende des Gehäuses verbunden ist und sich von diesem axial über einen größeren Teil der lange des Gehäuses erstreckt' und seinem anderen Ende mit einer quer verlaufenden Endplatte endigt, die im Abstand von dem entgegengesetzen Ende des Gehäuses angebracht ist, ein äußeres perforiertes röhrenförmiges Teil,· das um das innere perforierte röhrenförmige Teil und in Abstand von diesem angebracht ist und in gleicher Richtung wie dieses innere röhrenförmige Teil sich von einer ringförmigen Viand zwischen den perforierten Teilen an dem der quer verlaufenden Endplatte entgegengesetzten Ende bis zu dieser quer verlaufenden Endplatte in nicht paralleler Weise erstreckt, wodurch eine davon eingeschlossene Teilcherikontaktkainmer zwischen den perforierten Teilen mit variierender ringförmiger Querschnittsfläche gebildet wird, die Teilchen in der Teilchenkontaktkamiaer von· variierendem Querschnitt zurückgehalten werden und das äußere perforierte röhrenförmige Teil in Abstand von der inneren TFand des Gehäuses abgebracht ist und so einen Gassamraelabschnitt vorsieht, der sich an der Innenseite des Gehäuses in Längsrichtung in offener Verbindung mit der Abgasöffnung an dem von der quer verlaufenden Endplatte in Abstand liegenden Ende des Gehäuses erstreckt, wodurch ein Abgasstrom, der in eine Abgasöffnung eintritt, radial durch die Teilchenkontaktaone strömt und dann durch die andere Abgaoöffnung austritt.

2. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß j eine der Gasöffnungen als Gaseinlassöffnung un die andere

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Gasöffnung als Gasauslaßöffnung dient Lind daß das äußere röhrenförmige Teil und das innere mit dem äußeren nicht ■ parallel verlaufende röhrenförmige Teil an dem Ende einander am nächsten sind, das am nächsten der Gaseinlaßöffnung liegt, und an dem Ende am-weitesten voneinander entfernt sind, das der Gasauslaßöffnung am nächsten liegt«

3. Auspufftopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßöffnung mit dem inneren röhrenförmigen Teil verbunden¹ ist, dass das äußere röhrenförmige Teil über seine ganze länge von im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt ist und das innere röhrenförmige Teil als Einlaßsammelleitung dient und sich zvßeui von der Gaseinlaßöffnung am weitesten entfernten Ende verjüngt,

4. Auspufftopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseinlaßöffnung mit dem inneren röhyenförnigen Teil verbunden ist, dass sich das äußere röhrenförmige Teil zu dem von der Gaseinlaßöffnung am weitesten entfernten Ende hin verjüngt und das innere röhrenförmige Teil sich, zu dem von der Gaseinlaßöffnung am weitesten entfernten Ende stärker verjüngt, wodurch das äußere und das innere röhrenförmige Teil an dem Ende am weitesten abliegeil, das am weitesten von der Gaseinlaßöffnung entfernt ist»

'5. Auspufftopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasauslaßöffnung mit dem inneren röhrenförmigen Teil verbunden ist, daß das innere röhrenförmige Teil von in wesentlichen gleichförmigem Querschnitt über soine ganze Länge ist, der Ringraum zwischen dem äußeren röhrenförmigen Teil und dem Gehäuse als Einlaßsammelleitung dient und das äußere röhrenförmige Teil sich zu dem der Gasauslaßöffnung am nächsten liegenden Ende erweitert»

6. Aupufftopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasausflussöffnung mit dem inneren röhrenförmigen Teil verbunden ist, daß sich das innere röhrenförmige Teil

BAO

§09809/0411

zu seinem der GaBauslaßöffnung am nächsten liegenden Ende erweitert, das äußere röhrenförmige Teil sich stärker zu dem der Gasauslaßöffnung am nächsten liegenden Ende erweitert, wodurch das innere und das äußere röhrenförmige Teil an ihren Enden, die der Gasäusläflöffnung am nächsten liegen, am weitesten abstehen.

7. Auspuff topf nach einem der Ansprüche 1 "bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Resonanzkammer in der Nähe wenigstens eines Endes, des Gehäuses vorgesehen ist, die die Gasleitung umgibt, welche mit der Gasöffnung an diesem Gehäuseende verbunden ist.