DE2152050A1

DE2152050A1 - Auspufftopf fuer Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2152050A1
Application number: DE19712152050
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Alfa Romeo SpA
Current assignee: Alfa Romeo SpA
Priority date: 1970-10-24
Filing date: 1971-10-19
Publication date: 1972-04-27
Also published as: US3751917A

Description

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DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. HER. NAT. K. HOFFMANN

PATB W T Ali WAIiTB D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 ,

ALPA ROMEO S.p.Ä., Mailand / Italien

Auspufftopf für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf einen Auspufftopf für den Durchgang von Auspuffgasen einer Verbrennungsmaschine.

Die im Zusammenhang mit der Luftverschmutzung auftretenden Probleme werden von Tag zu Tag schwerwiegender; zu ihnen gehört das Problem der durch Abgase von Automobilen hervorgerufenen Luftverschmutzung.

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Ein sehr wirksames Verfahren zur Lösung dieser Probleme besteht darin, dass man eine katalytisch^ Kammer in der Auspuffleitung eines Motors anbringt, so dass die Auspuffgase durch diese Kammer strömen müssen, bevor sie in die Atmosphäre gelangen.

Die Gase gelangen in die unverbrannte Stoffe verschiedener Art enthaltende Kammer, in der sich jedoch auch eine Sauerstoff menge befindet, welche ausreicht, die Verbrennung dieser unverbrannten Stoffe zu ermöglichen. Wenn sich diese Sauerstoffmenge noch nicht in den den Zylinder verlassenden Gasen befindet, wird sie vor der Eintritts öffnung zum Auspufftopf in die Gase eingespritzt. Die Anwesenheit des Katalysators in der katalytisehen Kammer begünstigt diese Kombination von unverbrannten Stoffen mit dem Sauerstoff.

Das Problem der Verschmutzung tritt überall dort auf, wo Automobile bewohnte Gegenden durchfahren, jedoch nicht auf offenen Strassen oder Autobahnen. Da die Arbeitsleistung ihr Maximum nur auf offenen Strassen oder Autobahnen erreicht, während sie beim Durchfahren bewohnter Gebiete relativ niedrig ist, kann die Verringerung oder Ausschaltung unverbrannter Stoffe auf einen relativ kleinen Bereich der Motorleistung beschränkt werden. Dadurch wird die Lösung des Problems beträchtlich erleichtert, denn die katalytische Kammer kann so konstruiert werden, dass sie einen hohen Wirkungsgrad hat, wenn wenig Gas hindurch strömt (entsprechend der niedrigen Leistung), während bei hohen Leistungen die Gase in die Atmosphäre strömen können, ohne durch die Kammer zu strömen und ohne sich infolgedessen übermässig. zu erhitzen und daher die katalytische Kammer und besonders * den Katalysator gefährden.

Katalysatoren, die bei niedrigen Temperaturen sehr wirksam sind, können wesentlich höherei Temperaturen nicht standhalten. Daher wird im allgemeinen die katalytische Kammer in

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Auspuffleitungssystem so angeordnet, dass bei hoher Leistung die Auspuffgase nicht hindurchströmen oder zumindest nicht alle Auspuffgase, welche hoher Leistung entsprechen.

Der Katalysator wird wirksam, wenn er und die durch ihn strömenden Gase eine einen bestimmten Wert übersteigende Temperatur haben. Wenn dann in einem bestimmten Augenblick heisse Gase durch einen kalten Auspufftopf strömen, ist die Wirksamkeit dieser Kammer .eine Zeitlang sehr gering (bis sie sich erhitzt).

Schwierigkeiten entstehen ferner dadurch, dass die sehr hohen Temperaturen, die der Auspufftopf während seines Arbeitsvorgangs erreicht, die Notwendigkeit äusserlicher Isolierung hervorrufen, um Ubermässige Wärmeübertragung auf die anderen Bauteile des Fahrzeuges zu vermeiden.

Beachtliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Anlage und der Konstruktion ergeben sich aus den hohen Temperaturen und besonders aus den Temperaturunterschieden, die die verschiedenen Teile des Auspufftopfes erlangen. Durch Temperaturunterschiede entstehen verschiedene Grade von Wärmeausdehnung, Wenn die Wärme sich nicht frei ausdehnen kann, können hohe Drücke entstehen, welche permanente Verformung und Zerstörung des Auspufftopfes verursachen.

Ziel der Erfindung ist es, einen Auspufftopf für Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschine zu schaffen, welche gleichzeitig die verschiedenen oben erwähnten Schwierigkeiten meistert. -

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss erreicht durch eine aussen liegende Kammer, mit der eine Leitung zum Zuführen

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der Auspuffgase verbunden ist und von der aus eine erste Auspuffleitung abzweigt, durch eine innere Kammer, welche sowohl mit der äusseren Kammer in der sie liegt, als auch durch eine zweite Auspuffleitung in Verbindung mit der Atmosphäre steht, wobei die innere Kammer eine Katalysatormasse für die Verbrennung unverbrannter, in den Auspuffgasen enthaltener Stoffe enthält und die erste Auspuffleitung durch Regelung mittels eines Ventils schliessbar ist.

Der erfindungsgemässe Auspufftopf umfasst also im wesentlichen eine zylindrische oder abgestumpfte konische Umhüllung, welche innen mit konzentrischen und koaxialen Trennwänden mit kleineren Durchmessern versehen ist, die z.B. ringförmige Zwischenräume für das einströmende Gas bilden, wobei der äussere für den freien Durchgang des Gases mit einem ersten Austrittsrohr und der andere innere, der von dem ersten umgeben wird und für den Durchgang des Gases durch den Katalysator vorgesehen ist, mit einem weiteren Austrittsrohr versehen ist, und wobei in dem ersten Austrittsrohr ein Regelventil eingesetzt ist, welches von einer Vorrichtung automatisch gesteuert wird, die auf den Ansaugdruck anspricht oder einer Vorrichtung, welche auf die Betriebszustände des Motors anspricht, bei welcher vermehrt unverbrannte Stoffe in den Auspuffgasen auftreten.

Auf diese Weise wird der tatsächlich katalytische Teil des Auspufftopfes durch den Strom jener Auspuffgase, die an dem katalytischen Teil vorbeiströmen von der Atmosphäre isoliert und die Gesamtausmasse sind auch niedrig gehalten. Im Falle einer Auspuffleitung eines Motors welche einen Durchmesser von 4o mm aufweist, und wo die katalytische Vorrichtung zylinderförmig mit einem Durchmesser von etwa loo mm ist, können die Gase, die die katalytische Vorrichtung kurzschliessen, durch einen ringförmigen Querschnitt strömen, welcher konzentrisch mit der katalytischen Vorrichtung

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ausgerichtet ist, wobei der Durchmesser der ringförmigen Leitung nur eine radiale Dicke von 4 mm benötigt, damit der ringförmige Querschnitt dem Querschnitt des Rohres mit ko mm Durchmesser, aus dem die Gase kommen, gleichwertig ist. Auf diese Weise wird durch geringe Vergrösserung.des Durchmessers eine Isolierung erreicht, und der Durchgang für die Gase, welche die katalytische Vorrichtung kurzschliessen, ist gebildet. Ein weiterer Vorteil kommt dazu, nämlich dass bei hoher Arbeitsleistung die katalytische Vorrichtung auf relativ hoher Temperatur gehalten wird, so dass sie in dem Augenblick für den Betrieb fertiggestellt ist, in dem der Motor von hoher zu niedriger Arbeitsleistung übergeht.

Vie it ere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist, in der eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemassen Auspufftopfes dargestellt ist. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Auspufftopf und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Auspufftopf nach Linie .11-11 in Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Auspufftopf, dessen äussere Form im wesentlichen einem Zylinder gleicht, im Schnitt durch die Achse dieses Zylinders gezeigt. Diese Figur zeigt den abschliessenden Abschnitt 1 der Auspuffleitung der am Zylinderkopf befestigten Auspuffsammelleitung.

Das Bezugszeichen 2 bezeichnet den Kopf auf der Eintrittsseite des äusseren Zylinders J, welcher an seinem Ende mit einem unteren Teil 4 versehen ist, von dem eine Austrittsleitung 5 seitlich abzweigt. ■

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Das durchgehende Rohr 6 1st an die Kanten eines in der • Mitte des unteren Teils 4 befindlichen Loches geschweisst. An diesem in dem Behälter 3 liegenden Rohr ist der untere Teil 7 eines ebenso wie Behälter 3 zylindrischen Behälters 8 befestigt, welcher im Behälter 3 und mit ihm koaxial liegt. Am anderen Ende, d.h. an dem Ende, an dem die Gase in den Behälter 3 eintreten, ist der Behälter 8 mit einem durchlöcherten, zwei ringförmige Teile 9 und Io aufweisenden Kopf versehen.

Eine zylindrische Oberfläche eines durchlöcherten Bleches befindet sich in dem Behälter 8 und liegt mit diesem koaxial. " Eine der beiden kreisförmigen Endkanteri des zylindrischen Bleches ist fest mit den ringförmigen Teilen 9 und Io verbunden an den Stosslinien zwischen ihnen. Die andere kreisförmige Endkante des zylindrischen Bleches 11 ist fest mit dem Boden 12 verbunden. Eine der kreisförmigen Endkanten einer zweiten Oberfläche eines Bleches IJ, die einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der des durchlöcherten Bleches 11 und die demzufolge in letzterem liegt, ist fest mit dem Boden 12 verbunden. Die kreisförmige Kante des anderen Endes des durchlöcherten Bleches 13 haftet an der inneren Seite des Teils lo, bzw. des Kopfes, ohne fest mit ihm verbunden zu sein, so dass relative axiale Bewegungen aufgrund, der verschiedenen Ausdehnungen der Bleche 11 und 13 möglich sind.

Der Behälter 8, welcher durch das untere Teil 7 und das Rohr β fest mit dem unteren Teil 4 des Behälters 3 verbunden ist, wird mit Hilfe von Teilen 14 in der Mitte des Behälters 3 gehalten, wobei die Teile 14 beispielsweise aus einem gerillten Metallreifen bestehen und jedes von ihnen mit einem der beiden Behälter verbunden ist, während es sich mit Bezug auf den anderen Behälter axial bewegen kann. Auf diese Weise sind Unterschiede in der Warmeaus dehnung des Behälters 8 und des Behälters 3 möglich, ohne dass innere Spannungen in der Anlage verursacht werden.

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Der Katalysator, der im allgemeinen aus Körnern besteht, ist in dem Zwischenraum 15 zwischen den durchlöcherten Blechen 11 und 13 und den zwei entsprechenden entgegengesetzten Enden gehalten.

Die von dem Äuspufftopf abzweigende Austrittsleitung 5 verlängert sich in eine rohrförmige Leitung Io5, in welcher ein Drosselklappenventil 16 auf einer Welle 19 festgekeilt ist, welche frei drehbar an der Wand der Leitung Io5 gelagert ist. Ein. Hebel 18 ist ausserhalb der Leitung Io5 auf der Welle 19 festgekeilt und von einer mit der Membran 2ο fest verbundenen Stange 23 gesteuert, wobei die Membran, eine Kammer 21 schliesst und auf eine Druckfeder 24 anspricht. Die Leitung 22 öffnet sich in die Kammer 21 und ist entweder mit der Leitung J>o oder der Leitung 29 durch ein Ventil 28 verbunden. Dieses Ventil wird von zwei Armen 26 und 27 durch eine in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 25 gesteuert, welche auf die Temperatur der durch die Leitung 6 strömenden Gase anspricht. Die Vorrichtung 25 veranlasst das Ventil 28, die Leitung 2l_ mit der Leitung Jo zu verbinden, welche wiederum mit der . amosphäre in Verbindung steht, wenn die Temperatur der Gase in dem Rohr 6 einen vorbestimmten VJert übersteigt. Bei niedrigerer Temperatur veranlasst die.Vorrichtung 25 das Ventil 28, die Leitung 22 mit der Leitung 29 zu verbinden, Vielehe sich in die nicht gezeigte Absaugleitung des Motors öffnet.

Eine UeIIe 119, auf der der Arm 118 sowie ein Drosselklappenventil Il6 verkeilt ist, welches genau dem Drosselklappenventii 16 entspricht, ist frei an der V/and der rohrförmigen Leitung Io6 gelagert, Vielehe eine Verlängerung des Rohres 6 bildet. Der Arm 118 ist mit dem Arm 18 durch eine Stange 123 so verbunden, dass bei geschlossenem Zustand des Ventils 16 das Ventil 116 offen ist und umgekehrt»

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BAD ORIGINAL

Die Wirkungsweise des dargestellten Auspufftopfes ist folgende:

Die Gase treten von dem nicht gezeigten Motor durch die Leitung 1 in den Auspufftopf-ein. Wenn der Motor verhältnismässig geringe Leistung aufweist und daher mit hohem Saugpegel im Ansaugrohr arbeitet, und wenn die Temperaturen der Katalysatormasse und somit der von der Leitung bzw. dem Rohr 6 abgegebenen Gase nicht hoch sind, wird die Membran durch die Saugwirkung in der Kammer 21 gegen die Feder 24 in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gezogen, wodurch das Ventil 16 geschlossen und das Ventil 116 geöffnet wird. Auf diese Weise strömen die Auspuffgase durch die Katalysatormasse und werden dann durch die Leitungen bzw. Rohre β und Ιοβ abgegeben.

Wenn der Motor hohe Leistung abgibt und demzufolge mit niedrigem Saugpegel in seiner Ansaugleitung arbeitet, wird die Membran 2o unter der Wirkung der Feder 24 gelöst, wodurch das Ventil 116 geschlossen und das Ventil geöffnet wird. Eine ähnliche Wirkung wird durch einen Temperaturanstieg des Gases auf einen Wert jenseits eines vorbestimmten Pegels in der Leitung bzw. dem Rohr 6 verfc ursacht. In diesem Fall veranlasst die Vorrichtung 25,

■ dass die Kammer 21 wie bereits erläutert wurde, durch die Leitungen 22 und 3o mit der Atmosphäre in Verbindung kommt. Auf diese Weise gelangen die Auspuffgase in den Zwischenraum zwischen den Wänden der Behälter j5 und 8 und werden dann durch die Leitungen 5 und I05 abgegeben.

Die Leitungen Io5 und Io6 können entweder unabhängig voneinander verlaufen oder in eine einzige Leitung zu herkömmlichen Schalldämpfern vereinigt werden und dann frei in die Atmosphäre münden.

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Es darf nicht übersehen werden, dass die Katalysatormasse, die sieh in dem Zwischenraum 15 befindet, von den Auspuffgasen an der Wand 8 überstrichen wird, selbst wenn die Gase der Leitung 5 so zugeführt werden, dass ; sie nicht durch die Masse selbst strömen. Somit wird die Masse auf einer Temperatur gehalten, die ausreicht, um die Gase wirksam zu katalysieren, sobald letztere durch die Masse geleitet werden.

Das Ventil 116, welches die Strömung durch die Leitung bzw. das Rohr 6 regelt, kann der Einfachheit halber weggelassen werden. In diesem Fall werden die Gase, wenn das Ventil 16 offengelassen wird, auf die Leitungen bzw. Rohre 5 und 6 umgekehrt zum Druckverlust auf ihren jeweiligen Wegen aufgeteilt. Die der Leitung bzw. dem Rohr 6 zuzuführenden Gase müssen durch die Katalysatormasse strömen, welche den Gasen.auf ihren Weg einen gewissen Widerstand entgegensetzen und aus diesem Grund wird nur ein-relativ kleiner Bruchteil der Gase durch die Leitung bzw. das Rohr 6 abgegeben, während der grössere Teil durch die Leitung 5 strömt. Dieser¹ eingeschränkte fortdauernde Durchgang durch die Katalysatormasse kann vorteilhaft sein, ■ . wenn die Katalysatormasse zum Zweckihrer Wirksamkeit auf. relativ hoher Temperatur gehalten werden muss. .^:. ■ . ..-

In dem hier beschriebenen Auspufftopf werden die Regulierventile, für die Leitungen bzw. Rohre 5 und 6 mit Bezug auf ihre Arbeitsstellung von der Saugwirkung im Ansaugrohr des Motors gesteuert, jedoch sind auch andere Produkte oder Mengen, welche Funktionen der abgegebenen Leistung sind, für diese Steuerung geeignet.

Zum Beispiel kann das Ventil 16 mit dem Ventil verbunden werden, welches die Menge der in dem Motor angesaugten Luft drosselt, so dass das eine das andere schliesst.

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Claims

Patentansprüche

1. Auspufftopf für den Durchgang von Auspuffgasen einer Verbrennungsmaschine, g e k e η η ζ e. i c h η et durch eine aussen liegende Kammer (3) j mit der eine Leitung (1) zum Zuführen der Auspuffgase verbunden ist und von der aus eine erste Auspuffleitung (Io5) abzweigt, durch eine innere Kammer (8), welche sowohl mit der äusseren Kammer (3), in der sie liegt, als auch durch eine zweite Auspuffleitung (Io6) in Verbindung mit der Atmosphäre steht, wobei die innere Kammer (8) eine Katalysatormasse für die Verbrennung unverbrannter, in den . ' Auspuffgasen enthaltener Stoffe enthält und die erste Auspuffleitung (Io5) durch Regelung mittels eines Ventils (l6) schliessbar ist,

2. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch ge k e η η ■ zeichnet, dass das Ventil (16) von einer auf die durch den Motor abgegebene Leistung ansprechende Vorrichtung so gesteuert wird, dass die erste Auspuffleitung (lo5) geschlossen ist, wenn die Leistung einen vorbestimmten Wert übersteigt. :

3. Auspufftopf nach Anspruch 2, dadurch g e k en η zeichnet, dass die auf die Leistung ansprechende Vorrichtung eine auf die Saugwirkung in der Ansaugleitung des Motors ansprechende Vorrichtung ist.

4. Auspuff topf nach Anspruch 1, dadurch ge k e n-n zeichnet, dass das Ventil (16) von einer auf die Temperatur in der inneren Kammer (8) ansprechende Vorrichtung (25) so gesteuert wird, dass die erste Auspuffleitung (Io5) geöffnet ist, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt.

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5. Auspufftopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Temperatur in der inneren Kammer (8) ansprechende Vorrichtung (25) so auf das Ventil (16) der ersten Auspuffleitung (Io5) wirkt, dass sie es bei über einem bestimmten Wert liegender Temperatur öffnet, unabhängig von jeglicher Steuerung der auf die Leistung des Motors ansprechenden Vorrichtung.

6. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch g e kennze lehne t, dass sich ein zweites Ventil (116) in der zweiten Auspuffleitung (Io6) befindet und mit dem Ventil (16) der ersten Auspuffleitung (Io5) so in Verbindung steht, dass es sich öffnet, wenn das letztere geschlossen ist und umgekehrt.

7. Auspufftopf nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichne t, dass die äussere Kammer (3) von einer ersten, im wesentlichen zylindrischen Umhüllung begrenzt ist, in welcher stützende Teile (14) im Abstand von und koaxial mit einer zweiten Im wesentlichen zylindrisch die zweite Kammer (8) begrenzenden Umhüllung vorgesehen sind, dass die Leitung (1) die Auspuffgase zuführt und die erste Auspuffleitung (Io5) sich in die erste Umhüllung öffnet, dass die zweite Umhüllung eine mit der ersten Kammer (3) in Verbindung stehende öffnung aufweist, und dass die zweite Auspuffleitung (Io6), die aus der ersten Umhüllung unter abgedichtetem Durchgang durch die Wandung heraustritt sich in die zweite Umhüllung öffnet.

8. Auspufftopf nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, dass die stützenden Teile (14) für die zweite Umhüllung in der ersten Umhüllung relativ axial bewegbar sind und dass die zweite Auspuffleitung (Io6)

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mit der ersten Umhüllung an der Stelle, an der sie durch deren Wand läuft,fest verbunden ist.

9. Auspuff topf nach Anspruch ¹J, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, dass sich die Katalysatormasse in einem Zwischenraum zwischen zwei durchlöcherten büchsenförmigen Blechen (11, 15) befindet, welche an deren Kanten miteinander und mit der Kante der verbindenden öffnung zwischen der inneren Kammer (J) und der äusseren Kammer (8) verbunden sind.

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