DE2341527A1

DE2341527A1 - Abgasanlage fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2341527A1
Application number: DE19732341527
Authority: DE
Inventors: Robert Neal Balluff
Original assignee: Tenneco Inc
Current assignee: Tenneco Inc
Priority date: 1972-08-21
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1974-03-07
Also published as: IT998391B; FR2197411A5; CA976771A; GB1435925A; DE2341527B2

Description

Abgasanlage für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft katalytische Auspuff- bzw. Abgassysteme für Brennkraftmaschinen, insbesondere unter Verwendung in Kraftfahrzeugen.

Es wird verwiesen auf die US-Patentanmeldungen Nr. 207 793 vom 14.12.1971 und Nr. 207 794 vom 14.12.1971, beide der Anmelderin zugehörig.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Einrichtung geschaffen werden, welche im auf die Einlaßfläche eines monolithischen Katalysatorelements in einem Abgassystem auftreffenden Gas ein optimales Strömungsmuster erzeugt. Katalys*torelemente kennzeichnende Bauform sind im einzelnen in den zuvor genannten Patentanmeldungen aufgeführt.

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Hit Hilfe der Einrichtung gemäß der Erfindung wird die nach dem Anlassen des Motors erforderliche Zeit wesentlich herabgesetzt, welche das Katalysatorelement bis zum Erreichen der Zündtempera-

, tür benötigt; darüber hinaus wird eine beträchtliche Zunahme im

' Wirkungsgrad des Katalysatorelements erzielt, insbesondere bei : Geschwindigkeiten oberhalb von etwa 32 km/h.

Einrichtungen gemäß der Erfindung weisen ein kurzes Diffusorelement auf, um die Strömung des auf die Einlaßfläche des Katalysatorelementes gerichteten Gasstromes radial zu strecken bzw. expandieren zu lassen, um auf diese Weise eine im wesentlichen gleichförmige Strömung über der Fläche zu erreichen. Vorzugsweise ist die uiffusoreinrichtung geschwindigkeitsempfindlich und ist bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten (unterhalb von etwa 32 km/h) verhältnismäßig unwirksam, wodurch die Strömung bei geringen Geschwindigkeiten auf einen Mittelteil der Katalysatoreinlaßfläche konzentriert ist.

Durch die mit Hilfe der, erfindungsgemäßen Einrichtung erzielbare_; im wesentlichen gleichförmige Strömung wird eine im wesentlichen konstante Raumgeschwindigkeit bzw. ein im wesentlicher konstanter Durchsatz (Volumen des Gasstromes/Volumen des Katalysators) innerhalb des Katalysators erzielt, wenigstens bei Geschwindigkeiten oberhalb von etwa 32 km/h. Der Katalysator kann unter starken Belastungen infolgedessen sehr wirksam arbeiten, da jeder Teil des Katalysators die Neigung besitzt, im wesentlichen gleiche VoluraengasstrÖme pro Zeiteinheit zu verarbeiten. Da die

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J iffusoreinricntung bei geringeren Geschwindigkeiten der Strömung verhältnismäßig unwirksam ist wird die chemische Aktivität nicht nachteilig herabgesetzt, d.h. es besteht immer ein ausreichendes Volumen des Katalysators, um eine vollständige Umwandlung oder Umsetzung durchzuführen. Abgesehen davon ist die Wirksamkeit des Systems bei geringen Geschwindigkeiten bzw. bei geringem Durchsatz nicht so wesentlich. Die Aufwärm- bzw. Anlaufzeit wird erfindungsgemäß auf ein Minimum herabgesetzt, da die im Gas verfügbare Eigenwärme auf eine kleine Fläche des Katalysators konzentriert wird und diese schnell auf Zündtemperatur erhitzt, wonach die durch chemische Reaktion freiwerdende Wärme die umgebende | ■ Katalysatormasse schnell erwärmen kann. |

j j

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen j unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische, teilweise gebrochen wiedergegebene Seitenansicht eines an einem Kraftfahrzeugmotor

angeordneten Abgassystems unter Verwendung einer er-

findungsgemäßen Katalysatoreinheit;

j Big. 2 ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Katalysatoreinheit gemäß der Erfindung;

i Fig. 3 " ist eine Draufsicht der in Fig. 2 dargestellten Veri teilerscheibe;

Fig. 4 ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Katalysatoreinheit gemäß der Erfindung;

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Fig. 5 ist eine Draufsicht der in Fig. 4 dargestellten Verteilerscheibe;

Fig. 6 ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Katalysatoreinheit gemäß der Erfindung;

Fig. 7 ist eine vergrößerte Endansicht des in der Einheit gemäß Fig. 6 verwendeten Diffusorrohres; ;

Fig. 8 ist eine Teilschnittansicht einer weiteren Ausführungs-j form einer Katalysatoreinheit gemäß der Erfindung; und

Fig. 9 ist eine vergrößerte Endansicht des in der Einheit gemäß Fig. 8 verwendeten Diffusorrohres.

Die in den Zeichnungen dargestellte Brennkraftmaschine 1 besitzt eine Abgassammelleitung 3, aus welcher die Abgase über den Auslaß 5 in das Einlaßrohr 7 eines eine Katalysatoreinheit 11 aufweisenden Abgassystems 9 abgeführt werden. Die Katalysatoreinheit 11 entlädt sich in ein Rohr 13, welches die Gase einem weiteren Gerät des Systems 9 zuleiten oder in die Außenluft ableiten kann.

Die dargestellte Anordnung ist insbesondere unter Verwendung in ' . I

einem Kraftfahrzeugabgassystem dargestellt, da die bei diesen ' Systemen gesetzten Erfordernisse am strengsten sind. Indessen kann die Anordnung gemäß der Erfindung im Zusammenhang mit Kata- j lysatoreinheiten nachstehend beschriebener Art auch für Abgas systeme von Brennkraftmaschinen beliebiger Anordnung und Verwendung eingesetzt werden.

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j Die Katalysatoreinheit 11 kann verschiedenartige Formen aufwei-

sen und verschiedenartige Katalysatorkörper bzw. -elemente ent-

halten; indessen ist die Erfindung insbesondere von Nutzen bei

dem in den Zeichnungen dargestellten Aufbau unter Verwendung eines; monolithischen (Honigwabenstruktur besitzenden) Katalysatorelements 15 der Bauform, wie sie im einzelnen in den zuvor genannten Patentanmeldungen als auch im US-PS 3 441 381 dargestellt ist.; Das Katalysatorelement 15 besteht aus einem verhältnismäßig
brüchigen monolithischen hitzebeständigen Material von Honigwabenstruktur, welches längliche Zellen, Kanäle oder Durchlaufe aufweist. Das Katalysatormaterial wird an den Wänden der Kanäle aufgebracht und unterstützt bzw. fördert die Umwandlung der unerwünschten Bestandteile des das Katalysatorelement durchsetzenden Abgasstromes. Das Volumen des Katalysatorelements 11 bestimmt sich durch die maximale Strömungsgeschwindigkeit bzw.
-menge des Gases im Abgassystem 9.

Wärme entwickelt sich in mehr oder weniger großem Umfang in Abhängigkeit davon, ob der Katalysator der Oxidation oder Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und des CO im Gas oder die Reduzierung der Stickstoffoxyde auslöst. Im Fälle der Katalysator-Oxidation liegt die Zündtemperatur bzw. diejenige Temperatur,
bei welcher katalytische Aktivität bei der Auslösung einer
chemischen Reaktion wirksam wird, im Bereich von 121 C-260 C
oder höher. Bei Katalysatortemperaturen unterhalb dieser "Zündtemperatur" strömt das Abgas lediglich durch die Einheit 11,
ohne daß eine Reaktion stattfindet. Bei den Arbeitstemperaturen des Katalysatorelements 15 ist das System am wirksamsten, falls -6-

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alle Teile des Elements 15 durch gleiche GasYolumenströme pro Zeiteinheit durchgesetzt werden undfalls im wesentlichen konstante Raumgeschwindigkeit des Gasstromes (Volumengasstrom/Volumen des Katalysators) besteht. Bei einem Abgassystem für Kraftfahrzeuge verändern sich die Strömungsgeschwindigkeiten bzw. -mengen über einem weiten Bereich, so kennzeichnenderweise 30:1 oder mehr. Geeignete Verteilung des Gasstromes in den Kanälen des Elements 15 gewinnt zunehmende Bedeutung in dem Maße, indem die Geschwindigkeit im höheren Strömungsbereich zunimmt, so beispielsweise oberhalb von etwa 32 km/h Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei geringeren Geschwindigkeiten ist das Volumen des Katalysators größer als erforderlich, da das Volumen auf maximale Strömung ausgelegt ist. In diesem Fall ist eine gleichförmige Strömungsverteilung nicht so wesentlich. Während seiner Verwendungszeit besitzt der Katalysator die Neigungen zunehmendem Maße Aktivität zu verlieren, wodurch die Vorteile des Gesamtsystems infolge gleichförmiger Strömungsverteilung in stärkerem Maße zu Tage treten.

Der das runde Rohr 7 durchsetzende Gasstrom ist seiner Eigenart nach so beschaffen, daß er einen ungleichförmigen Strom innerhalb des Katalysatorelements 15 auslöst. Wenn ein Gasstrom eine runde Leitung durchsetzt, dann verändert sich das Geschwindigkeitsprofil von einem Maximum in der Mitte der Leitung bis zu einem Minimum entlang der Leitungswände, die durch das Geschwindigkeitsprofil 17 für langsame Strömung und das Geschwindigkeitsprofil 19 für schnelle Strömung in Fig. 1 dargestellt sind. Wenn das Gas aus dem Rohr 7 das Gehäuse 21 der Katalysatoreinheit 11

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erreicht tritt es in eine erweiterte Kammer 23 ein, innerhalb welcher das Katalysatorelement 15 vorgesehen ist. Außer der durch die Profile 17 und 19 gebildeten ungleichförmigen Strömung , entsteht (ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung) zusätzlich ein Düseneffekt des Gasstroms, nach welchem ein kleiner Querschnitt in einen größeren Querschnitt der Kammer 23 ibergeht.

Erfiridungsgemäß sind verschiedene mechanische Einrichtungen ver- [ wendbar, um ein im wesentlichen opitmales Strömungsmuster für \ das in die Einlaßfläche 25 des Katalysatorelements 15 eintre- j tende Gas zu schaffen. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 1 innerhalb der kreisförmigen Einlaßleitung bzw. der Buchse 27 ^! für das Gehäuse 21 wiedergegeben. Die Buchse 27 ist innerhalb eines Halses des Gehäuses befestigt und weist einen außerhalb des Gehäuses vorgesehenen Teil auf, der das Ende des runden Rohrs 7 trägt. Die Buchse 27 ist gleichfalls mit einem die Strömung steuernden Teil 29 ausgestattet, welcher sich innerhalb des Gehäuses in die Kammer 23 erstreckt und als Strömungs-Verteilungsanordnung wirkt. Zu diesem Ztveck ist das Ende des Teils 29 der Buchse im wesentlichen durch eine Kappe oder einen Stopfen 31 abgeschlossen. Jiese besitzt in der glitte eine Öffnung (oder Offnungen) 33 und ist an der Seitenwand mit einer Reihe am Umfang und in Längsrichtung regelmäßigen Abstand besitzender Öffnungen 35 ausgestattet. Die öffnungen 33 und 35 können jede erwünschte Form einnehmen, so können sie die Form von Schlitzen, runden Bohrungen etc. einnehmen.

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Die durch die öffnungen 33 und 35 gebildete offene Gesamtfläche sollte wenigstens dem Querschnitt des Rohrs 7 entsprechen und sollte für minimales Druckgefälle vorzugsweise etwa 110 % bis 125 I der Rohrfläche einnehmen. Das Verhältnis der durch die Öffnung 33 gebildeten öffnungsfläche gegenüber der durch die öffnungen 35 gebildeten Öffnungsfläche ist wesentlich und sollte so bestimmt sein, daß der Hauptteil des Gasstromes radial die Rohrleitungswand nach außen durchsetzt, um eine Turbulenz und Verwirbelung des Gases auszulösen und um dadurch zu eier gleichförmigen Strömungsverteilung über der Fläche 25 zu führen. Die Größe der öffnungsfläche 33 ist so gewählt, daß der Abstand vom Innenende des Einlaßrohres bzw. der Buchse 27 bis zur Fläche 25 nicht kritisch ist, was die Abdeckung eines Teils des Katalysators betrifft* Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, die durch die öffnung bzw. die öffnungen 33 gebildete Fläche so zu bestimmen, daß sie im unteren Strömungsbereich d.h. unterhalb von etwa 32 km/h im wesentlichen den gesamten Gasstrom aufnimmt. Wenn also die offene Fläche 33 so ausgebildet ist, daß sie Gas geringer Strömung aufnimmt, dann gelangt nur sehr wenig Gas bei geringer Geschwindigkeit oder kein Gas durch die öffnungen 35 radial nach außen. Der Gasstrom wird also auf einem Mittelteil der Einlaßfläche 25 des Katalysators konzentriert. Das Ende des Rohrs bzw. der Buchse 27 ist unter einem vorbestimmten Abstand von der Fläche 25 angeordnet, vorzugsweise unter einem Abstand von 6,3-19 mm, um die Strömung weiter zu konzentrieren bzw. fokussieren. Bei einem derartigen Aufbau ist das zur Strömungssteuerung dienende Gerät geschwindigkeitsempfindlich,

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j da das Gas unterhalb einer vorbestimmten Geschwindigkeit nicht die Öffnungen 35 passiert.

Die Formgebung des zur Strömungssteuerung dienenden und auf vor* stehend beschriebene Weise auf Geschwindigkeit ansprechenden Gerätes trägt in vorteilhafter Weise dazu bei, die Zeit auf ein Mindestmaß herabzusetzen, welche erforderlich ist, um von der beim Kaltstart des Motors bestehenden Temperatur auf die ZÜndtemperatur des Katalysators 15 (etwa 121°C - 260°C oder höher) zu gelangen. Während der verstreichenden Zeit beim Übergang von Umgebungstemperatur auf Zündtemperatur wirkt nur die Eigenwärme des Abgases * um den Käalysator zu erwärmen* Gewöhnlich ist die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases unmittelbar nach Anlassen des Motors klein d.h. während des Aufwärmens des Katalysators. Als Folge davon steht nur eine begrenzte Menge von Wärme zur Verfügung, um die Temperatur des Katalysators anzuheben. Wenn man den die öffnung 33 durchsetzenden Gasstrom auf ein kleines Volumen des Katalysators konzentriert erreicht dieser Teil innerhalb Verhältnismäßig kurzer Zeit seine Zündtemperatür. Wenn die Zündtemperatur erreicht ist wird dieser Katalysatorteil aktiv» wodurch die chemische Wärmefreisetzung beginnt; die Temperatur steigtdadurch schneller an, so daß Warne an die umgebenden Teile des Katalysators geleitet wird, um die Erwärmung der gesamten Katalysatormasse zu beschleunigen. Wenn während des Warmlaufs höhere Geschwindigkeit der Gasströmung vorliegt und radiale Strömungen durch die öffnungen 35 auftreten, dann ist mehr Eigenwärme verfügbar, welche sich über der

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größeren Fläche der Seite 25 ausbreitet. So ist die Warmlauf- bzw. Anlaufzeit im wesentlichen unbeeinflußt gegeüber Strömungsgeschwindigkeit bzw. -menge oder Geschwindigkeit des Motors. Das !

Konzept der Geschwindigkeitsempfindlichkeit und der Strömungs- j

ι konzentration steht nicht im Konflikt mit der beabsichtigten ; gleichförmigen Strömungsverteilung, da das Erfordernis gleich- ' förmiger Strömungsverteilung am wenigstens Bedeutung hat bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten und zunehmende ßedeu- j tung erlangt, wenn die Strömungsgeschwindigkeit bzw. das Volumen zunimmt. Diesen Erfordernissen wird durch das Gerät gemäß der Erfindung Rechnung getragen.

In der incbn Fign. 2 und 3 dargestellten Ausführung form der Erfindung besitzt das zur Strömungssteuerung dienende Gerät die Form einer flachen Platte 51, welche am Außenende der Kammer innerhalb der Einheit 11d angebracht und mittels eines am Umfang verlaufenden Flansches 52 befestigbar ist. Das Ende der Leitung bzw. des Rohrs 7 ist in den Hals 29 des Gehäuses 21 eingesetzt, so daß das das Rohr verlassende Gas die Platte passieren muß, bevor es die Einlaßfläche bzw. Seite 25 des Katalysatorelements 15 erreicht. Die Platte 51 besitzt ein Muster von öffnungen 53, welche die Form von Rundlöchern, Lamellenöffnungen, Schlitzen etc. besitzen können,so daß ein Muster statischen Druckgefälles auf der Platte ausgebildet wird. Dies führt zu einer gleichförmigen Strömung auf der ganzen Scheibe bzw. Platte und infolgedessen am Katalysatorelement. Demnach wird die Fläche der öffnungen in der Mitte der Scheibe, dort, wo die Gasgeschwindigkeit am größten ist, kleiner gehalten als die Öffnungsfläche in

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Richtung der Außenseite der Platte. Die Scheibe oder Platte kann in gleicher Weise geschwindigkeitsempfindlich ausgebildet werden, indem die in der Mitte bfindliche öffnung so dimensioniert wird, daß sie die Strömung auf einem Mittelteil der Einlaßfläche 25 konzentriert, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde. Bei dieser Weiterbildung als auch bei allen weiteren Weiterbildungen entspricht die Öffnungsfläche wenigstens dem Querschnitt des Rohrs 7; falls das Gerät geschwindigkeitsempfindlich ist, sollte die Platte exen Abstand von vorzugsweise 6,3-19 mm von der Fläche 25 einnehmen.

Die Einheit 11c gemäß Fign. 4 und 5 besitzt eine Platte 61, welche der Platte 51 vergleichbar, jedoch in Schalenform ausgebildet ist. Die konvexe Fläche der Platte 61 ist dem in die Einlaßkammer 23 über das Rohr 7 eintretenden Gas zugewandt. Die Platte besitzt einen am Umfang angeordneten Flansch 62, mit welchem sie beispielsweise durchP^iktschweißung am Gehäuse bzw. an der Hülle 21 befestigt werden kann. Die Platte 61 ist mit einem Muster von öffnungen 63 versehen, welche in der unter Bezugnahme auf Fign. 2 und 3 angegebenen Weise angeordnet sind. Die große Mittelöffnung 63 ist in geeigneter Weise ausgebildet, um langsame bzw. kleine Strömungen auf der Mitte der Fläche 25 zu konzentrieren und um Strömungsempfindlichkeit zu verleihen. Die Form der Platte 61 ermöglicht gleichförmige Strömungsverteilung, selbst wenn die Innenkante des Flansches 62 am Umfang des Katalysatorelements 15 anliegt. Die anliegende Platte 61 kann als Schulter benutzt werden, an welcher das Element 15 am Einlaßende mechanisch verankert wird.

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Die zur Strömungssteuerung dienenden Einheiten für die Kätalysatoreinheiten 1Id und 11e gemäß Fign. 6-9 sind geschwindigkeitsempfindlich und weisen eine besondere Formgebung der Innenenden der Einlaßbuchsen bzw. EinTaßrohre auf, so daß bei geringer Strömung nur kleine Auswirkungen auf die Strömungsverteilung bestehen, während bei Zunahme der Strömung vermehrte Auswirkungen vorliegen. Die Einheit 1Id gemäß Fign. 6 und 7 besitzt eine buchse 71, die im Bund bzw. Hals 29 des Gehäuses 21 eingefaßt ist und das Ende des Rohrs 7 in der Art und Weise trägt, wie dies unter Bezugnahme auf die Buchse 27 gemäß Fig. 1 erläutert wurde. Das innere Ende der Buchse 71 ist in Längsrichtung geschlitzt, wie bei 73 dargestellt; die Wandabschnitte 75 zwischen den Schlitzen sind verdreht und LüfterflügelnVergleichbar nach innen gedreht, wodurch richtende Blätter bzw. Flügel oder Rippen an der Buchse ausgebildet sind. Diese lenken das Gas unter einem Winkel nach außen.

In vergleichbarer Weise ist die Einheit 11e gemäß Fign. 8 und 9 mit einer Einlaßbuchse .81 versehen, welche in den Hals 29 des Gehäuses 21 eingesetzt ist und das Ende des Rohrs 7 trägt. Das Innenende der Buchse 81 ist in Querrichtung entlang dreier am Umfang im Abstand zueinander befindlicher Linien 83 geschlitzt während die Wandung der Buchse in der bei 85 dargestellten Weise nach innen gedrückt ist. Die Eindrückungen bilden drei Schaufeln, welche die Querschnittsfläche, gesehen durch das Ende der Buchse (Fig. 9), einschnüren, welche jedoch offene Flächen 83a in radial fluchtender Lage mit den Linien 83 bilden. Das aus den Öffnungen 8 &

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ausströmende Gas wird durch die Außenflächen der Schaufeln 85 ι

unter einem Winkel nach außen abgelenkt. j

Die Buchsen 71 und 81 erstrecken sich in ihrer entsprechenden Kammer 23 und wirken unter Ausnutzung der Trägheitserscheinungen am Gasstrom, um optinale Strömungsverteilung innerhalb der Kammer zu erreichen, wenn das Gas die Einlaßfläche bzw. Einlaßseite 25 des Katalysatorelements erreicht. Bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten folgt das Gas im wesentlichen den die Leit-j körper (Flügel-75 und Schaufeln 85) umgebenden Wänden und tritt an der Buchse so aus, als wäre kein Leitkörper vorhanden. Wenn jedoch die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt und das nach vorne gerichtete Trägheitsmoment des Gases anwächst besitzt dieses zunehmend die Neigung^ sich in einer mehr oder weniger geraden Linie zu bewegen, welche durch die Winkelform der Leitflächen bestimmt ist. Bei Verwendung der Flügel 75 entsteht eine Durchwirbelung, so daß die resultierende Zentrifugalkraft einen gewissen Anteil des Gases radial nach außen in Richtung der Außenseite der Kammer 23 drückt. Bei Verwendung der Schaufeln 85 kann die Strömung vergleichbar sein und kann durch die Winkellage der einzelnen Schaufelkörper bzw. Leitkörper bestimmt werden. In jedem Fall kann die Formgebung der Leitflächen oder Flügel 75 und 85 und das Verhältnis der Flächen so gewählt werden, daß bei höheren Geschwindigkeiten im wesentlichen gleichförmige Strömung vorliegt. Gleichzeitig wird die Strömung bei geringeren Geschwindigkeiten konzentriert, um ein schnelles Erwärmen des Katalysators zu erreichen. Der konzentrierte Strom bedeckt vorzugsweise

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auf der Fläche 25 einen Bereich, welcher etwa demjenigen der Querschnittsflache der Leitung bzw. des Rohrs 7 entspricht.

Erfindungsgemäß wurden verschiedene Einrichtungen geschaffen, : welche einen im wesentlichen gleichförmigen Strom in Richtung des monolithischen Katalysatorelements 15 und innerhalb desselben als auch eine im wesentlichen gleichförmige Raumgeschwindigkeit erzeugen. Vorzugsweise sind die Geräte so konstruiert, daß sie diese gleichförmige Strömung bei den höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeuges (oberhalb von etwa 32 km/h) auslösen, daß sie jedoch eine Konzentrierung oder Fokussierung der Strömung in einem Mittelteil des Katalysators bewirken, wenn kleinere Geschwindigkeiten des Fahrzeuges vorliegen.

Die Erfindung wurde demnach verwirklicht in stationären mechanischen Geräten für den Gasstrom von Abgas systemen in Brenikraftmaschinen, um eine gleichförmige Strömung über dem Querschnitt monolithischer Katalysatorelemente auszulösen; die dazu dienenden Geräte sind vorzugsweise so ausgebildet, daß sie bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten verhältnismäßig unwirksam sind und die Strömung bei diesen Geschwindigkeiten auf kleinere Querschnittsflächen beschränken bzxtf. konzentrieren.

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Claims

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank

DIpI. Ing. H. Hauck - Dipl. Phys. W. Schmitz

Dipl. Ing. E. Graalfs - Dipl. Ing. W. Wehnert

8 München 2, Mozartstraft· 23

Telefon 5380586 I

j Tenneco Inc.

Michigan Blvd. . 3. August 1973

Racine,Wise. 53402,USA Anwaltsakte M-2753

Patentansprüche

1J Abgasanlage für Brenkraftmaschinen mit einer Katalysatorein-

^"^ heit, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoreinheit (11) mit einer Einlaßkammer (21,23) versehen ist, innerhalb welcher sich ein Katalysatorelement (15) mit einer Einlaßseite (25) befindet, daß eine Leitungseinrichtung (7) Abgas von der Abgassamraelleitung (3) des Motors (1) in die Kammer (21,23) einleitet, daß die Kammer größeren Querschnitt besitzt als die Leitung (7) und mit dieser einen Kanal für das Gas bildet, um dieses an die Einlaßseite des Katalysatorelements heranzuleiten, daß ein zur Steuerung des Gasstromes dienendes Gerät (27,29,31,33) innerhalb des Kanals befindliche Öffnungen (35) für den Gasstrom aufweist, unddaß die Öffnungen (35) so angeordnet sind, daß sie das die Leitung (7) verlassende Gas in Form eines radialen Musters im wesentlichen gleichförmig über der Kammer (23) verteilt streuen, um eine im wesentlichen gleichförmige Strömung an und in allen Teilen der

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Einlsßseite (25) des Katalysatorelements (15) zu erzielen.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß öffnungen (33) innerhalb des zur Strömungssteuerung dienenden Geräts vorgesehen sind, um eine Konzentrierung des Gasstromes bei geringen Gasstromgeschwindigkeiten zu erreiche, so daß das Gas einer im wesentlichen mit der Leitung (7) fluchtenden Bahn, folgt und auf einen Mittelteil der Einlaßseite des Katalysatorelements auftrifft, während der Gasstrom bei größeren Strömungsgeschwindigkeiten radial gespreizt wird.
3. Abgasanläge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die . geringen Strömungsgeschwindigkeiten Strömungen unterhalb von etwa 32 km/h des durch den Motor angetriebenen Fahrzeugs entsprechen, und, daß die größeren Geschwindigkeiten Strömungen von mehr als etwa 32 km/h eines durch den Motor angetriebenen Fahrzeuges entsprechen.
4. Katalysatoreinheit für die Abgasanlage einer Brennkraftmaschine dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoreinheit ein Gehäuse (21) mit einer Kammer (23) und ein innerhalb der Kammer befindliches Katalysatorelement (15) umfaßt, wobei das Gehäuse einen Einlaß aufweist, welcher kleineren Querschnitt als die Kammer (23) besitzt, daß ein Einlaßteil der Kammer den Einlaß mit der Einlaßseite (25) des Katalysatorelements (15) verbindet, und daß die Katalysatoreinheit mit einer zur Strömungssteuerung dienenden Einrichtung versehen ist, welche Gas-Strömungsöffnungen aufweist, wobei diese

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öffnungen bei mindestens höheren Strömungsgeschwindigkei wirken, um den Gasstrom im wesentlichen radial über dem Einlaßteil der Kammer und der Einlaßseite des Katalysatorele- j ments zu spreizen.

j
5. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, '

daß die zur Strömungssteuerung dienende Einrichtung eine quer sich erstreckende Lochplatte (51) innerhalb des Einlaß- j teils der Kammer aufweist. !
6. Katalysatoreinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorelement von monolithischer Bauart ist, und daß die Platte eingesenkt ist und Schultern aufweist, um sie innerhalb der Kammer zu fixieren.
7. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strömungssteuerung dienende Einrichtung eine im wesentlichen flache und quer sich erstreckende Lochplatte aufweist, welche strömungsaufwärts der Einlaßseite des Katalysatorelements angeordnet ist.
8. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strömungssteuerung dienende Einrichtung eine in Querrichtung sich erstreckende Lochplatte zwischen dem Einlaß und der Einlaßseite des Katalysatorelements aufweist, und daß die Platte in der Mitte befindliche öffnungen für die Gasströmung aufweist, welche bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten im wesentlichen den gesamten Gasstrom auf einen Mittelteil der Einlaßseite des Katalysatorelements konzentrieren.—— -fg.

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9. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der öffnungen in der zur Strömungssteuerung dienenden Einrichtung etwa 11O°s-125% der Querschnittsfläche des Einlasses beträgt.
10. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strömungssteuerung dienende Einrichtung in der Mitte befindliche Gasströmungsöffnungen aufweist, welche bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten im wesentlichen den gesamten Gasstrom auf einen Mittelteil der Einlaßseite des Katalysatorelements konzentrieren.
11. Katalysatoreinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenende der zur Strömungssteuerung dienenden Einrichtung unter einem Abstand von etwa 6,3-19 mm von der Einlaßseite angeordnet ist.
12. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strömungs steuerung dienende Einrichtung ein sich in den Einlaßteil der Kammer erstreckendes Rohr aufweist, welches den gesamten Gasstrom durch den Einlaß aufnimmt, und daß die Öffnungen einen Gasstrom erzeugen, welcher axial aus dem Ende des Rohrs als auch radial bezüglich der Seitenwand des Rohrs in den Einlaßteil der Kammer austritt.

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13. Katalysatoreinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen so bemessen sind, daß bei kleinen Strömungsgeschwindigkeiten im wesentlichen der gesamte Gasstrom aus dem Ende des Rohrs austritt.
14. Katalysatoreinheit' nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Seitenwand des Rohrs befindliche öffnungen den radialen Gasstrom erzeugen.
15. Katalysatoreinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zylindrisch geformt ist und einen den axialen Strom erzeugenden perforierten Verschluß am Innenende und eine den radialen Gasstrom erzeugende perforierte Seitenwand aufweist.
16. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strömungssteuerung dienende Einrichtung ein sich in den Einlaßteil der Kammer erstreckendes Rohr aufweist, welches den gesamten Gasstrom aus dem Einlaß aufnimmt, daß das Rohr mit in das Innenende des Rohrkörpers sich erstreckenden Schlitzen in der Seitenwand ausgestattet ist, daß sich Teile der Rohrseitenwand zwischen den Schlitzen radial und winklig bezüglich der Rohrachse erstrecken und Leitkörperbilden, welche das Gas radial nach außen und unter einem Winkel in den Kammereinlaßteil richten, und daß das Ende des Rohrs eine zur Erzeugung eines axialen Stroms dienende öffnung aufweist.

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17. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strömungssteuerung dienende Einrichtung ein sich in den Einlaßteil der Kammer erstreckendes Rohr aufweist, welches das gesamte Gas aus dem Einlaß aufnimmt, daß die Seitenwand des Rohrs nach innen ausgebildete Schaufelteile und axial fluchtende, strömungsabwärts gerichtete öffnungen an der strömungsaufwärts liegenden Seite der Schaufelteile aufweist, wodurch die Schaufelteile Gas radial bezüglich des Rohrs auslenken, und daß das Rohr eine innere öffnung aifweist, um den aus dem Ende des Rohrs strömenden axialen Gasstrom zu erzeugen.
18. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet, daß die zur Strömungssteuerung dienende Einrichtung aus einem im Einlaßteil der Kammer befindlichen Rohr besteht, welches das Gas aus dem Einlaß aufnimmt, und daß das Rohr mit in der Seitenwand befindlichen öffnungen versehen ist, welche den radialen Gasstrom in die Kammer erzeugen.
19. Katalysatoreinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Seitenwand nahe der öffnungen verformt sind und eine Strömungsführung bilden, um den Gasstrom auf den öffnungen radial bezüglich der Rohrachse austreten zu lassen.
20. Katalysatoreinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die GasStromöffnungen ihrer Größe und Formgebung nach so ausgebildet sind, daß sie auf Geschwindigkeit ansprechen, wodurch bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten im wesentlichen der gesamte, das Rohr verlassende Gasstrom in axialer

D-r austt.

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