DE4040721A1

DE4040721A1 - Schalldaempferanlage

Info

Publication number: DE4040721A1
Application number: DE19904040721
Authority: DE
Inventors: Otto Ing Kresch
Original assignee: SEBRING AUSPUFF
Current assignee: SEBRING AUSPUFF
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-19
Publication date: 1991-07-04

Description

Die Erfindung betrifft eine Schalldämpferanlage für Vier-Takt-Motorräder, vorzugsweise mit einem oder vier Zylindern, insbesondere für Motorräder bis 1300 cm³ und einer Höchstleistung von 150 PS.

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Schalldämpferanlage für Viertaktmotorräder in Verbindung mit einem Kata lysator zu schaffen, die eine Schadstoffreduzierung von CO, HC und NO_x von über 50% in den Auspuffgasen ermöglicht. Ferner soll eine derartige Schalldämpferanlage möglichst leise arbeiten und die geltenden Geräuschbestimmungen erfüllen. Eine Nachrüstung der am Markt befindlichen Viertaktmotorräder, die mit bleifreien Benzin fahrbar sind, soll ohne technische Veränderung am Fahrzeug einfach und problemlos durchführbar sein. Überdies soll der Leistungsverlust gegenüber mit serienmäßig Schalldämpferanlagen ausgerüsteten Motorrädern maximal 5% betragen und die Anschaffungskosten sollen für die Käufer nicht höher sein als für serienmäßige Schalldämpferanlagen ohne Katalysator. Schließlich soll eine lange Haltbarkeit ohne Einbuße der Schadstoffreduzierung, d. h. etwa bis zu 80 000 gefahrenen Kilometern gegeben sein.

Die bei der Erstellung der erfindungsgemäßen Schalldämpferanlage zu überwindenden Schwierigkeiten waren insbesondere die Standortbestimmung des Katalysators sowie die Festlegung des freien Querschnittes bzw. Durchflußvolumens des Katalysators.

Bei den Überlegungen betreffend die Anordnung des Katalysators war noch die Bodenfreiheit des Motorrades sowie dessen Schrägelageverhalten zu berücksichtigen, da die Auspuffanlagen durch den Einbau des Katalysators nicht in ungünstiger Weise vergrößert oder abgeändert werden können. Ferner sind das Anspringeverhalten und hohe Abgastemperaturen und Abgasgeschwindigkeiten bei den Motorrädern bis zu einer Höchstleistung von 145 PS sowie den entsprechenden Nenndrehzahlen von zirka 10 000 Umdrehungen/min zu berücksichtigen, wobei diese Paramter für die Festlegung des Abgasdurchflußvolumens bei der maximal zur Verfügung stehenden Baugröße zu berücksichtigen waren, ohne daß die Motorleistung negativ beeinflußt würde bzw. der Motor oder der Katalysator überhitzt würden.

Eine erfindungsgemäße Schalldämpferanlage, mit der die erfindungs gemäßen Ziele erreicht werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Schadstoffreduzierung der Auspuffgase im Strömungsweg der Auspuffgase in dem an die Krümmerrohre angeschlossenen Sammelrohr oder im Einlaßrohr oder im Schalldämpfer vor den Dämpferrohren zumindest ein beschichteter Metallkatalysator angeordnet ist, der 15 bis 60 Zellen/cm², vorzugsweise 25 bis 35 Zellen/cm², aufweist, mit einer Platin-Rhodiumauflage von 1,6 bis 2,3 g/dm³, vorzugsweise 2 bis 2,2 g/dm³, bei einem Verhältnis von Platin zu Rhodium von etwa 5 zu 1 überzogen ist und eine, den Strömungs querschnitt füllende Längserstreckung von 40 bis 120 mm, vorzugsweise von 65 bis 85 mm, besitzt, wobei der (die) Katalysator(en) bei Einzylin dermotorrädern in einem Mindestabstand von 200 mm, bei Mehrzylindermo torrädern in einem Mindestabstand von 500 mm, vorzugsweise von 650 mm, und einem Maximalabstand von 1600 mm, vorzugsweise von 1300 bis 1500 mm von Zylinderauslaß entfernt angeordnet ist (sind).

Es zeigte sich, daß die bei Personenkraftwagen verwendeten Keramik katalisatoren weder den thermischen noch den mechanischen Beanspruchungen standhalten, jedoch bei der erfindungsgemäßen Schalldämpferanlage die eingesetzten Metallkatalysatoren mit spezieller Beschichtung und entsprechendem Durchlaßquerschnitt einwandfrei funktionierten, da die erforderlichen Parameter:

1. Das Volumen bzw. die Baugröße des Katalysators,
2. die Dichte bzw. der Durchlaßquerschnitt des Katalysators,
3. der Mindest- und Maximalabstand vom Zylinderauslaß,
4. die Abgasströmungsführung bzw. die Einbettung (Lagerung) des Katalysators und
5. die Ausführung der Rohre, insbesondere bis zum Beginn des Katalysators

entsprechend berücksichtigt wurden. Durch Wahl der entsprechenden Ein bauorte und Abstände wurden die auftretenden Abgastemperaturen ausrei chend berücksichtigt.

Als zweckmäßig erwies es sich, daß bei Anordnung des Katalysators in einem von vorzugsweise allen vier Krümmerrohren angespeisten Sammel rohr dieser in einem Abstand von bis zu 650 mm vom Zylinderauslaß ent fernt gelegen ist und die Krümmerrohre nicht isoliert bzw. einwandig ausgeführt sind.

Ferner kann vorgesehen sein, daß der Katalysator unter Ausbildung eines 0,5 bis 5 mm, insbesondere 1 bis 2 mm, dicken, im strömungsabwärts gelegenen Endbereich des Katalysators abgeschlossenen Ringspaltes im Einlaßrohr oder im Schalldämpfer angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß bei Anordnung eines einzigen Schalldämpfers für die vier Krümmerrohre von vier Zylindern die Querschnittsfläche des Katalysators 45 bis 80 cm², vorzugsweise 57 bis 67 cm², beträgt bzw. daß bei Aufteilung der vier Krümmerrohre von vier Zylindern auf zwei Schalldämpfer oder bei einem Schalldämpfer für Einzylindermotorräder die Querschnittsfläche jedes bzw. des Katalysators 27 bis 43 cm², vorzugsweise 34 bis 38 cm², beträgt. Unter Einhaltung der vorgenannten Bedingungen ist es möglich, daß der Katalysator in dem an die Krümmerrohre angeschlossenen Sammelrohr oder im Einlaßrohr oder im Schalldämpfer vor den Dämpferrohren angeordnet ist.

Um den Katalysator auf entsprechende(r) Betriebstemperatur zu bringen bzw. zu halten ist vorgesehen, daß die Krümmerrohre und/oder das Sammelrohr und/oder das Einlaßrohr und/oder der Schalldämpfer vom Zylinderauslaß zumindest bis zum strömungsabwärts gelegenen Ende des Katalysators doppelwandig und/oder isoliert ausgeführt sind bzw. daß das Einlaßrohr in Strömungsrichtung zumindest bis zum strömungsabwärts gelegenen Ende des Katalysators doppelwandig und/oder isoliert ausgeführt ist.

Zur Verminderung der Geräuschbelastung bei derartigen Schalldämpferanlagen ist vorgesehen, daß der Schalldämpfer eine Anzahl von gegeneinander und in Strömungsrichtung versetzt angeordneten Dämpfungsrohren aufweist, wobei drei Rohre zur Aufnahme der durch den Katalysator geleiteten Auspuffgase vorgesehen sind, wobei zwei dieser Rohre in eine Kammer münden, die über neben bzw. parallel zu diesen Rohren angeordnete weitere Rohre mit einer strömungsaufwärts gelegenen weiteren Kammer verbunden ist, von welcher Kammer das Auspuffrohr durch die erstgenannte Kammer und parallel bzw. neben den Rohren und den weiteren Rohren ins Freie geführt ist.

Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Einlaßrohr in eine Anzahl von Strömungsrohren aufgeteilt ist, die gegenüber dem Katalysator münden, daß stromabwärts des Katalysators zumindest eine Resonatorkammer gelegen ist, in deren einander gegenüberliegenden Trennwänden in diese Kammern hineinragende Überstromrohre getragen sind, die seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind und einander vorzugsweise um einen Betrag von etwa 10% verlängerter Resonatorkammer überlappen und daß die in Strömungsrichtung der Abgase letzte Resonatorkammer im Schalldämpfer außer mit dem Abgasaustrittsrohr auch über Öffnungen in der diese Kammer stromabwärts begrenzenden Trennwand mit einer Gegenstromkammer verbunden ist. Zweckmäßig ist es, wenn der Katalysator in einem sich (schief) kegelförmig in Form eines Diffusors erweiternden Einlaßrohr oder in einem sich (schief)kegelförmig vom Einlaßrohr zum Schalldämpfer hin er weiternden Übergangsbereich gelegen ist, welcher Übergangsbereich mit einer Trennwand vom Schalldämpfer abgeteilt ist, sodaß der Katalysator von der Trennwand getragen ist, wobei der Katalysator zumindest mit ²/₃, vorzugsweise zumindest mit ¾, insbesondere mit zumindest ⁴/₅ seiner Länge von der Trennwand in den Übergangsbereich ragt. Eine Verbesserung des Anspringverhaltens (rasches Erreichen der Katalysator-Betriebs temperatur) ergibt sich, wenn bei Einzylindermotorrädern ein Vorkatalysator gleichen Aufbaus wie der Katalysator vorgesehen ist, der eine Querschnittsfläche von etwa 14 bis 43 cm², vorzugsweise 20 bis 34 cm², besitzt und in einem Abstand von etwa 200 bis 600 mm vom Zylinderauslaß angeordnet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Schalldämpferanlage,

Fig. 2 und 3 Schnitte durch weitere erfindungsgemäße Schalldämpferanlagen,

Fig. 3a und 3b Schnitte gemäß Fig. 3,

Fig. 4 und 5 Schnitte durch andere erfindungsgemäße Schalldämpferanlagen,

Fig. 6a, b und c Schnitte gemäß Fig. 5 und 6,

Fig. 7 eine weitere abgeänderte Ausführungsform und

Fig. 8a, 8b und 8c verschiedene Ausführungsdetails.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Schalldämpferanlage. Von nicht dargestellten Zylindern führen vier Krümmerrohre 2 mit Zylinderanschlußstücken 17 zu einem Sammelrohr 3, in dem ein Katalysator 1 angeordnet ist. In Fig. 1 ist diese Stelle allgemein mit I bezeichnet. Weitere vorteilhafte Orte zur Anordnung des Katalysators sind mit II (Fig. 2 und Fig. 5) und III (Fig. 3 und Fig. 4) angedeutete Stellen der Auspuffanlage. Das Sammelrohr 3 mündet in ein Einlaßrohr 4, das in den Schalldämpfer 5 mündet, der ein Auslaßrohr 10 mit Endauslaß 36 besitzt. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Katalysator 1 im Sammelrohr 3 angeordnet und die Krümmerrohre 2 und das Sammelrohr 3 sind nicht wärmeisoliert und auch nicht doppelwandig ausgeführt, da ansonsten die Temperatur der Auspuffgase, die zum Katalysator 1 gelangen, zu hoch wäre und dessen Lenbensdauer beeinträchtigen würde. Der Katalysator 1 liegt ferner an der Wand des Sammelrohres 3 an und kann um ein Überhitzen zu vermeiden, Wärme über das Sammelrohr 3 abgeben.

Zur Abschirmung des Motors bzw. der Ölwanne wird das Sammelrohr 3 mit einem im Abstand von ihm oder direkt an ihm angebrachten Hitze schutzschild umgeben.

Die weitere Ausbildung der Auspuffanlage ist serienmäßig, bis auf die spezielle Ausbildung des Schalldämpfers 5, welche später näher erläutert wird. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und den später beschriebenen Ausführungsformen können in das Sammelrohr 3 auch nur zwei oder auch nur ein Krümmungsrohr(e) 2 einmünden, d. h. es können vier Krümmerrohre 2 auf zwei Sammelrohre 3 aufgeteilt sein (4-Zylindermotorrad mit zwei Schalldämpfern), bei Einzylinder-Motorrädern mündet ein Krümmerrohr 2 in ein Sammelrohr 3 ein; in Abhängigkeit davon wird der Durchmesser des Sammelrohres bzw. des (der) Katalysators(en) 1 und allenfalls die Längserstreckung des (der) Katalysators(en) 1 gewählt.

Vorteilhafterweise kann auch bei einer Schalldämpferanlage, bei der ein Schalldämpfer 5 für alle vier Krümmerrohre 2 vorgesehen ist, der Katalysator 1 im Schalldämpfer 5 angeordnet werden (Fig. 3). Möglich ist es auch, wie es z. B. anhand einer Schalldämpferanlage, bei der die vier Krümmerrohre 2 auf zwei Sammelrohre 3 bzw. Schalldämpfer 5 aufgeteilt sind, in Fig. 2 gezeigt ist, die beiden Katalysatoren 1 jeweils in den jeweiligen Einlaßrohren 4 des Schalldämpfers 5 anzuordnen, insbesondere im vorderen, d. h. stromaufwärts, gelegenen Bereich des Einlaßrohres 4.

Bei einer Anordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, insbesondere also bei einer Anlage, bei der die Krümmerrohre 2 auf zwei Sammelrohre 3 aufgeteilt werden, wird jeweils ein Katalysator 1 in jedem Einlaßrohr 4 angeordnet, der einen Außendurchmesser von 60-75 mm, vorzugsweise von etwa 70 mm aufweist und vorteilhafterweise am Beginn des konischen oder zylindrischen Einlaßrohres 4 angeordnet ist. Die Länge des Katalysa tors beträgt hiebei etwa 40 bis 120 mm, vorzugsweise etwa 75 mm. Der Mindestabstand vom Zylinderauslaß 17 zum Anfang des Katalysators beträgt etwa 1000 mm, der Maximalabstand beträgt etwa 1300 mm.

Das Einlaßrohr 4 ist in diesem Fall bis zum stromabwärtigen Ende des Katalysators isoliert bzw. doppelwandig mit einer Außenwand 4′ und einer Innenwand 4′′ mit zwischenliegender Isolierung 4′′′ ausgeführt. Auch das strömungsaufwärts gelegene Sammelrohr 3 und gegebenenfalls die Krümmerrohre 2 können im vorliegenden Fall doppelwandig bzw. isoliert ausgeführt sein, um die Auspuffgase mit der für den Betrieb des Kataly sators 1 notwendigen Temperatur diesem zuführen zu können. Je weiter der Katalysator strömungsabwärts in der Schalldämpferanlage angeordnet ist, umso wichtiger ist die Wärmeisolierung zur Aufrechterhaltung der Be triebstemperatur bzw. zur Erzielung eines frühen Anspringverhaltens. Dazu kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, daß der Katalysator 1 unter Ausbildung eines Ringspaltes 6 im Einlaßrohr 4 angeordnet ist, in welchem Ringspalt die heißen Auspuffgase strömen; der Ringspalt 6 ist am stromabwärtigen Ende des Katalysators 1 geschlossen; der Katalysator 1 bzw. sein Träger sind in diesem Bereich mit dem Einlaßrohr 4 verbunden.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung des Katalysators 1 im Schalldämpfer 5. Um ein optimales Durchströmen und ganzflächiges Erwärmen des Katalysators zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Übergang 8 vom Einlaßrohr 4 zum Katalysator 1 bzw. Schalldämpferrohr 5 konisch bzw. kegelig gerundet ist. Der kegelige bzw. konische und isolierte Übergang 8 vom Einlaßrohr 4 zum Katalysator 1 ermöglicht ein optimales Durchströmen der Abgase auf der ganzen Fläche des Ka talysators, wodurch eine optimale Schadstoffreduzierung erreicht und die Abgasgegendruckerhöhung durch den Katalysator minimal wird, sodaß die Lebensdauer des Motors sowie die Motorleistung nicht negativ beeinflußt werden.

Wenn eine Ausführungsform gemäß Fig. 3 für eine Schalldämpferanlage eingesetzt wird, bei der alle vier Krümmerrohre 2 in ein Sammelrohr 3 einmünden, so kommt ein Katalysator zum Einsatz, dessen Durchmesser 80 mm bis 100 mm, vorzugsweise etwa 90 mm, beträgt. An dieser Stelle wird vermerkt, daß der Katalysator in allen Fällen kreisförmige, ovale, eckige bzw. vieleckigförmige oder andere Form haben kann. Wesentlich ist seine durchströmbare Fläche bzw. seine Querschnittsfläche und sein durch seine Länge bestimmtes Volumen. Die Länge des Katalysators 1 beträgt bei einer Anordnung gemäß Fig. 3 zwischen 40 mm bis 120 mm, vorzugsweise etwa 75 mm.

Wie auch bei den anderen Ausführungsformen, besteht die Katalysatorbeschichtung aus einer Platin-Rhodiumlegierung, bei der Platin und Rhodium im Verhältnis von 5 : 1 vorhanden sind, wobei die Edelmetallauflage im Bereich von 1,6 bis 2,3 g/dm³, vorzugsweise bei etwa 2,1 g/dm³, liegt. Die Zellenzahl der eingesetzten Katalysatoren beträgt 15 bis 60 Zellen/cm², vorzugsweise 25 bis 35 Zellen/cm².

Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die Krümmerrohre 2, das Sammelrohr 3, das Einlaßrohr 4 und das Schalldämpferrohr 5, letzteres auf jeden Fall bis zum stromabwärtigen Ende des Katalysators 1, vorteilhafterweise jedoch über seine ganze Länge doppelwandig und isoliert ausgebildet. Der Raum zwischen der Außenwand 5′ und der Innenwand 5′′ des Schalldämpfers 5 ist mit entsprechendem Isoliermaterial 5′′′ gefüllt; der Katalysator 1 ist überdies unter Ausbildung eines Ringspaltes 6 im Schalldämpferrohr 5 angeordnet, wobei der Ringspalt 6 am stromabwärts gelegenen Ende des Katalysators 1 abgeschlossen ist.

Der Abstand zwischen dem Katalysator 1 und dem ihn umgebenden Rohr bzw. der Rohrinnenwand 5′′ beträgt etwa 0,5 mm-2 mm, vorzugsweise 1 mm, sodaß ein rasches Erwärmen und Anspringen des Katalysators 1 gewährleistet ist, ohne die Abgasströmungsgeschwindigkeiten wesentlich zu verringern bzw. die Leistung des Motors negativ zu beeinflussen. Der Ringspalt 6 zwischen dem Katalysator 1 und der Innenwand 4′′ des Einlaßrohres 4 bzw. der Innenwand 5′′ des Schalldämpferrohres 5 kann aus Befestigungsgründen bis maximal 20% seines Umfangs mit Befestigungseinrichtungen, z. B. Trägern unterbrochen werden; diese Verbindung läßt jedoch zu, daß immer genügend heißes Abgas in den Ringspalt 6 einströmt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist es vorteilhaft, den Min destabstand des Katalysatoreinlasses vom Zylinderauslaß 17 in einem Min destabstand von 500 mm und in einem Maximalabstand von 1500 mm, je nach der Isolierung der Rohre vom Zylinderauslaß bis zum Katalysator 1, auszubilden.

Es wird ferner bemerkt, daß das Sammelrohr 3 und/oder das Einlaß rohr 4 zylindrisch oder kegelförmig ausgebildet sein können.

Wenn man, insbesondere bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3, den Katalysator 1 bis zu einem Abstand von maximal 650 mm, gemessen vom Zylinderauslaß 17 bis zum Anfang des Katalysators 1 anordnet, ist eine doppelwandige Ausführung der vier Krümmerrohre 2 für die Dauerbelastung des Katalysators 1 nicht gut geeignet, d. h., die Rohre sind einwandig, insbesondere nicht wärmeisoliert auszubilden, um die Wärmeabstrahlung zur Reduktion der Temperatur der Abgase zu verwenden, um so den Katalysator auf seiner Arbeitstemperatur betreiben zu können. Dabei sollte der Mindestquerschnitt jedes der vier Krümmerrohre 2 einen Durchmesser von 32 mm nicht unterschreiten und einen Durchmesser von 38 mm nicht überschreiten, um das optimale Arbeiten des Katalysators zu gewährleisten. In diesem Zusammenhang wird bemerkt, daß derartige Durchmesserangaben immer auf die nötigen Querschnittsflächen umgerechnet werden können, welche Querschnittsflächen bei z. B. nicht kreisförmigem Querschnitt der Krümmerrohre der Bemessung der Rohre zugrunde gelegt werden.

Wird bei einer Ausführungsform gemäß Fig. 3 der Abstand des Kataly sators größer als 650 mm, gemessen vom Zylinderauslaß 17 bis zum Anfang des Katalysators 1 gewählt, so soll bei einer derartigen Anordnung eine zumindest teilweise doppelwandige und/oder isolierte Ausführung der Krümmerrohre 2 und des Sammelrohres 3 vorgenommen werden.

Der Katalysator wirkt auch mit der Schalldämpfereinrichtung, die sich im Schalldämpfer 5 befindet, zusammen und unterstützt eine geräuscharme Ausströmung der Auspuffgase.

Der in Fig. 2 und 3 dargestellte Schalldämpfer 5 umfaßt in seinem Inneren zwei Kammern 18, 19, die durch Anordnung entsprechender Trennwände 20, 21 im Schalldämpferrohr 5 ausgebildet sind. Fig. 3a zeigt einen Schnitt durch den Schalldämpfer 5 längs Linie AA und Fig. 3b eine Ansicht längs Linie BB. Dem Einlaßrohr 4 gegenüber liegen, wie auch in Fig. 3a und 3b dargestellt, Einlaßrohre 13, 14 und 15, wobei das Einlaßrohr 15 in die strömungsabwärts direkt hinter der Trennwand 20 liegende Kammer 19 führt und die Einlaßrohre 13 und 14 in die weiter strömungsabwärts gelegene Kammer 18 führen. Wie in Fig. 3 angedeutet, strömen die Gase aus dem Rohr 15 bzw. der Kammer 19 direkt in das ins Freie führende Auslaßrohr 10, während die in die Rohre 13 und 14 eintretenden Auspuffgase durch die Kammer 18 und über Rohre 11 und 12 bzw. 16 in die Kammer 19 rückgeführt werden und aus der Kammer 19 in das Auslaßrohr 10 strömen. Die Rohre 11 bis 16 liegen im wesentlichen parallel zueinander; ihre Öffnungen sind zueinander versetzt angeordnet.

Wird der Katalysator 1 im Einlaßrohr 4 angeordnet (Fig. 2), so ragen die Rohre 13 und 14 bis etwa zur Mitte des Abstandes zwischen der Trennwand 20 und dem Anschluß des Einlaßrohres 4 vor, wobei eines der beiden Rohre etwas kürzer ausgebildet ist als das andere. Ist dagegen der Katalysator 1 im Schalldämpferrohr 5 (Fig. 3) selbst angeordnet, so ragen die Rohre 13 und 14 nur geringfügig über die Trennwand 20 vor und sind gleich lang mit dem Rohr 15.

Vorteilhaft wird im Inneren des Auslaßrohres 10 ein Gitterrohr 22 angeordnet, das mit Öffnungen 23 versehen ist; zwischen dem Innenrohr 22 und dem Auslaßrohr 10 ist eine warmfeste Fasermaterialmatte 24 zur Schalldämmung angeordnet.

Fig. 4 und 5 zeigen die Anordnung von Katalysatoren 1 in Verbindung mit weiteren Auspuffanlagen, wobei insbesondere durch den Einbau der Katalysatoren 1 die Schalldämmung dieser Schalldämpfer optimiert werden kann. Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Schalldämpferanlage, welche in den Fig. 6a, 6b und 6c in entsprechenden Schnitten III-III bzw. IV-IV bzw. V-V dargestellt ist, besitzt eine oder eine Anzahl von im Schalldämpferrohr 5 hintereinander angeordneten Resonatorkammern 19, von denen im vorliegenden Fall nur eine gezeigt ist. Dieser einen oder den mehreren Resonatorkammern 19 stromabwärts folgt eine Resonatorendkammer 18, an die sich eine Gegenstromkammer 34 stromab anschließt. Diese Kammern werden von entsprechenden Trennwänden 20, 21 und 25 begrenzt. Die Trennwand 20 trägt Strömungsrohre 26, die stromaufwärts in Richtung auf die stromabwärts gelegene Katalysatorfläche nur geringfügig über die Fläche der Trennwand 20 vortreten. In die Resonatorkammer 19 ragen die Strömungsrohre 26 so weit, daß sie mit ihren Enden gegenüber den Enden von weiteren Strömungsrohren 27 versetzt angeordnet sind. Die Strömungsrohre 27 durchsetzen die Trennwand 21 bzw. weitere Strömungsrohre durchsetzen weitere Trennwände 21 und münden stromabwärts in die Resonatorkammer 18, von der das Auspuffrohr 10 austritt, das von einem inneren Begrenzungsrohr 30 im Abstand angeordnet ist und durch nicht dargestellte Halter in entsprechender Lage gehalten ist. Im stromaufwärts gelegenen Ende des Auspuffrohres 10 sind Öffnungen 28 ausgebildet, die ins Innere der Kammer 18 führen. In der Trennwand 25 sind Öffnungen 29 ausgebildet, die eine Schalldämpfung des von den Überstromrohren 27 in die Kammer 18 gelieferten Abgase in der Gegenstromkammer 34 bewirken.

Auch bei diesen Schalldämpferanlagen ist es möglich, das Austritts rohr 10 zu isolieren bzw. weiteres schalldämmendes Material anzuordnen, so wie es in den Fig. 3 und 3a dargestellt ist. Gemäß diesen Fig. wird im Inneren des Austrittsrohres 10 ein Innenrohr 22 angeordnet, das gelocht bzw. mit Öffnungen 23 versehen ist. Dieses Gitter bzw. Netz bildet mit dem Austrittsrohr 10 einen Zwischenraum, in dem Schalldämpfermaterial 23 angeordnet ist, das z. B. von entsprechenden Mineralfasern, Keramikmatten, Edelstahlwolle od. dgl. gebildet ist.

Gemäß Fig. 4 wird der Katalysator 1, der unter Ausbildung eines Ringspaltes 6 im Schalldämpferrohr 5 angeordnet ist, von drei Strömungsrohren 31 beaufschlagt, deren Endbereiche in einer Trennwand 33 gehalten sind. Die drei Strömungsrohre 31 sind mit dem Einlaßrohr 4 verbunden.

Fig. 5 zeigt eine Anordnung, bei der der Katalysator 1 von einer Trennwand 35 gehalten ist und mit dem Großteil seines Volumens in den konischen bzw. kegeligen Übergangsbereich 32 ragt, der zwischen dem Schalldämpferrohr 5 und dem Einlaßrohr 4 ausgebildet ist. Man erkennt, daß um den Katalysator 1 ein Ringspalt 6′ ausgebildet ist, der dazu dient, die Auspuffgase um den Katalysator 1 strömen zu lassen, um diesen auf der erforderlichen Betriebstemperatur zu halten. Wie in diesem Fall so auch in allen anderen Fällen, wird der Katalysator durch seine beiden Eintrittsöffnungen durchströmt, während eine Durchströmung von seiner Seitenwand her nicht vorgesehen ist.

Wesentlich ist es ferner, daß die Abstände zwischen den Katalysatorendflächen und den stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Strömungsrohren entsprechend gewählt sind, sodaß optimale Strömungsbedingungen gewährleistet werden. Dazu ist es zweckmäßig, wenn zwischen dem Katalysator und den stromauf- und/oder stromabwärts gelegenen Abgas führenden Rohren, insbesondere der Einmündung des Einlaßrohres, ein Abstand liegt, der zumindest einem Drittel, vorzugsweise der Hälfte des Durchmessers des Katalysators entspricht.

Optimale Abgasentgiftung wird erzielt, wenn bei Einzylinder-Motorrädern ein Vorkatalysator gleichen Aufbaus wie der Katalysator vorgesehen ist, der eine Querschnittsfläche von etwa 14 bis 43 cm², vorzugsweise 20 bis 34 cm², besitzt und in einem Abstand von etwa 200 bis 600 mm vom Zylinderauslaß angeordnet ist. Damit wird das Anspringverhalten des Katalysators bei Einzylinder-Motorrädern wesentlich beschleunigt. Dieser Vorkatalysator 34 kann wie in Fig. 1 punktiert angedeutet ist, im Sammelrohr 3, insbesondere in dessen krümmungsaufwärts gelegenen Bereich angeordnet werden.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer Schalldämpferanlage, die sowohl mit Katalysator als auch ohne Katalysator vorteilhaft betrieben werden kann. Diese Schalldämpferanlage umfaßt Krümmerrohre 2, die in ihrem Endbereich, mit dem sie in das Sammelrohr 3 einmünden, einen verjüngten Querschnittsbereich aufweisen. Das Sammelrohr 3 kann verschiedene Querschnittsform besitzen, z. B. wie in Fig. 7 gezeigt, langgestreckt bzw. flach ausgebildet sein, bzw. wie in Fig. 8b gezeigt, zylinderförmig ausgebildet sein. Zur Ausbildung der Verjüngung der Enden der Krümmerrohre 2 können diese z. B. einstückig abgenommene Endbereiche besitzen, wie es z. B. in Fig. 8c dargestellt ist, oder in die Enden der Krümmerrohre 2 werden Einsatzstücke 37, vorteilhafterweise Rohr stücke, eingeschoben, die die entsprechende Querschnittsverjüngung be wirken.

Sammelrohre 3′, wie in Fig. 7 dargestellt, dienen insbesondere zur Aufnahme von mit nebeneinanderliegenden Enden angeordneten Krümmerrohren 2. Die Enden der Krümmerrohre 2 können jedoch auch paarweise übereinander bzw. untereinanderliegend angeordnet werden, wobei vorteilhafterweise die waagrechten Reihen von den beiden bezüglich des Motorblocks außenliegenden Krümmerrohren und von den beiden innen liegenden Krümmerrohren ausgebildet sind (Fig. 8b).

Fig. 8a zeigt eine Ausführungsform, bei der in die Enden der Krümmer rohre 2 ein Rohrstück 37 eingeschoben ist, wobei das Rohrstück um eine gewisse Länge in das Krümmerrohr 2 eingeschoben ist und um eine gewisse Länge (b) in das Sammelrohr 3 bzw. 3′ hineinragt. Durch diese Anordnung ergeben sich ausgesprochen gute schalldämpfende Eigenschaften bzw. wer den bei der allfälligen Verwendung eines Katalysators durch die abgeänderten Strömungsverhältnisse dessen Wirkungsgrad verbessert.

Gute Ergebnisse werden erzielt, wenn der verjüngte Abschnitt 37 der Krümmerrohre 2 mit etwa 30 bis 60%, vorzugsweise 40 bis 50%, seiner Länge in das Sammelrohr 3 freistehend hineinragt, bzw. wenn der verjüngte Abschnitt 37 eine Länge (a+b) von 60 bis 140 mm, vorzugsweise von 70 bis 90 mm, besitzt. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das Krümmerrohr 2 im verjüngten Bereich 37 eine Querschnittsreduktion um 15 bis 35%, vorzugsweise um 20 bis 30%, besitzt. Die Länge eines derartigen Einsatzstückes (37) bzw. des verjüngten Bereiches beträgt ungefähr 60 bis 140 mm, vorzugsweise etwa 80 mm. Von dieser Länge sind etwa 40 bis 80 mm, vorzugsweise 50 mm, dem Krümmerrohr 2 zugeordnet und ein Bereich von etwa 20 bis 60 mm, vorzugsweise von etwa 40 mm, ragt frei, so wie in Fig. 8a und 8c dargestellt, in das Sammelrohr 3 bzw. 3′. Der Durchmesser der Krümmerrohre 2 beträgt je nach der Motorradtype etwa 35 oder 38 oder 40 mm, wobei der Durchmesser der Verjüngung vorteilhafterweise entsprechend 30, 32 bzw. 35 mm beträgt.

Claims

1. Schalldämpferanlage für Vier-Takt-Motorräder, vorzugsweise mit einem oder vier Zylindern, insbesondere für Motorräder bis 1300 cm³ und einer Höchstleistung von 150 PS, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schadstoffreduzierung der Auspuffgase im Strömungsweg der Auspuffgase in dem an die Krümmerrohre (2) angeschlossenen Sammelrohr (3) oder im Einlaßrohr (4) oder im Schalldämpfer (5) vor den Dämpferrohren (11 bis 16) zumindest ein beschichteter Metallkatalysator (1) angeordnet ist, der 15 bis 60 Zellen/cm², vorzugsweise 25 bis 35 Zellen/cm², aufweist, mit einer Platin-Rhodiumauflage von 1,6 bis 2,3 g/dm³, vorzugsweise 2 bis 2,2 g/dm³, bei einem Verhältnis von Platin zu Rhodium von etwa 5 zu 1 überzogen ist und eine, den Strömungsquerschnitt füllende Längserstreckung von 40 bis 120 mm, vorzugsweise von 65 bis 85 mm, besitzt, wobei der (die) Katalysator(en) (1) bei Einzylindermotorrädern in einem Mindestabstand von 200 mm, bei Mehrzylindermotorrädern in einem Mindestabstand von 500 mm, vorzugsweise von 650 mm, und einem Maximalabstand von 1600 mm, vorzugsweise von 1300 bis 1500 mm, vom Zylinderauslaß (17) entfernt angeordnet ist (sind).

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung eines einzigen Schalldämpfers (5) für die vier Krümmerrohre (2) von vier Zylindern die Querschnittsfläche des Katalysators (1) 45 bis 80 cm², vorzugsweise 57 bis 67 cm², beträgt oder daß bei Aufteilung der vier Krümmerrohre (2) von vier Zylindern auf zwei Schalldämpfer (5) oder bei einem Schalldämpfer für Einzylindermotorräder die Quer schnittsfläche jedes bzw. des Katalysators (1) 27 bis 43 cm², vorzugs weise 34 bis 38 cm², beträgt.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung des Katalysators (1) in dem bzw. den das bzw. die Krümmer rohr(e) (2) angeschlossenen Sammelrohr(en) (3) in einem Abstand von 200 mm bis zu 650 mm vom Zylinderauslaß (17) entfernt die Krümmerrohre (2) nicht isoliert bzw. einwandig ausgeführt sind.

4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmerrohre (2) und/oder das Sammelrohr (3) und/oder das Einlaßrohr (4) und/oder der Schalldämpfer (5) vom Zylinderauslaß (17) zumindest bis zum strömungsabwärts gelegenen Ende des Katalysators (1) doppelwandig und/oder isoliert ausgeführt sind.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) unter Ausbildung eines 0,5 bis 5 mm, insbesondere 1 bis 2 mm, dicken, im strömungsabwärts gelegenen Endbe reich des Katalysators (1) abgeschlossenen Ringspaltes (6) im Sammelrohr (3), im Einlaßrohr (4) oder im Schalldämpfer (5) angeordnet ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Mehrzylindermotorrädern der Durchmesser der Krümmerrohre (2) zwischen 30 bis 40 mm, vorzugsweise zwischen 32 bis 38 mm und bei Ein zylindermotorrädern zwischen 30 bis 48 mm, vorzugsweise zwischen 32 bis 45 mm, liegt.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Einlaßrohr (4) in den Schalldämpfer (5) zum Kata lysator (1) hin kegelförmig erweitert ist.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) im Anfangsbereich des Einlaßrohres (4) angeord net ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßrohr (4) in Strömungsrichtung zumindest bis zum strö mungsabwärts gelegenen Ende des Katalysators (1) doppelwandig und/oder isoliert ausgeführt ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldämpfer (5) eine Anzahl von gegeneinander und in Strömungsrichtung versetzt angeordneten Dämpfungsrohren (11 bis 16) aufweist, wobei drei Rohre (13, 14, 15) zur Aufnahme der durch den Katalysator (1) geleiteten Auspuffgase vorgesehen sind, wobei zwei dieser Rohre in eine Kammer (18) münden, die neben bzw. parallel zu diesen Rohren (13, 14, 15) angeordnete weitere Rohre (11, 12, 16) mit einer strömungsaufwärts gelegenen weiteren Kammer (19) verbunden ist, von welcher Kammer (19) das Auspuffrohr (10) durch die Kammer (18) und parallel bzw. neben den Rohren (13, 14, 15) und den weiteren Rohren (11, 12, 16) ins Freie geführt ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anord nung des Katalysators (1) im Schalldämpfer (5) die strömungsaufwärts gelegenen Enden der Rohre (13, 14, 15) im wesentlichen auf gleicher Höhe liegen und die dem strömungsabwärtigen Ende des Katalysators (1) gegenüberliegende Querwand (20) der Kammer (19) nur geringfügig überragen.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßrohr (4) in eine Anzahl von Strömungsrohren (31) aufgeteilt ist, die gegenüber dem Katalysator (1) münden, daß stromabwärts des Katalysators (1) zumindest eine Resonatorkammer (19) gelegen ist, von deren einander genüberliegenden Trennwänden (20, 21) in diese Kammern (19) hineinragende Überstromrohre (26, 27) getragen sind, die seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind und einander vorzugsweise um einen Betrag von etwa 10% der Länge der verlängerter Resonatorkammer (19) überlappen und daß die in Strö mungsrichtung der Abgase letzte Resonatorkammer (18) im Schalldämpfer (5) außer mit dem Abgasaustrittsrohr (10) auch über Öffnungen (29), in der diese Kammer (18) stromabwärts begrenzenden Trennwand (25) mit einer Gegenstromkammer (34) verbunden ist.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuffrohr (10) an seiner Innenwand mit einem gelochten Innenrohr (22) versehen ist, wobei in dem Zwischenraum zwischen dem Innenrohr (22) und dem Auspuffrohr (10) hitzefestes Dämmaterial (23), insbesondere eine Keramikplatte, Mineralstoffasern oder Edelstahlwolle eingelegt ist.

14. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einzylindermotorrädern ein Vorkatalysator (34) gleichen Aufbaus wie der Katalysator (1) vorgesehen ist, der eine Querschnittsfläche von etwa 14 bis 43 cm², vorzugsweise 20 bis 34 cm², besitzt und in einem Abstand von etwa 200 bis 600 mm vom Zylinderauslaß angeordnet ist.

15. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) in einem sich (schief)kegelförmig in Form eines Diffusors erweiternden Einlaßrohr (4) oder in einem sich (schief)kegelförmig vom Einlaßrohr (4) zum Schalldämpfer (5) hin erweiternden Übergangsbereich (32) gelegen ist, welcher Übergangsbereich (32) mit einer Trennwand (35) vom Schalldämpfer (5) abgeteilt ist, und daß der Katalysator (1) von der Trennwand (35) getragen ist.

16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Über gangsbereich (32) doppelwandig und/oder isoliert ausgeführt ist.

17. Anlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zumindest mit ²/₃, vorzugsweise zumindest mit ¾, insbesondere mit zumindest ⁴/₅ seiner Länge von der Trennwand (35) in den Übergangsbereich (32) ragt.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Katalysator (1) und den stromauf- und/oder stromabwärts gelegenen Abgas führenden Rohren, insbesondere der Einmündung des Einlaßrohres (4), ein Abstand liegt, der zumindest einem Drittel, vorzugsweise der Hälfte des Durchmessers des Katalysators (1) entspricht.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) in Bezug auf die Trennwand (35) in Richtung auf das Einlaßrohr (4) bzw. die Abgasrohre (31) hinweisend geneigt angeordnet ist.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelrohr (3) zumindest im Bereich des Katalysators (1) mit einem zumindest den oberen äußeren Teil des Sammelrohres (23) abdeckenden Hitzeschild (37) umgeben ist.

21. Schalldämpferanlage für Viertaktmotorräder, vorzugsweise mit einem oder vier Zylindern, insbesondere für Motorräder bis 1300 cm³ und einer Höchstleistung von 150 PS, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmerrohre (2) im Bereich ihrer in das Sammelrohr (3) einmündenden Enden einen verjüngten Querschnittsbereich (a+b) aufweisen, wobei gegebenenfalls der verjüngte Querschnittsbereich von einem in den Endbereich eines Krümmerrohres (2) eingeführten Rohrstück (37) oder einem einstückig am Krümmerrohr (2) ausgebildeten verjüngten Endbereich gebildet ist.

22. Anlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Krümmerrohr (2) mit dem verjüngten Endbereich in das Sammelrohr (3, 3′) ragt und/oder das Sammelrohr (3, 3′) bzw. dessen Ende im Bereich der Verjüngung (37) mit dem Krümmerrohr (2) verbunden ist.

23. Anlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche der Krümmerrohre (2) nebeneinander angeordnet sind und die verjüngten Bereiche (37) insbesondere zum Teil in ein flach ausgebildetes, gegebenenfalls sich verjüngendes Sammelrohr (3) ragen, oder daß bei vier Krümmerrohren die Krümmerrohre (2) paarweise nebeneinander und übereinander angeordnet sind und durch eine die vier Krümmerrohre insbesondere im Bereich der Verjüngung (37) um fassende Endwand in das Sammelrohr (3) ragen.

24. Anlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der ver jüngte Abschnitt (37) der Krümmerrohre (2) mit etwa 30 bis 60%, vorzugsweise 40 bis 50%, seiner Länge in das Sammelrohr (3) freistehend hineinragt und/oder daß der verjüngte Abschnitt (37) eine Länge von 60 bis 140 mm, vorzugsweise von 70 bis 90 mm, besitzt.

25. Anlage nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Krümmerrohr (2) im verjüngten Bereich (37) eine Quer schnittsreduktion um 15 bis 35%, vorzugsweise um 20 bis 30%, besitzt.

26. Anlage, insbesondere nach einem der Ansprüche 23 bis 25, da durch gekennzeichnet, daß die Verjüngungen (37) dieselbe Querschnittsform, insbesondere kreisförmigen Querschnitt, wie die Krümmerrohre (2) besitzen.