DE4407088A1 - Außenliegender Katalysator für kleine Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auspufftopfanlage für ei­ ne Abgasanlage einer kleinen Brennkraftmaschine, und insbe­ sondere auf einen Katalysator für Zwei- oder Viertaktmotoren, die einen bzw. zwei Zylinder aufweisen, die so ausgelegt sind, daß Zusatzluft in den Katalysator eingeleitet wird.

Zur Verminderung schädlicher Kohlenwasserstoffe, von Kohlen­ monoxid- und Stickoxidanteilen im Abgas wird bekanntlich ein Katalysator eingesetzt, der in der Abgasanlage des Motors auf der Anströmseite eines Auspufftopfes angeordnet ist. Auch ist die Zuführung von Nebenluft in die Abgasanlage auf der An­ strömseite des Katalysators bekannt, um so die Oxidierung un­ verbrannter Kohlenwasserstoffe und der Kohlenmonoxidanteile im Abgas zu fördern und dabei die Abgabe dieser schädlichen Bestandteile an die Atmosphäre zu verringern.

Die Vorrichtung zur Zuführung von Zusatzluft weist im allge­ meinen eine von zwei unterschiedlichen Konstruktionsarten auf. Bei der ersten Konstruktion ist eine motorbetriebene Luftpumpe, beispielsweise eine Leitungspumpe mit Riemenan­ trieb, auf einem herkömmlichen Verbrennungsmotor so ange­ bracht, daß sie über einen Luftzuführkrümmer in den Auspuff­ krümmer des Motors Druckluft preßt. Es wurde alternativ hier­ zu auch vorgeschlagen, im Auspuffkrümmer von Kraftfahrzeugmo­ toren Maßnahmen zur intermittierenden Abgabe von Abgasen vor­ zusehen, um auf der Anströmseite eines Katalysators Zusatz­ luft in die Abgasanlage einzuspritzen.

Insbesondere ist die Verwendung von Außenluft aus der Atmo­ sphäre als Nebenluft bekannt, die auf der Anströmseite eines Katalysators unter Einsatz eines Membran-Absperrventils in die Abgasanlage eingeleitet wird, wobei dieses Ventil durch die Wirkung der intermittierenden Abgasdruckstöße, die im Auspuffkrümmer erzeugt werden, betätigt wird. Die motorbe­ triebene Luftpumpe hat den Vorteil, daß sie Zusatzluft in je­ der veränderlichen Menge in die Abgasanlage zuführen kann, während die Anlagen, die mit einer Pumpwirkung arbeiten, die durch pulsierende Abgasstöße herbeigeführt wird, den Vorteil aufweist, daß man die Zusatzluftzufuhr mit einer relativ ein­ fachen und kostengünstigen Konstruktion erzielen kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten und wirtschaftlichen Katalysator für kleine Ver­ brennungsmotoren zu schaffen, wobei auch die Vorrichtungen zur Zuführung von Nebenluft direkt in den Katalysator einbe­ ziehbar sind und damit die Größe des Auspufftopfes nicht nen­ nenswert erweitern oder das Motorgewicht merklich erhöhen. Darüberhinaus soll die Luftzuführvorrichtung selbsttätig ar­ beiten, d. h. durch die im Auspufftopf auftretenden Abgasstöße so betätigbar sein, daß es seine Pumpwirkung entfaltet, wes­ halb die Motorleistung nicht wie im Falle von Luftpumpen mit Riemenantrieb verringert wird. Dabei benötigt diese Konstruk­ tion keine externe Versorgungsquelle für mechanische oder elektrische Energie.

Diese Aufgabe wird mit einer Auspufftopfanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sie folgendes aufweist:

• - ein hohles Auspufftopfteil mit einem Abgaseinlaß und einem Abgasauslaß;
• - einen Katalysator mit einer außerhalb des Auspufftopfteiles angeordneten Katalysatoreinrichtung zum Oxidieren und Redu­ zieren der Abgasbestandteile im Anschluß an deren Austrag aus dem Abgasauslaß; und
• - eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Katalysa­ tors am Abgasauslaß auf dem Auspufftopfteil.

Somit ist auf dem Abgasauslaß eines Auspufftopfes bei einem Zwei- oder Viertaktmotor, der einen bzw. zwei Zylinder auf­ weist und beispielsweise für Rasenmäher und Gartengeräte ver­ wendet wird, ein Katalysator angebracht. Der Katalysator be­ findet sich außerhalb des Auspufftopfteiles im Strömungsweg der Abgase und dient dazu, die Abgasbestandteile im Anschluß an deren Austrag aus dem Auspufftopf zu oxidieren und zu re­ duzieren.

Auf der Anströmseite des Katalysators innerhalb der Katalysa­ toranlage wird Zusatzluft dadurch zugeführt, daß der Kataly­ sator so angeordnet wird, daß zwischen diesem und dem Aus­ pufftopfteil ein Spalt belassen wird. Alternativ wird die Zu­ satzluft durch mindestens eine Öffnung zugeführt, die auf der Anströmseite des Katalysators in der Katalysatoranlage ausge­ bildet ist und die Verbindung zwischen dem Innenraum des Ka­ talysators und der Atmosphäre herstellt. Jeder Öffnung kann ein Membranventil zugeordnet werden, das im Ansprechen auf pulsierende Abgasdruckstöße so betätigbar ist, daß es zwi­ schen einer normalerweise geschlossenen Stellung und einer geöffneten Stellung umgeschaltet wird, in welcher es Umge­ bungsluft in den Innenraum des Katalysators auf der Anström­ seite des Katalysatormaterials einströmen läßt.

Anhand der nachstehenden Beschreibung wird nun die derzeit als günstigste angesehene Möglichkeit der Ausführung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Brennkraftmaschine im Auf­ riß, welche eine Auspufftopfanlage mit einem gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung aufgebau­ ten Katalysator aufweist;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt in der Ebene entlang der Linie 2-2 aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 mit der Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der aus Auspuff­ topf und Katalysator bestehenden Baugruppe;

Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 und 3 mit der Dar­ stellung eines dritten Ausführungsbeispiels der aus Auspufftopf und Katalysator bestehenden Baugruppe;

Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 bis 4, mit der Dar­ stellung eines vierten Ausführungsbeispiels der aus Auspufftopf und Katalysator bestehenden Baugruppe;

Fig. 6 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht im Aufriß und im Schnitt durch einen Katalysator ähnlich dem in

Fig. 4 dargestellten, der hier auf einem Abgasauslaß­ rohr eines zylindrisch geformten Auspufftopfes fest­ gespannt ist;

Fig. 7 einen fragmentarischen Querschnitt ähnlich Fig. 4 bis 5, mit der Darstellung eines fünften Ausführungsbei­ spiels der aus Auspufftopf und Katalysator bestehen­ den Baugruppe; und

Fig. 8 eine vergrößerte fragmentarische Querschnittsansicht der Konstruktion zur Zuführung von Zusatzluft zum Ka­ talysator gemäß Fig. 7.

Es wird nun auf die Zeichnung Bezug genommen, in welcher Fig. 1 einen Verbrennungsmotor zeigt, der ganz allgemein mit dem Bezugszeichen 1 angegeben ist und eine erfindungsgemäße Bau­ gruppe mit Auspufftopf aufweist. Die Auspufftopfbaugruppe weist einen Auspufftopf 2 und einen Katalysator 3 auf, der auf dessen Außenseite angebracht ist. Wie die Zeichnung zeigt, ist der Motor 1 ein Zwei- oder Viertaktmotor mit ver­ gleichsweise geringer Leistung, d. h. mit einer Leistung von weniger als 14,914 kW (20 hp), und der einen oder zwei Zylin­ der aufweist. Hierbei handelt es sich um einen Motor, wie er typischerweise in Verbindung mit Rasenpflege- und Gartengerä­ ten wie Rasenmähern, Bodenfräsern mit Rotor, Generatoren, Pumpen und dergleichen, verwendet werden könnte.

Der Motor 1 weist eine Kurbelwelle 4 auf, die in herkömmli­ cher Weise durch eine (nicht dargestellte) Anordnung von Kol­ ben und Zylinder angetrieben wird und deren Geschwindigkeit über eine Drosselmechanik beeinflußt wird. Zur Drosselmecha­ nik gehört ein Steuerseil, das im typischen Fall zu einer (nicht dargestellten Ballen- und Griffanordnung führt, über das der das Gerät Bedienende die Geschwindigkeit des Motors 1 erhöht oder verringert.

In Fig. 2 ist nun die Auspufftopfbaugruppe in weiteren Ein­ zelheiten dargestellt. Diese Baugruppe umfaßt einen Auspuff­ topf 2 mit einem Abgaseinlaß 7, der an den Abgasauslaß des (nicht dargestellten) Zylinderkopfes des Motors 1 angeschlos­ sen ist. Der Auspufftopf 2 besteht aus einem zweiteiligen Ge­ häuse, das aus einem schalenförmigen Korpus 8 und einem Dec­ kel 9 besteht, die beide mit Hilfe einer umlaufenden Stau­ chung bzw. Bördelung 10 aneinander befestigt sind. Der Korpus 8 und der Deckel 9 umschließen eine innenliegende Kammer, die gegebenenfalls zahlreiche Leiteinrichtungen und/oder Kammern zur Schalldämpfung enthält, wie dies bisher auch üblich war.

Des weiteren weist der Auspufftopf 2 auch einen in der vorde­ ren flachen Wandung 11a des Deckels 9 ausgebildeten Abgasaus­ laß auf, der aus einer Vielzahl von Löchern 11 besteht, die darin einen Siebwandbereich bilden. Der von den Löchern 11 gebildete Siebwandbereich 11a erzeugt einen auf die Abgase wirkenden Gegen- bzw. Rückstaudruck und veranlaßt deren gleichmäßige Verteilung über die Fläche des mit Katalysator­ material beschichteten Elements 18. Auch wenn hier der Abgas­ auslaß in Form eines Siebwandbereichs des Deckels 9 darge­ stellt wurde, kann er genauso gut auch in anderer Form vorge­ sehen sein, beispielsweise in Form eines Rohres, das entweder bündig abschließt oder vom Auspufftopf 2 aus nach außen vor­ steht.

Wie in Fig. 2 am deutlichsten zu erkennen ist, ist der Kata­ lysator 3 außerhalb des Auspufftopfes 2 angeordnet; er dient dazu, die unverbrannten Abgasbestandteile wie Kohlenwasser­ stoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide im Anschluß an deren Ab­ gabe aus den Auslaßlöchern 11 zu oxidieren und zu reduzieren. Damit befindet sich der Katalysator auf der Abströmseite des Auslasses 11 und im Strömungsweg der Abgase bei deren Aus­ tritt aus dem Auspufftopf 2. Der Katalysator 3 hat die Form eines hohlen Gehäuses, in welchem eine innenliegende Ringkam­ mer 12 umschlossen ist. Die Kammer 12 weist eine anströmsei­ tige Öffnung 13 auf, die mit den Auslaßlöchern 11 in Verbin­ dung steht und von einem auswärts gebogenen umlaufenden Flansch 14 abgeschlossen wird, sowie eine abströmseitige Öff­ nung 15.

Wie Fig. 2 zeigt, wird die Öffnung 15 von einem axial verlau­ fenden Bund 16 umschlossen, doch kann die Öffnung 15 auch mit einem seitlichen Auslaß, mit Schlitzen und Klappen oder durch andere Vorkehrungen abgeschlossen werden. Der Katalysator ist auf dem Auspufftopf 2 mit Hilfe von Befestigungsmitteln wie beispielsweise vier Blechschrauben 17 befestigt, die durch den Flansch 14 in die Vorderwandung des Deckels 9 eingeführt werden. Der Katalysator 3 kann in allgemein bekannter Weise auf dem Auspufftopf 2 auch durch andere günstige Vorkehrungen befestigt werden, beispielsweise durch Verschweißen, Vernie­ ten, mit Klebstoffen oder dergleichen. Gemäß Fig. 2 liegt der Flansch 14 dicht gegen die Vorderwandung des Deckels 9 so an, daß die gesamten Abgase durch den Katalysator 3 geführt wer­ den, ohne Zufuhr von Zusatzluft, da die anströmseitige Öff­ nung 13 und die abströmseitige Öffnung 15 die einzigen Öff­ nungen im Katalysator 3 sind. Je nach Motorkonstruktion, Mot­ orgröße und -leistung ist die Zufuhr von zusätzlicher Luft in den Katalysator 3 zur Oxidierung von Abgasanteilen gegebenen­ falls nicht erforderlich. Deshalb ist unter Umständen die in Fig. 2 dargestellte luftdichte Anordnung ausreichend, solange im Inneren des Katalysators ein entsprechendes Katalysator­ element verwendet wird.

Zu diesem Zweck enthält der Katalysator 3 ein Katalysatorele­ ment 18, das bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in Form einer Keramik- oder Metallkonstruktion mit Waben­ struktur vorliegt. Das Katalysatorelement 18 kann, wie allge­ mein bekannt, auch in anderer Weise geformt sein, eine andere Größe aufweisen, und aus anderen Materialien bestehen. Diese Konstruktion ist von der Größe her entsprechend an den Hub­ raum des Motors und an den gewünschten Reduktionsgrad der emittierten Stoffe angepaßt. Das Trägermaterial des Katalysa­ torelements 18 ist dabei mit einem Katalysatormaterial jeder bekannten Zusammensetzung beschichtet, das eine Oxidations- und Reduktionswirkung hat. Üblicherweise wird mit einer Kom­ bination aus Platin, Palladium und Rhodium gearbeitet. Es kann jedoch auch jede Kombination aus bekannten Katalysator­ stoffen mit Oxidations- und Reduktionswirkung eingesetzt wer­ den.

Nach dem Durchströmen des Katalysatorelements 18 tritt das Abgas aus der Kammer 12 aus und tritt schließlich über den Auslaß 15 aus dem Katalysator 3 aus. Die beschichtete Waben­ struktur des Katalysatorelements 18 wird in der Kammer 12 mit Hilfe eines unter Wärmeeinwirkung ausdehnbaren Dichtrings 19 gehalten. Die Dichtung 19 hält das Katalysatorelement 18 an­ fänglich unter Preßpassung in der Kammer 12. Während des Be­ triebs des Motors 1 quillt jedoch die Dichtung unter der Wir­ kung der Wärme aus den Abgasen auf und dehnt sich dabei radi­ al nach innen aus, und hält so die Konstruktion 18 fest.

Nach der Abkühlung zieht sich die Dichtung 19 nur um etwa die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke radial zusammen, und sorgt dabei für eine dauernde Befestigung des Katalysatorelements 18. Die Dichtung 19 kann aus einem Material auf Vermikulitba­ sis bestehen, wie es beispielsweise unter dem Warenzeichen "Interam" von der Fa. 3M angeboten wird, oder aus einem ähn­ lichen Material.

In Fig. 3 bis 8 sind nun fünf weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, bei denen für die Zuführung von Zusatzluft zum Katalysator an einer anströmseitig vom Kataly­ satorelement 18 liegenden Stelle gesorgt ist. Deshalb kann der Katalysator von seinem Aufbau her mit dem in Fig. 2 dar­ gestellten und anhand derselben beschriebenen Katalysator identisch bzw. diesem sehr ähnlich sein. Der Hauptunterschied bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 bis 8 besteht je­ doch in den Einrichtungen zur Zuführung von Zusatzluft in den Katalysator 3 auf dessen Anströmseite. Gemäß der Darstellung erfolgt die Zufuhr von Zusatzluft vorzugsweise durch eine An­ saugeinrichtung, die einen Venturi-Effekt erzeugt, um so Luft in einen Abgasstrom anzusaugen, der den Katalysator durch­ strömt.

Es wird nun speziell auf Fig. 3 Bezug genommen, die einen au­ ßerhalb eines Auspufftopfes 21 angeordneten Katalysator 20 zeigt, der dazu dient, die aus dem Auspufftopf 21 über die Löcher 22 in der Austrittssiebwand 22a austretenden Abgasbe­ standteile zu oxidieren und/oder zu reduzieren. Damit befin­ det sich der Katalysator auf der Abströmseite der Austritts­ löcher 22 und im Strömungsweg der Abgase bei deren Austritt aus dem Auspufftopf 21. Wie auch im Fall von Fig. 2 erzeugt der Siebwandbereich 22a einen auf die Abgase wirkenden Gegen­ druck, was dazu führt, daß die Abgase gleichmäßig auf das Ka­ talysatorelement 29 verteilt werden. Der Katalysator 20 hat die Form eines hohlen Gehäuses, in dem eine innenliegende Ringkammer 23 umschlossen ist. Die Kammer 23 besitzt eine an­ strömseitige Öffnung, die mit den Auslaßlöchern 22 in Verbin­ dung steht und von einem nach außen gebogenen umlaufenden Flansch 24 abgeschlossen wird, sowie eine abströmseitige Öff­ nung 25, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht und von einem axial verlaufenden Bund abgeschlossen wird.

Der Katalysator 20 wird auf dem Auspufftopf 21 mit Hilfe von vier Blechschrauben 27 befestigt, die durch den Flansch 24 in die Vorderwandung 22a des Auspufftopfes 21 geführt sind. Wie Fig. 3 zeigt, weist der Katalysator 20 eine Vielzahl von Öff­ nungen 28 auf, die die Verbindung zwischen dem Innenraum der Kammer 23 und der Atmosphäre an einer auf der Anströmseite des Katalysatorelements 29 liegenden Stelle herstellen.

Das Katalysatorelement 29 ist dabei vom Aufbau her identisch mit dem in Fig. 1 dargestellten, und wird über eine ausdehn­ bare Dichtung 30 in gleicher Weise befestigt, wie dies im Zu­ sammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde. Das Katalysatorele­ ment 29 befindet sich im Abstand von der Außenfläche der Wan­ dung 22a auf deren Abströmseite und bildet dabei eine Misch­ kammer 23a, in welcher über die Öffnungen 28 eintretende Luft mit den über die Löcher 22 eintretenden Abgasen vermischt wird.

Die Öffnungen 28 können im Katalysatorgehäuse 20 an jeder Stelle auf der Anströmseite des Katalysatorelements 29 ausge­ bildet werden; gemäß Fig. 3 befinden sie sich jedoch vorzugs­ weise an dem Punkt, an dem der Flansch 24 geformt und um 90° gegenüber dem ringförmigen Gehäuse gebogen ist, welches das Katalysatorelement 29 enthält, also am Schnittpunkt zwischen der vom Flansch 24 gebildeten L-förmigen Konstruktion mit der Seitenwandung 24a. Diese Lage der Öffnungen 28 führt dazu, daß in die Kammer 23a Zusatzluft aus der Atmosphäre angesaugt wird, und wegen der unterschiedlichen Strömungsrichtung des Luftstroms gegenüber dem Abgasstrom kommt es zur Turbulenz­ bildung, was die Vermischung von Luft und Abgasen fördert.

Der Flansch 24 und die Seitenwandung 24a des Katalysators 20 laufen zu der Stelle zusammen, an der sich die Öffnungen 28 befinden, was in Verbindung mit dem Abgasstrom im Inneren der Kammer 23a einen Venturi-Effekt erzeugt und ein Ansaugen der Zusatzluft durch die Öffnungen 28, in die Kammer 23a in den Abgasstrom und infolgedessen eine gründliche Vermischung mit den Abgasen bewirkt, ehe diese in das Katalysatorelement 29 eintreten.

Im Betrieb wird Umgebungsluft auf der Anströmseite des Kata­ lysators 20 über die Öffnungen 28 in das Katalysatorelement 29 angesagt, indem die im Auspuffkrümmer erzeugten intermit­ tierenden Abgasstöße genutzt werden. Somit wird Außenluft in den Innenraum des Katalysators 20 auf der Anströmseite des Katalysatorelements 29 in den freien Raum zwischen der Vor­ derwandung 22a und dem Element 29, d. h. in die Mischkammer 23a, über die Öffnungen 28 angesaugt, sobald in der Auspuff­ anlage ein negativer Druck vorliegt. In den Zeitabschnitten, in denen in der Anlage ein positiver Druck herrscht, wird diese mit den Abgasen vermischte Zusatzluft durch den Kataly­ sator 20 und das Katalysatorelement 29 gepreßt, ehe sie über den Auslaß 25 zur Atmosphäre abgelassen wird. Auf diese Weise werden die emittierten Gase noch weiter oxidiert und/oder re­ duziert, ehe sie an die Umgebung abgegeben werden, wie dies durch den Pfeil 31 angedeutet ist.

Fig. 4 zeigt nun ein drittes Ausführungsbeispiel, das einen außerhalb eines Auspufftopfes 33 angeordneten Katalysator 32 aufweist, der die über die Austrittslöcher 34 in einer Aus­ trittssiebwand 34a des Auspufftopfes 33 aus diesem aus treten­ den oxidiert und/oder reduziert. Der Katalysator 32 befindet sich abströmseitig von den Austrittslöchern 34 und im Strö­ mungsweg der aus dem Auspufftopf 33 austretenden Abgase. Wie in den in Fig. 2 und 3 dargestellten Fällen erzeugt die Sieb­ wand 34a einen auf die Abgase wirkenden Gegendruck, der dazu führt, daß die Abgase gleichmäßig auf das Katalysatorelement 41 verteilt werden.

Der Katalysator 32 hat die Form eines hohlen Gehäuses, das eine innenliegende Ringkammer 35 umschließt. Die Kammer 35 besitzt eine anströmseitige Öffnung 36, die mit den Auslaßlö­ chern 34 in Verbindung steht und von einem nach außen geboge­ nen umlaufenden Flansch 37 abgeschlossen wird, sowie eine ab­ strömseitige Öffnung 38, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht und von einem axial verlaufenden Bund 39 abgeschlossen wird.

Der Katalysator 32 wird mit Hilfe von vier Blechschrauben 40 auf dem Auspufftopf 33 befestigt, die durch den Flansch 37 in die Vorderwandung 34a des Auspufftopfes 33 geführt werden. Unter Einsatz einer ausdehnbaren Dichtung 74, wie sie auch im Zusammenhang mit Fig. 2 und 3 dargestellt und beschrieben wurde, wird ein Katalysatorelement 41 mit Wabenstruktur in der Kammer 35 angeordnet; dieses Element 41 ist von seiner Struktur her mit dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Element identisch und wird in ähnlicher Weise wie dieses befestigt. Gemäß Fig. 4 erstreckt sich der Katalysator 32 in axialer Richtung weiter vom Auspufftopf 33 nach außen, als dies bei den Katalysatoren 3 bzw. 20 gemäß Fig. 2 bzw. 3 der Fall ist. Auf diese Weise liegt das Katalysatorelement 41 in größerem axialen Abstand von den Austrittslöchern 34 des Auspufftopfes 33 und bildet dabei eine noch stärker zylindrisch geformte ringförmige Mischkammer 35a.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel weist außerdem eine Vielzahl von Öffnungen 42 auf, die in einer Seitenwan­ dung 37a des Katalysators 32 auf der Anströmseite des Kataly­ satorelements 41 und auf der Abströmseite der Austrittslöcher 34 des Auspufftopfs ausgebildet sind. Der größere Zylinder­ raum zwischen den Austrittslöchern 34 des Auspufftopfes und dem Katalysatorelement 41, der eine Mischkammer 35a dar­ stellt, gestattet außerdem die Verwendung einer Vielzahl von Membranventilen 43 in Verbindung mit Öffnungen 42. Die Mem­ branventile 43 und die Kammer 35a sorgen für eine bessere Vermischung der Zusatzluft mit den Abgasen vor deren Eintritt in den Katalysator 41. Dementsprechend ist jeder Öffnung 42 ein Membranventil 43 zugeordnet, wobei die Ventile 43 auf der Innenseite der Kammer 35 so angebracht sind, daß sie norma­ lerweise die Öffnungen 42 verschließen und in eine geöffnete Stellung aufgewölbt werden, so daß Außenluft in den Innenraum des Katalysators 32 eintreten kann.

Die Ventile 43 sind so angebracht, daß sie sich in einer Richtung entgegen dem Abgasstrom öffnen, also in anströmsei­ tiger Richtung, um so eine Turbulenz im Inneren der Kammer 35a zu erzeugen bzw. herbeizuführen. Wie die Pfeile 44a und 44b anzeigen, führen die Membranventile 43 in geöffneter Stellung dazu, daß in die Kammer 35a Zusatzluft aus der Atmo­ sphäre angesaugt wird, was eine Turbulenz erzeugt, die die Vermischung von Luft und Abgasen unterstützt. Dies ist auf den Venturi-Effekt zurückzuführen, den der Abgasstrom in der Kammer 35a erzeugt, sowie auf die relativ kleine Öffnung, die zwischen den Membranventilelementen und dem Rand der Öffnun­ gen 42 gebildet wird.

Damit öffnen sich im Betrieb die Membranventile 43 während der Zeitabschnitte, in denen in der Abgasanlage und im Kata­ lysator ein negativer Druck vorherrscht, während sie sich schließen, wenn in der Anlage intermittierende positive Druckstöße auftreten. Damit lassen die Membranventile 43 die Zusatzluft anströmseitig vom Katalysator 41 während der nega­ tiven Druckstöße eintreten, und decken die Öffnungen 42 wäh­ rend der positiven Druckstöße in der Anlage wieder ab. Auf diese Weise muß das gesamte Gemisch aus Abgasen und Zusatz­ luft das Katalysatorelement 41 durchströmen, ehe es durch den Auslaß 38 zur Atmosphäre abgegeben wird. Damit werden die schematisch durch den Pfeil 44 angedeuteten Emissionen noch weiter oxidiert und/oder reduziert, ehe sie in die Atmosphäre eintreten.

In Fig. 5 ist nun ein viertes Ausführungsbeispiel darge­ stellt. Bei diesem ist ein Katalysator 45 außerhalb eines Auspufftopfes 46 angeordnet, um die aus den Auslaßlöchern 47 in der Austrittssiebwand 47a des Auspufftopfes 46 aus treten­ den Abgabe zu oxidieren und/oder zu reduzieren. Der Katalysa­ tor 45 befindet sich somit auf der Abströmseite der Auslaßlö­ cher 47 und im Strömungsweg der aus dem Auspufftopf 46 aus­ tretenden Abgase. Wie auch bei Fig. 2 bis 4 wird durch eine Siebwand 47a ein auf die Abgase wirkender Gegendruck erzeugt, der dazu führt, daß die Abgase gleichmäßig auf das Katalysa­ torelement 56 verteilt werden.

Der Katalysator 45 hat die Form eines hohlen Gehäuses, in dem eine innenliegende Ringkammer 48 ausgebildet ist. Die Kammer 48 weist eine anströmseitige Öffnung 49 als Verbindung zu den Auslaßlöchern 47 des Auspufftopfes auf, die durch einen aus­ wärts gebogenen umlaufenden Flansch 50 begrenzt wird, sowie eine abströmseitige Öffnung 51 als Verbindung zur Atmosphäre, die durch einen axial verlaufenden Bund 52 abgeschlossen ist.

Der Katalysator 45 ist mittels vier Blechschrauben 53, die durch den Flansch 50 in die Vorderwandung 47a des Auspufftop­ fes 46 geführt sind, auf dem Auspufftopf befestigt. Wie Fig. 5 zeigt, ist der Flansch 50 von der Vorderwandung 47a des Auspufftopfes 46 unter Bildung von vier bogenförmigen Spalten bzw. Schlitzen 54 beabstandet. Der Abstand des Katalysators 45 von der Vorderwandung 47a des Auspufftopfes 46 wird durch vier entlang des Umfangs voneinander beabstandete Distanz­ stücke 55 in Form integral ausgebildeter Vorsprünge vom Flansch 50 aus oder in ähnlicher Form erreicht. Damit verlau­ fen die Schrauben 53 durch den Flansch 50 und die Distanz­ stücke 55 in die Vorderwandung 47a des Auspufftopfes 46.

Die Breite der Öffnungen, die bei diesem Ausführungsbeispiel die Form gebogener Spalte bzw. Schlitze 54 aufweisen, läßt sich durch Einstellung der Höhe der Distanzstücke 55 einstel­ len, um so mehr oder weniger Außenluft in den Katalysator eintreten zu lassen. Auf diese Weise bilden die gebogenen Spalte 54 eine Einrichtung zur Zufuhr von Zusatzluft in den Innenraum des Katalysators 45, und befinden sich, wie Fig. 5 zeigt, auf der Abströmseite der Auslaßlöcher 47, jedoch auf der Anströmseite des Katalysatorelements 56.

Dieses Katalysatorelement 56 ist mit dem Element identisch, das im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 bis 4 dargestellt und beschrieben wurde, und weist eine Wa­ benstruktur auf, die im Inneren des Katalysators mittels ei­ nes unter Wärmeeinfluß ausdehnbaren Dichtrings 57 in vorste­ hend beschriebener Weise montiert ist.

Das Katalysatorelement 56 ist abströmseitig von der Außenflä­ che der Wandung 47a so im Abstand angeordnet, daß eine Misch­ kammer 48a gebildet wird, in welcher die über die gebogenen Spalte 54 eintretende Luft und die über die Löcher 47 eintre­ tenden Abgase vermischt werden. Wie bereits ausgeführt, kann die Breite der Spalte bzw. Schlitze 54, also der axiale Ab­ stand zwischen der Außenfläche der Wandung 47a und dem Flansch 50 in der Weise eingestellt werden, daß in die Kammer 48a Zusatzluft eingesaugt wird, wodurch eine Turbulenz er­ zeugt wird, die die Vermischung von Luft und Abgasen unter­ stützt.

Die Breite der Spalte 54 erzeugt zusammen mit dem Abgasstrom in der Kammer 48a einen Venturi-Effekt und veranlaßt die An­ saugung von Luft durch die Spalte 54, der Einsaugung in die Kammer 48 in den Abgasstrom, und sorgt dadurch für eine gründliche Vermischung mit den Abgasen vor dem Eintritt in das Katalysatorelement 56.

Im Betrieb haben die intermittierenden Abgasstöße, die sich in der Abgasanlage entwickeln, die Wirkung, daß Außenluft in den Innenraum des Katalysators 45 eingesaugt wird, wenn der Motor negative Druckstöße erzeugt, während bei positiven Druckstößen das Gemisch aus Abgasen und Zusatzluft durch den Katalysator 45 und das Katalysatorelement 56 gepreßt wird. Auf diese Weise können die Emissionen, wie durch den Pfeil 58 angedeutet, oxidiert und/oder reduziert werden, ehe sie aus dem Katalysator 45 an die Atmosphäre abgegeben werden.

In Fig. 6 wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt, das dem in Fig. 4 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ähnlich ist, allerdings mit dem Unterschied, daß es sich zur Montage auf einem Austrittsrohr 59 eines zy­ linderförmigen Auspufftopfes 60 mit einem Einlaß 61 eignet, der an den (nicht dargestellten) Auspuffkrümmer einer Brenn­ kraftmaschine angeschlossen ist. Demgemäß zeigt Fig. 6 einen außerhalb des Auspufftopfes 60 angeordneten Katalysator zum Oxidieren und/oder Reduzieren unverbrannter Abgasanteile nach deren Austritt aus dem Austrittsrohr 59 des Auspufftopfes 60.

Somit befinden sich der Katalysator 62 auf der Abströmseite des Auslaßrohres 59 und im Strömungsweg der aus dem Auspuff­ topf 60 austretenden Abgase. Der Katalysator hat die Form ei­ nes hohlen Gehäuses, in dem eine innenliegende Ringkammer 63 ausgebildet ist. Die Kammer 63 besitzt eine anströmseitige Öffnung 64 zur Verbindung mit dem Auslaßrohr 59, welche durch ein am anströmseitigen Ende des Katalysators 62 integral an­ geformtes Eintrittsrohr 65 definiert wird, sowie eine ab­ strömseitige Öffnung 66 zur Verbindung mit der Atmosphäre, welche durch einen sich axial erstreckenden Bund 67 abge­ schlossen wird.

Der Katalysator 62 ist auf dem Austrittsrohr 59 des Auspuff­ topfes 60 mittels eines Klemmteils bzw. einer Schelle 68 be­ festigt, die die sich übergreifenden Abschnitte des Ein­ trittsrohres 65 und des Austrittsrohres 59 umschließt. Zum Oxidieren und Reduzieren der Abgasanteile weist der Katalysa­ tor 62 ein Katalysatorelement 69 auf, das von seiner Waben­ struktur her identisch mit dem zuvor beschriebenen Katalysa­ torelement ist und das im Inneren des Katalysatorteils 62 über einen unter Wärmeeinwirkung ausdehnbaren Dichtungsring 70 in der gleichen Weise montiert ist, wie sie zuvor anhand von Fig. 2 bis 5 erläutert wurde.

Das Katalysatorelement 69 befindet sich am abströmseitigen Ende des Katalysators 62 dicht neben der Auslaßöffnung 66 und damit im Abstand von der Einlaßöffnung 64, so daß eine rela­ tiv große zylindrische innenliegende Mischkammer 63a gebildet wird. Zur Zuführung von Zusatzluft zum Innenraum der Kammer 63a weist der Katalysator 62 eine Vielzahl von Öffnungen 71 auf, die in der Seitenwandung 67a des Katalysators abström­ seitig vom Einlaß 64, jedoch anströmseitig vom Katalysator­ element 69 ausgebildet sind und die Verbindung zwischen dem Innenraum des Katalysators 62 und der Atmosphäre herstellen. Auch wenn diese Öffnungen 71 gemäß Fig. 6 in der Seitenwan­ dung 67a ausgebildet sind, können sie auch in der Rückwandung 67b ausgebildet werden.

Als Mittel zum Steuern des Durchtritts von Zusatzluft zwi­ schen der Atmosphäre und dem Innenraum des Katalysators 62 weist letzterer ein Membranventil 72 auf, das an jeder Öff­ nung 71 vorgesehen ist. Die Membranventile 72 sind auf der Innenseite des Katalysators 62 angebracht und befinden sich normalerweise in nicht aufgewölbter geschlossener Stellung, wobei sie den Luftzutritt zum Innenraum des Katalysators 62 verhindern. Die Membranventile 72 können radial nach innen aufgebogen werden, so daß sie ihre Öffnungsstellung einnehmen und die Öffnungen 71 freigegeben werden, damit Außenluft in die Kammer 63a im Inneren des Katalysators 62 auf der An­ strömseite des Katalysators 69 einfließen kann, wenn in der Abgasanlage intermittierend negative Druckverhältnisse herr­ schen.

Es wird dabei deutlich, daß sich während der Zeitabschnitte, in denen intermittierend ein positiver Druck in der Abgasan­ lage herrscht, die Membranventile 72 in ihre Schließstellung bewegen, in der die Öffnungen 71 abgedeckt sind, um so den Zutritt von Außenluft in den Katalysator 62 zu verhindern. Die Membranventile 72 funktionieren in gleicher Weise wie die zuvor im Zusammenhang mit Fig. 4 beschriebenen Ventile und saugen Zusatzluft in die Kammer 63a ein, um so eine Turbulenz aufzubauen, die in Verbindung mit dem Venturi-Effekt, den der Abgasstrom in der Kammer 63a erzeugt, die Vermischung von Luft und Abgasen unterstützt.

Auf diese Weise wird das gesamte Gemisch aus Abgas und Zu­ satzluft in der Anlage während der Dauer der intermittieren­ den positiven Druckstöße des Motors am Katalysatorelement 69 vorbeigepreßt, um so die darin enthaltenen Abgasanteile zu oxidieren und zu reduzieren, ehe sie diese über den Auslaß 66 aus dem Katalysator 62 zur Atmosphäre austreten, wie dies durch den Pfeil 73 angedeutet wird.

Fig. 7 bis 8 zeigen nun ein fünftes Ausführungsbeispiel der aus Auspufftopf und Katalysator bestehenden Baugruppe. Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel ist der Katalysator 75 wieder außerhalb eines Auspufftopfes 76 angeordnet und dient dazu, die über die Austrittslöcher 77 in einer Austrittssieb­ wand 77a des Auspufftopfes 76 abgegebenen Abgasanteile zu oxidieren und/oder zu reduzieren. Die vorne liegende Sieb­ wand 77a ist hier allerdings in einer Vertiefung bzw. Aus­ buchtung 78 ausgebildet, während der Katalysator 75 so ange­ bracht ist, daß er sich zum Teil in die Ausbuchtung 78 hinein erstreckt, und auf diese Weise eine Baugruppe mit "niedrigem Profil" entsteht. Damit befindet sich der Katalysator 75 auch hier auf der Abströmseite der Austrittsöffnungen 77 und im Strömungsweg der Abgase bei deren Austritt aus dem Auspuff­ topf 76.

Wie in den in Fig. 2 bis 5 dargestellten Fällen erzeugt die Siebwand 77a einen auf die Abgase wirkenden Gegendruck, was zu einer gleichmäßigen Verteilung der Abgase auf das Kataly­ satorelement 79 führt. Der Katalysator weist die Form eines hohlen Gehäuses auf, in dem ein Paar innenliegender Ringkam­ mern 80 und 80 ausgebildet ist. Die Kammer 80a weist eine an­ strömseitige Öffnung 81 zur Verbindung mit den Austrittsöff­ nungen 77, die durch Ränder 82 begrenzt wird, sowie eine ab­ strömseitige Öffnung 83 zur Verbindung mit der Atmosphäre, die durch Ränder 84 definiert wird. In den Katalysator 75 ist eine Leitfläche 85 einbezogen, um so den Abgasstrom, der aus der Öffnung 83 austritt, zu verändern, wodurch eine Ablenkung im Katalysator 75 entsteht. Das Katalysatorelement 79 ist identisch mit dem Element, das im Zusammenhang mit den Aus­ führungsbeispielen gemäß Fig. 2 bis 6 dargestellt und be­ schrieben wurde, und weist eine Wabenstruktur auf, die im In­ neren der Kammer 80 des Katalysators 75 mittels eines unter Wärmeeinwirkung ausdehnbaren Dichtungsrings 86 in vorbe­ schriebener Weise befestigt ist. Das Katalysatorelement 79 ist abströmseitig im Abstand von der Außenfläche der Wandung 77a angeordnet und bildet so eine Mischkammer 80a zum Vermi­ schen von Zusatzluft und Abgasen.

Der Katalysator 75 wird auf dem Auspufftopf 76 mittels vier Blechschrauben 87 angebracht, die durch einen peripher umlau­ fenden Flansch 88 in die Vorderwandung 77a des Auspufftopfes 76 geführt sind. Wie Fig. 8 am deutlichsten zeigt, ist der Flansch 88 von der Vorderwandung 77a des Auspufftopfes 76 so beabstandet, daß vier Öffnungen in Form bogenförmiger Spalte oder Schlitze 89 entstehen. Der Abstand des Katalysators 75 von der Vorderwandung 77a des Auspufftopfes 76 wird durch vier Distanzstücke 90 in Form integral auf dem Flansch 88 ausgebildeter und von diesem wegstehender Vorsprünge oder dergleichen gebildet. Damit sind die Schrauben 87 durch den Flansch 88 und die Distanzstücke 90 in die Vorderwandung 77a des Auspufftopfes 76 geführt.

Die Breite der gebogenen Spalte bzw. Schlitze 89 läßt sich dadurch einstellen, daß die Höhe der Distanzstücke 90 verän­ dert wird, damit mehr oder weniger Außenluft in die Kammer 80a des Katalysators 75 eintreten kann. Damit bilden die bo­ genförmigen Spalte 89 eine Einrichtung zur Zufuhr von Zusatz­ luft in den Innenraum des Katalysators 75; wie Fig. 7 und 8 zeigen, befinden sie sich abströmseitig von den Austrittsöff­ nungen 7, jedoch anströmseitig vom Katalysatorelement 79. Wie bereits ausgeführt, läßt sich die Breite der Spalte 89, d. h. der axiale Abstand zwischen der Außenfläche der Wandung 77a und dem Flansch 88, so einstellen, daß mehr oder weniger Zu­ satzluft in die Mischkammer 80a angesaugt wird.

Zusatzluft wird in die Mischkammer 80a durch eine zwischen der Außenfläche der Vorderwandung 77a des Auspufftopfes 76 und die Ränder der anströmseitigen Öffnung 8a im Katalysator ausgebildete Fläche mit vermindertem Querschnitt angesaugt, wie am deutlichsten an der Verengung 91 in Fig. 7 und 8 zu erkennen ist. Diese Verengungen erzeugen in Verbindung mit dem Abgasstrom im Inneren der Mischkammer 80a einen Venturi- Effekt und veranlassen die Ansaugung von Zusatzluft durch die Spalte 89 in den Abgasstrom in der Mischkammer 80a, um so in der Kammer 80a eine Turbulenz zu erzeugen und dadurch die Zu­ satzluft gründlich mit dem Abgas in der Kammer 80a zu vermi­ schen, das ehe das Abgas in das Katalysatorelement 79 ein­ tritt.

Wie bereits ausgeführt kann die Breite der gebogenen Spalte bzw. Schlitze 89 so eingestellt werden, daß die in die Misch­ kammer 80a eingeleitete Zusatzluftmenge verändert wird. Dabei ist zu beachten, daß infolge der Anordnung des Katalysators 75, der teilweise innerhalb der Ausbuchtung 78 im Auspufftopf 76 liegt, die Spalte bzw. Schlitze 89 einen serpentinenförmi­ gen bzw. schlangenförmig gewundenen Strömungsweg bilden. Wie Fig. 8 am deutlichsten zeigt, muß die Zusatzluft etwa drei Biegungen von 90° durchströmen, ehe sie in die Mischkammer 80a einströmt. Dieser schlangenförmig gewundene Strömungsweg schafft eine Anordnung, in der die in die Mischkammer 80a an­ gesaugte Zusatzluftmenge fein eingestellt werden können. Au­ ßerdem wirkt sich die Beziehung zwischen den Verengungen 91, dem Spaltbereich und der Länge des von den Spalten 89 gebil­ deten schlangenförmigen Weges in der Weise aus, daß jeder Ab­ gasverlust in umgekehrter Richtung während der intermittie­ renden positiven Druckstöße des Motors im wesentlichen ver­ hindert wird. Mit anderen Worten verhindert der Bereich der Verengungen 91 mit kleinerem Querschnitt in Verbindung mit dem von den Spalten 89 gebildeten schlangenlinienförmigen Weg jeden Abgasverlust durch die Spalte 89. Auf diese Weise wird das gesamte Gemisch aus Abgasen und Zusatzluft durch das Ka­ talysatorelement 79 geführt, ehe es über den Auslaß 83 zur Atmosphäre abgegeben wird. Auf diese Weise werden die durch die Pfeile 92 und 93 angegebenen Emissionen einer weiteren Oxidierung und/oder Reduzierung unterzogen, ehe sie nach au­ ßen gelangen.

Vorstehend wurde eine Auspufftopfanlage für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine dargestellt und beschrieben. Dabei sollte insbesondere beachtet werden, daß die Einrichtung zur Zufuhr von Zusatzluft in den Innenraum eines außerhalb eines Auspufftopfes angebrachten Katalysators in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein kann, was für den Fachmann leicht auf der Hand liegt. Beispielsweise könnten die Kammern 35a und 63a, die in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 6 dargestellt werden, auch bei den Ausführungsbei­ spielen nach Fig. 2, 3 und 5 eingesetzt werden, um so die Vermischung von Zusatzluft mit Abgasen zu verbessern.

Es sind verschiedene Möglichkeiten zur Ausführung der Erfin­ dung möglich, die in den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche fallen, in denen der als Erfindung betrachtete Gegenstand be­ sonders herausgestellt und klar beansprucht wird.

Bezugszeichenliste

 1 Motor/engine
Auspufftopfgruppe/muffler assembly
 2 Auspufftopf/muffler
 3 Katalysator/catalytic converter
 4 crankshaft
AUSPUFFTOPFGRUPPE /MUFFLER ASSEMBLY
 7 Abgaseinlaß/exhaust gas inlet (zu 2)
Gehäuses/housing:
 8 schalenförm. Korpus/cup-shaped body
 9 Deckel/cover
10 umlauf. Stauch./Börd./circumf. clinch/crimp
11 Löcher/Auslaß/holes/outlet
11a vord. flache Wandung (=Siebwandbereich)/front flat wall (9) (=perforated wall portion)
KATALYSATOR/CATALYTIC CONVERTER
12 Ringkammer/annular chamber
13 zuströms. Öffnung/upstream opening
14 ausw. geb. umlauf.Flansch/outturned circumf. flange
15 abströms. Öffnung/downstream opening (atmosph.)
16 axialer Bund/axial collar
17 4 Blechschrauben/4 sheet metal screws
18 m.Katalys. beschicht. El. (= Katalysatorelement)/catalyst coated element (= catalyzer element)
19 therm.ausdehnb. Dichtring/annular heat expandible gasket
20 Katalysator/catalytic converter
21 Auspufftopf/muffler
22 Löcher/holes
22a Austrittssiebwand/perforated outlet wall
23 Ringkammer/annular chamber
23a Mischkammer/mixing chamber
24 ausw.geb. umlauf. Flansch/outturned circumfer. flange
24a Seitenwandung
25 abströms. Öffnung/downstream opening
26 axial verl. Bund/axially ext. collar
27 4 Blechschrauben/4 sheet metal screws
28 Vielzahl v. Öffnungen/plurality of apertures
29 Katalysatorelement/catalyzer element
30 dehnbarer Dichtring/expandible gasket
31 [Abgase]/[emissions]
32 Katalysator/catalytic converter
33 Auspufftopf/muffler
34 Auspuffaustrittsöffnungen/muffler outlet holes
34a Austrittssiebwand/perforated outlet wall
35 Ringkammer/annular chamber
35a Mischkammer/mixing chamber
36 anströms. Öffnung/upstream opening
37 ausw. gebog.uml. Flansch/outturned circumf. flange
37a Seitenwandungen/side walls (32)
38 abströms. Öffnung/downstream opening (atmosph.)
39 axial verl. Bund/axially ext. collar
40 4 Blechschrauben/4 metal sheet screws
41 wabenf. Katalysatorelem./honeycombed catalyzer element
42 Vielzahl v. Öffnungen/plurality of apertures
43 Membranventile/reed valves
44a, b [Öffnen; Pfeile]/[opening; arrows]
74 dehnb. Dichtung/expandible gasket
45 Katalysator/catalytic converter
46 Auspufftop/muffler
47 Auspuffaustrittsöffn./muffler outlet holes
47a Austrittssiebwand (vorn)/perforated outlet wall (front w.)
48 Ringkammer/annular chamber
48a Mischkammer/mixing chamber
49 anströms. Öffnung/upstream opening
50 ausw.geb. uml. Flansch/outturned circumf. flange
51 abströms. Öffnung/downstream opening (atmosph.)
52 Bund/collier
53 4 Blechschrauben/4 sheet metal screws
54 4 geb. Spalte/Schlitze/4 arcuate gaps/slots
55 4 beabst. Distanzstücke (=Vorsprünge, auf 50)/4 circumf. spaced spacers (= bosses, projections, 50)
56 (Wabenf.) Katalysatorele./(honeycombed) catalyzer element
57 therm.dehnb. Dichtring/thermally exp. annular gasket
58 [Abgase, Pfeil]/[emissions, arrow]
59 Austrittsrohr/outlet pipe (60)
60 Auspufftopf/muffler
61 Einlaß/inlet
62 Katalysator/catalytic converter
63 Ringkammer/annular chamber
63a Mischkammer/mixing chamber
64 anströms. Öffnung/upstream opening (zu 59)
65 Eintrittsrohr/inlet tube (an 62)
66 abströms. Öffnung/downstream opening (atmosph.)
67 axial verl. Bund/axially ext. collar
67a Seitenwandung/side wall (von 62)
67b Rückwandung/back wall
68 Klemmteil/Schelle/clamp member
69 wabenf. Katalys.element/honeycombed catalyzer element
70 therm.dehnb. Dichtring/thermally expand. annular gasket
71 Öffnungen/apertures (in 67a)
72 Membranventil/reed valve (bei 71)
73 [Abgas; Pfeil]/[arrow, exhaust]
75 Katalysator/catalytic converter
76 Auspufftopf/muffler
77 Auspuffaustrittsöffnungen/muffler outlet holes
77a (vord.) Austrittssiebwand/perforated (front) outlet wall
78 Ausbuchtung/recess
79 Katalysatorelement/catalyzer element
80, 80a Paar Kammern/pair of chambers
(80a) (Mischkammer)/mixing chamber
81 anströms. Öffnung/upstream opening (Kammer 80a)
82 Ränder/edges
83 abströms. Öffnung/downstream opening (80a)
84 Ränder/edges
85 Leitfläche/deflector (in 75)
86 therm.dehnb. Dichtring/therm. expand. annular gasket
87 4 Blechschrauben/4 sheet metal screws
88 umlauf. Flansch/circumf. flange (in 77a)
89 gebog. Spalte/Schlitze/arc. gaps/slots
90 4 Distanzstücke (Vorspr.)/4 spacers (bosses/proj.)(an 88)
91 Verengung/constriction
92, 93 [Abgase; Pfeile]/[emissions; arrows]

Claims (50)

1. Auspufftopfanlage für eine Abgasanlage einer Brennkraft­ maschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist:

• - ein hohles Auspufftopfteil (8; 21; 33; 46; 60; 76) mit einem Abgaseinlaß (7) und einem Abgasauslaß (11; 22; 34; 47; 59; 65, 65; 77);
• - einen Katalysator (3; 20; 32; 45; 62; 75) mit einer außerhalb des Auspufftopfteiles (8; 21; 33; 46; 60; 76) angeordneten Katalysatoreinrichtung (18; 20; 41; 56; 69; 79) zum Oxidieren und Reduzieren der Abgasbestandteile im Anschluß an deren Austrag aus dem Abgasauslaß (11; 22; 34; 47; 59; 65, 65; 77); und
• - eine Befestigungseinrichtung (17, 19; 27, 30; 40, 74; 53, 57; 68, 70; 86, 89) zur Befestigung des Katalysators (3; 20; 32; 45; 62; 75) am Abgasauslaß (11; 22; 34; 47; 59; 65, 65; 77) auf dem Auspufftopfteil (8; 21; 33; 46; 60; 76).

2. Auspufftopfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (3; 20; 32; 45; 62; 75) ein hohles Gehäuse aufweist, in welchem eine innenliegende Kammer (12; 23; 35; 48; 68; 80) mit einer anströmseitigen Öff­ nung (13; 36; 49; 64; 81), die mit dem Auslaß (11; 22; 34; 47; 59; 65, 65; 77) in Verbindung steht, und mit ei­ ner abströmseitigen Öffnung (15; 25; 38; 51; 66; 83), die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, ausgebildet ist, und daß die Katalysatoreinrichtung im Inneren die­ ser Kammer (12; 23; 35; 48; 68; 80) zwischen der an­ strömseitigen und der abströmseitigen Öffnung angeordnet ist.

3. Auspufftopfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anströmseitige Öffnung (13) und die abströmsei­ tige Öffnung (15) die einzigen Öffnungen sind, die eine Verbindung mit dem Innenraum des Gehäuses herstellen.

4. Auspufftopfanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gehäuse weiterhin zumindest eine Öffnung (28) aufweist, die eine Verbindung zwischen der Kamme (23) und der Atmosphäre herstellt, und daß diese Öffnung auf der Anströmseite der Katalysatoreinrichtung (29) an­ geordnet ist.

5. Auspufftopfanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung ein Loch (28) durch das Gehäuse auf­ weist.

6. Auspufftopfanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung einen Spalt (54; 89) aufweist, der zwi­ schen dem Auspufftopfteil (46; 76) und der Katalysator­ einrichtung (45; 75) angeordnet ist.

7. Auspufftopfanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (54; 89) mit einem Distanzstück (66; 90) gebildet ist, das zwischen dem Auspufftopfteil (46; 76) und dem Katalysator (45; 75) angeordnet ist.

8. Auspufftopfanlage für eine Abgasanlage einer Brennkraft­ maschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist:

• - ein hohles Auspufftopfteil (33; 46; 60; 76) mit einem Abgaseinlaß (7) und einen Abgasauslaß (34; 47; 59; 65, 65; 77);
• - einen Katalysator (32; 45; 62; 75) mit einer außerhalb des Auspufftopfteiles (33; 46; 60; 76) angeordneten Ka­ talysatoreinrichtung (41; 56; 69; 79) zum Oxidieren und Reduzieren der Abgasbestandteile im Anschluß an deren Austrag aus dem Abgasauslaß (34; 47; 59; 65, 65; 77), wobei der Katalysator (32; 45; 62; 75) als hohles Gehäu­ se mit einer innenliegenden Kammer (35; 48; 68; 80) mit einer anströmseitigen Öffnung (36; 49; 64; 81), die mit dem Auslaß (34; 47; 59; 65, 65; 77) in Verbindung steht, und mit einer abströmseitigen Öffnung (38; 51; 66; 83), die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, ausgebildet ist, und wobei ein Katalysatorelement (41; 56; 69; 79) im Inneren dieser Kammer (35; 48; 68; 80) zwischen der anströmseitigen und der abströmseitigen Öffnung angeord­ net ist;
• - eine Zusatzluft-Zuführeinrichtung, die im Ansprechen auf den Abgasdruck im Inneren des Katalysatorgehäuses so betätigbar ist, daß sie Luft unter atmosphärischem Druck in das Innere des Gehäuses des Katalysatorelements (41; 56; 69; 79) einströmen läßt; und
• - eine Befestigungseinrichtung (40, 74; 53, 57; 68, 70; 86, 89) zur Befestigung des Katalysators (32; 45; 62; 75) am Abgasauslaß (34; 47; 59; 65, 65; 77) auf dem Aus­ pufftopfteil (33; 46; 60; 76).

9. Auspufftopfanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzluft- Zuführeinrichtung eine Ansaugeinrichtung zum Ansaugen von Zusatzluft in den Innenraum des Gehäuses auf der An­ strömseite des Katalysatorelements aufweist.

10. Auspufftopfanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugein­ richtung mindestens eine Öffnung (42; 71; 89) aufweist, die die Verbindung zwischen der Kammer und der Atmosphä­ re herstellt und auf der Anströmseite des Katalysator­ elements angeordnet ist.

11. Auspufftopfanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung ein durch das Gehäuse geführtes Loch (42; 71) aufweist.

12. Auspufftopfanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung einen Spalt (89) aufweist, der zwischen dem Auspufftopf­ teil und dem Katalysator ausgebildet ist.

13. Auspufftopfanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (89) von einem Distanzstück (90) gebildet ist, das zwischen dem Auspufftopfteil und dem Katalysator angeordnet ist.

14. Auspufftopfanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugein­ richtung eine Öffnung (42; 7) aufweist, die in dem Ge­ häuse ausgebildet ist, das sich zwischen der anströmsei­ tigen und der abströmseitigen Öffnung und auf der An­ strömseite des Katalysatorelements (41; 69) befindet, und daß eine Ventileinrichtung (43; 72) vorgesehen ist, die zum Öffnen und Verschließen der Öffnung (42; 71) be­ tätigbar ist.

15. Auspufftopfanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilein­ richtung ein Membranventil (43; 72) aufweist.

16. Auspufftopfanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Membran­ ventil (43; 72) auf einer Innenfläche des Gehäuses ange­ ordnet ist.

17. Auspufftopfanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugein­ richtung weiterhin ein Element zum Herbeiführen einer Turbulenz aufweist, welches die Vermischung der Zusatz­ luft und der Abgase im Inneren des Gehäuses auf der An­ strömseite des Katalysatorelements verstärkt.

18. Auspufftopfanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugein­ richtung mindestens eine Öffnung (42; 71) aufweist, wel­ che die Verbindung zwischen der Kammer und der Atmosphä­ re herstellt, wobei die Öffnung auf der Anströmseite des Katalysatorelements (41; 69) angeordnet ist, und wobei das Element zum Herbeiführen einer Turbulenz eine Ven­ tileinrichtung (43; 72) umfaßt, die zum Öffnen und Ver­ schließen der Öffnung (42) betätigbar ist.

19. Auspufftopfanlage nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilein­ richtung ein Membranventil (43; 72) aufweist.

20. Auspufftopfanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Membran­ ventil auf einer Innenfläche des Gehäuses angeordnet ist und sich entgegen der Strömungsrichtung der Abgase in dem Gehäuse in Richtung zur Anströmseite hin öffnet.

21. Auspufftopfanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Katalysators (20) eine ringförmige Seitenwandung (24a) und einen umlaufenden Befestigungsflansch (24) aufweist, daß zusammen mit der Seitenwandung ein L-för­ miges Element bildet, und daß das Loch (28) am Schnitt­ punkt zwischen der Seitenwandung (24a) und dem Flansch (24) vorgesehen ist.

22. Auspufftopfanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Katalysators eine ringförmige Seitenwandung und ei­ nen umlaufenden Befestigungsflansch aufweist, der zusam­ men mit der Seitenwandung ein L-förmiges Element bildet, und daß das Loch in der Seitenwandung ausgebildet ist.

23. Auspufftopfanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Katalysators eine ringförmige Seitenwandung und ei­ nen umlaufenden Befestigungsflansch (88) aufweist, der zusammen mit der Seitenwandung ein L-förmiges Element bildet, und daß der Spalt (90) sich zwischen dem Flansch (88) und dem Auspufftopfteil (76) befindet.

24. Auspufftopfanlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt eine Verengung (91) aufweist, die der anströmseitigen Öffnung (81) benachbart ist.

25. Auspufftopfanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt ser­ pentinenförmig ist.

26. Auspufftopfanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt mindestens eine Biegung von rund 90° ausgebildet ist.

27. Auspufftopfanlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt eine Verengung vorgesehen ist.

28. Auspufftopfanlage für eine Abgasanlage einer Brennkraft­ maschine, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist:

• - ein hohles Auspufftopfteil (21; 33; 46; 60; 76) mit einem Abgaseinlaß (7) und einen Abgasauslaß (22; 34; 47; 59; 65, 65; 77);
• - einen außerhalb des Auspufftopfteiles (21; 33; 46; 60; 76) angeordneten Katalysator (20; 32; 45; 62; 75) zum Oxidieren und Reduzieren der Abgasbestandteile im An­ schluß an deren Austrag aus dem Abgasauslaß (22; 34; 47; 59; 65, 65; 77), wobei der Katalysator (20; 32; 45; 62; 75) eine anströmseitige Öffnung aufweist, die mit dem Abgasauslaß (22; 34; 47; 59; 65, 65; 77) in Verbindung steht, sowie eine abströmseitige Öffnung, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, und wobei in dem hohlen Gehäuse eine der anströmseitigen Öffnung benachbarte Mischkammer (23a; 35a; 48; 63a, 80a) und eine auf der Abströmseite der Mischkammer (23a; 35a; 48; 63a, 80a) liegende Aufnahmekammer (28, 35, 48, 63 80) für den Ka­ talysator ausgebildet sind, und im Inneren der Katalysa­ tor-Aufnahmekammer (23; 35; 48; 69; 80) ein Katalysator­ element (29; 41; 56; 63; 79) eingesetzt ist;
• - eine Ansaugeinrichtung zum Ansaugen von Zusatzluft in die Mischkammer (23a; 35a; 48; 63a; 80a) zum Vermischen derselben mit einem durch das Katalysatorgehäuse geführ­ ten Abgasstrom; und
• - eine Befestigungseinrichtung (27, 30; 40, 74; 53, 57; 68, 70; 86, 89) zur Befestigung des Katalysators (20; 32; 45; 62; 75) am Abgasauslaß (22; 34; 47; 59; 65, 65; 77) auf dem Auspufftopfteil (21; 33; 46; 60; 76).

29. Auspufftopfanlage nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysa­ torgehäuse zylindrisch geformt ist und dabei eine ring­ förmige Seitenwandung (37a; 67a) bildet, welche die Mischkammer (35a, 63a) umschließt, und daß die Ansaug­ einrichtung mindestens eine Öffnung (38; 51) aufweist, die in der Seitenwandung (37a; 67a) ausgebildet ist und die Verbindung zwischen der Mischkammer (35a; 63a) und der Atmosphäre herstellt.

30. Auspufftopfanlage nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysa­ torgehäuse zylindrisch geformt ist und dabei eine ring­ förmige Seitenwandung (37a) bildet, welche die Mischkam­ mer (35a) umschließt, und daß die Befestigungseinrich­ tung einen Flansch (37) aufweist, der zusammen mit der ringförmigen Seitenwandung (37a) eine L-förmige Kon­ struktion bildet, wobei die Ansaugeinrichtung mindestens eine Öffnung aufweist, die am Schnittpunkt zwischen der Seitenwandung (37a) und dem Flansch (37) ausgebildet ist und die Verbindung zwischen der Mischkammer (35a) und der Atmosphäre herstellt.

31. Auspufftopfanlage nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysa­ torgehäuse (45) zylindrisch geformt ist und dabei eine ringförmige Seitenwandung (47a) bildet, welche die Mischkammer (48a) umschließt, und daß die Befestigungs­ einrichtung einen Flansch (50) aufweist, der zusammen mit der ringförmigen Seitenwandung (47a) eine L-förmige Konstruktion bildet, wobei der Flansch ein Distanzstück (55) aufweist, das zwischen ihm und dem Auspufftopfteil (46) angeordnet ist, und wobei die Ansaugeinrichtung ei­ nen Spalt (54) aufweist, der zwischen dem Auspufftopf­ teil (46) und der ringförmigen Seitenwandung (47a) aus­ gebildet ist und die Verbindung zwischen der Mischkammer (47a) und der Atmosphäre herstellt.

32. Katalysator nach einem der Ansprüche 29, 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugein­ richtung des weiteren ein Element (72; 91) zum Herbei­ führen einer Turbulenz in der in die Mischkammer (63; 80a) eintretenden Zusatzluft aufweist.

33. Katalysator nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zum Herbeiführen einer Turbulenz eine in der Öffnung ausgebildete Verengung (91) aufweist.

34. Katalysator nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zum Herbeiführen einer Turbulenz ein Ventil (43; 72) aufweist, das zum Öffnen und Verschließen der Öffnung (42; 71) betätigbar ist.

35. Katalysator nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Membranventil (42; 71) aufweist.

36. Katalysator nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Membran­ ventil (42; 71) auf einer Innenfläche des Gehäuses in­ nerhalb der Mischkammer (35a; 63a) angeordnet ist und sich in Richtung zur Anströmseite hin entgegen der Strö­ mungsrichtung der Abgase durch das Gehäuse öffnet.

37. Auspufftopfanlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuff­ topfteil einen ausgebuchteten Bereich (78) mit einer den Abgasauslaß bildenden Siebwandung (77a) aufweist, und daß die ringförmige Seitenwandung und eine anströmseiti­ ge Öffnung des Katalysatorgehäuses (75) in diesem ausge­ buchteten Bereich (78) angeordnet sind.

38. Auspufftopfanlage nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt ser­ pentinenförmig ist.

39. Auspufftopfanlage nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt eine darin befindliche Verengung (91) aufweist, die der an­ strömseitigen Öffnung des Katalysatorgehäuses (75) be­ nachbart ist.

40. Auspufftopfanlage nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung (91) zwischen einem Teil der Siebwandung (77a) und dem Katalysatorgehäuse (75) ausgebildet ist.

41. Katalysator zum Oxidieren und/oder Reduzieren der Abgas­ bestandteile, die von einer Brennkraftmaschine abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß er folgendes aufweist:

• - ein hohles Gehäuse mit einer anströmseitigen Einlaß­ öffnung (64, 65), die mit einer Abgasquelle (59) in Ver­ bindung steht, sowie eine abströmseitige Auslaßöffnung (66, 67), die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, wobei das hohle Gehäuse eine Seitenwandung (67a) auf­ weist, welche eine der Einlaßöffnung (64, 65) benachbar­ te Mischkammer (63a) umschließt, sowie eine Aufnahmekam­ mer (62) auf der Abströmseite der Mischkammer (63a) zur Aufnahme des Katalysators;
• - ein im Inneren der Katalysatoraufnahmekammer (62) an­ geordnetes Katalysatorelement (69);
• - eine in dem Gehäuse ausgebildete Ansaugeinrichtung zum Ansaugen von Luft in die Mischkammer (63a), wobei diese mit einem durch das Gehäuse geführten Abgasstrom ver­ mischt wird; und
• - ein Befestigungsteil (68), das sich von dem Gehäuse aus zur Befestigung desselben auf einem Motorteil er­ streckt.

42. Katalysator nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysa­ torgehäuse zylindrisch geformt ist und eine ringförmige Seitenwandung (67a) bildet, welche die Mischkammer (63a) umschließt, und daß die Ansaugeinrichtung mindestens ei­ ne in der Seitenwandung (67a) ausgebildete Öffnung (71) aufweist, die die Verbindung zwischen der Mischkammer (63a) und der Atmosphäre herstellt.

43. Katalysator nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysa­ torgehäuse zylindrisch geformt ist und eine ringförmige Seitenwandung bildet, welche die Mischkammer umschließt, und daß das Befestigungsteil ein integral mit der Sei­ tenwandung ausgebildeter Flansch ist und zusammen mit der ringförmigen Seitenwandung eine L-förmige Konstruk­ tion bildet, und daß die Ansaugeinrichtung mindestens eine Öffnung aufweist, die am Schnittpunkt zwischen der Seitenwandung und dem Flansch ausgebildet ist und die Verbindung zwischen der Mischkammer und der Atmosphäre herstellt.

44. Katalysator nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysa­ torgehäuse zylindrisch geformt ist und eine ringförmige Seitenwandung bildet, welche die Mischkammer umschließt, wobei das Befestigungsteil ein integral mit der Seiten­ wandung ausgebildeter Flansch ist und zusammen mit der ringförmigen Seitenwandung eine L-förmige Konstruktion bildet, und wobei der Flansch mindestens ein Distanz­ stück aufweist, welches von ihm wegsteht, und daß die Ansaugeinrichtung mindestens eine Öffnung aufweist, die zwischen dem Distanzstück, dem Flansch und der ringför­ migen Seitenwandung ausgebildet ist und die Verbindung zwischen der Mischkammer und der Atmosphäre herstellt.

45. Katalysator nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Flansch (50, 88) umlaufend auf der ringförmigen Seiten­ wandung erstreckt und eine Vielzahl von in Umfangsrich­ tung voneinander beabstandeten Distanzstücken (55, 90) aufweist, und daß zwischen jeweils einem Distanzstück (55, 90) und dem benachbarten paarigen Distanzstück eine bogenförmige Öffnung (54, 89) ausgebildet ist.

46. Katalysator nach einem der Ansprüche 42, 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugein­ richtung weiterhin eine Einrichtung zum Herbeiführen ei­ ner Turbulenz aufweist, welche in der in die Mischkammer (48a, 80a) eintretenden Luft eine Turbulenz hervorruft.

47. Katalysator nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung zum Herbeiführen einer Turbulenz eine in der Öff­ nung ausgebildete Verengung (91) aufweist.

48. Katalysator nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung zum Herbeiführen einer Turbulenz ein Ventil auf­ weist, das zum Öffnen und Verschließen der Öffnung betä­ tigbar ist.

49. Katalysator nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Membranventil aufweist.

50. Katalysator nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß das Membran­ ventil auf einer Innenfläche des Gehäuses innerhalb der Mischkammer angebracht ist und sich zur Anströmseite hin entgegen der Strömungsrichtung der durch das Gehäuse ge­ führten Abgase öffnet.