DE60223948T2 - Gegenläufiger katalytischer abgasschalldämpfer - Google Patents
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Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Handhabung von Motorabgasen und insbesondere eine Vorrichtung zur Geräuschunterdrückung und für die katalytische Behandlung von Abgasen von Brennkraftmaschinen.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Bei der Verbrennung von Brennstoffen auf Erdölbasis in einer Brennkraftmaschine verbinden sich Kohlenwasserstoffe in dem Brennstoff und Stickstoff und Sauerstoff aus der für die Verbrennung des Brennstoffs verwendeten Luft zu verschiedenen Oxiden und Nitriden, die grundsätzlich Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Distickstoffoxid und Stickoxid enthalten. Abfallstoffe in dem Brennstoff, wie zum Beispiel Schwefel, erzeugen weitere Oxide, wie zum Beispiel Schwefeldioxid. Hinzu kommt, dass einiges von dem Brennstoff zum Teil verbrannt oder unverbrannt in das Abgas gelangt.
- Häufig sind die Sonderoxide für den Menschen schädlicher als die anderen Oxide derselben Elemente. Zum Beispiel kann Kohlendioxid weniger gefährlich sein als Kohlenmonoxid. Um die schädlicheren Emissionen auf ein Minimum zu reduzieren, sind die meisten Brennkraftmaschinen, insbesondere solche, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, in ihrem Abgassystem mit Abgaskatalysatoren ("katalytischen Wandlern") ausgestattet, um die weniger erwünschten Oxide in mehr erwünschte Oxide umzuwandeln.
- In Kraftfahrzeugen steht normalerweise ausreichend Raum sowohl für einen katalytischen Wandler als auch für eine Geräuschunterdrückungsvorrichtung wie einen Schalldämpfer und einen Resonator für die normalerweise mit dem Betrieb einer Brennkraftmaschine verbundene Geräuschdämpfung zur Verfügung. Solche Schalldämpfer sind z. B. in den Dokumenten
FR-A-2 226 865 US-A-4,735,283 beschrieben. - Kleinere Motoren, wie sie zum Beispiel in Rasenmähern zum Einsatz kommen, sind bedeutende Umweltverschmutzer, wurden aber in der Vergangenheit nur selten, wenn überhaupt, mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung ausgestattet, trotz der Tatsache, dass ihre Schadstoffemission für ihre Größe unverhältnismäßig hoch ist. Ein Grund dafür ist möglicherweise das Fehlen von teueren und hochentwickelten Motor-Managementsystemen, wie man sie in teueren Anwendungen findet, zum Beispiel in Automobilen.
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen katalytischen Schalldämpfer mit kompakten Abmessungen zu sorgen, der problemlos in kleinen Verdrängungsmotoren Platz findet.
- Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen solchen kompakten katalytischen Schalldämpfer zur sorgen, der auch Schalldämpfungseigenschaften besitzt, so dass sich ein separater Schalldämpfer erübrigt.
- Es ist auch eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen geräuschunterdrückenden katalytischen Schalldämpfer für Kleinmotoranwendungen auszubilden, der einfach und vergleichsweise preiswert herzustellen ist und der sich ohne weiteres sowohl für die Originalausrüstung (OEM) als auch für die Nachrüstung eignet.
- ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
- Diese Aufgabe wird durch einen katalytischen Schalldämpfer gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelöst.
- Die Einlassleitung und die Auslassleitung können sich durch die erste Kammer erstrecken, je nach Wunsch durch eine Endwand der ersten Kammer oder durch eine Seitenwand der ersten Kammer. Alternativ dazu kann sich die Ein lassleitung in die erste Kammer hinein erstrecken, und die Auslassleitung kann sich in die zweite Kammer hinein erstrecken.
- Das Reaktorbett kann in einem Teil davon einen Oxidationskatalysator und in einem anderen Teil davon einen Reduktionskatalysator aufweisen.
- Der Reduktionskatalysator kann stromaufwärts des Oxidationskatalysators angeordnet sein.
- Das Gehäuse kann zylindrisch sein.
- ZEICHNUNGSBESCHREIBUNG
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend im Detail beschrieben, wobei auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen katalytischen Schalldämpfers; -
2 ein1 entsprechendes perspektivisches Sprengbild; -
2A ein teilweises Sprengbild eines katalytischen Wandlers gemäß2 , wobei eine alternative Gehäuseausbildung dargestellt ist; -
2B ein teilweises Sprengbild einer noch weiteren Ausführungsform für das Gehäuse des katalytischen Wandlers von2 ; -
3 ist eine Seitenansicht des katalytischen Schalldämpfers von1 ; -
4 ist eine Endansicht der linken Seite des katalytischen Schalldämpfers von1 ; -
5 ist eine Endansicht der rechten Seite des katalytischen Schalldämpfers von1 ; -
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 von3 ; -
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 von3 ; -
8 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen katalytischen Schalldämpfers, der einen endseitigen Einlass und einen seitlichen Auslass hat; -
8A ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen katalytischen Schalldämpfers, der einen seitlichen Einlass und einen seitlichen Auslass hat; und -
9 ist ein Sprengbild einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen katalytischen Schalldämpfers. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Ein erfindungsgemäßer katalytischer Schalldämpfer ist in den anliegenden Darstellungen allgemein mit Bezugsziffer
10 bezeichnet. Der katalytische Schalldämpfer10 ist dargestellt mit einem allgemein zylindrischen Gehäuse12 , wobei sich jedoch versteht, dass auch andere Gehäuseformen wählbar sind. - Das Gehäuse
12 hat an seinem einen Ende eine erste Kammer14 und an dem gegenüberliegenden Ende eine zweite Kammer16 . Ein Reaktorbett18 belegt den Raum zwischen der ersten Kammer14 und der zweiten Kammer16 . Das Reaktorbett18 kann ein katalysator-tragendes keramisches (oder möglicherweise anderes) Substrat mit einer wabenförmigen Konfiguration sein, wobei sich eine Vielzahl von einzelnen Durchflusskanälen20 in Längsrichtung hindurch erstreckt. Infolgedessen stehen die erste und die zweite Kammer14 und16 durch das Reaktorbett18 jeweils in Fluidkommunikation miteinander. - Eine Einlassleitung
30 erstreckt sich durch das Gehäuse12 hindurch in die erste Kammer14 . Je nach Anwendung kann sich die Einlassleitung in eine Seite (8 ) oder in ein Ende des Gehäuses erstrecken. Ebenfalls abhängig von der Anwendung kann die Einlassleitung verschiedene Konfiguration haben und Anordnungen aufweisen wie beispielsweise eine Gewindeöffnung und einen Rohrkrümmer. Die gewählte spezielle Konfiguration hängt generell von der Konfiguration des Abgassystems und von dem in der beabsichtigten Anwendung verfügbaren Raum ab. - Eine Auslassleitung
32 kann sich entweder von der ersten Kammer14 oder von der zweiten Kammer16 erstrecken. Die Auslassleitung32 kann sich entweder von einer Seite oder von einem Ende des Gehäuses12 erstrecken. Wie im Falle der Einlassleitung30 , sind die Lage und die Konfiguration der Auslassleitung32 generell abhängig von den mit der beabsichtigten Anwendung verbundenen Parametern. - Eine erste Ablenkeinrichtung
40 befindet sich in der ersten Kammer14 . Die erste Ablenkeinrichtung40 ist ein allgemein T-förmig konfiguriertes Element. Das Element erstreckt sich zwischen dem Gehäuse12 und dem Reaktorbett, so dass es die erste Kammer14 jeweils in einen ersten, einen zweiten und einen dritten Teil42 ,44 und46 unterteilt. Der erste Teil42 und der dritte Teil46 machen jeweils etwa ein Viertel (1/4) des Volumens der ersten Kammer14 aus. - Der dritte Teile macht etwa eine Hälfte (1/2) des Volumens der ersten Kammer
14 aus. - Eine zweite Ablenkeinrichtung
50 ist in der zweiten Kammer16 angeordnet und erstreckt sich zwischen dem Gehäuse12 und dem Reaktorbett18 , um die zweite Kammer jeweils in einen ersten und einen zweiten Teil52 und54 zu unterteilen. Der erste Teil52 und der zweite Teil54 haben etwa das gleiche Volumen. - Die erste Ablenkeinrichtung
40 , die zweite Ablenkeinrichtung50 , das Gehäuse12 und das Reaktorbett18 wirken zusammen, um jeweils einen Durchflusskanal durch zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte diskrete Zone60 ,62 und64 des Reaktorbetts18 zu definieren. - Das Gas wird deshalb derart gelenkt, dass es von der Einlassleitung
30 in den ersten Teil42 der ersten Kammer14 , durch die erste Zone60 , durch den ersten Teil52 der zweiten Kammer16 , durch die zweite Zone62 des Reaktorbetts18 in den zweiten Teil44 der ersten Kammer12 und durch die dritte Zone64 des Reaktorbetts in den zweiten Teil54 der zweiten Kammer16 strömt. Wenn die Auslassleitung32 mit dem zweiten Teil54 der zweiten Kammer16 kommuniziert, wird das Gas durch diese abgeleitet. - Wenn die Auslassleitung
32 mit dem dritten Teil46 der ersten Kammer14 kommuniziert, strömt das Gas von dem zweiten Teil54 der zweiten Kammer16 durch eine vierte Zone66 des Reaktorbetts in den dritten Teil der ersten Kammer14 und durch den Auslass32 nach draußen. In dieser letzteren Ausführungsform strömt das Gas viermal durch das Reaktorbett18 , wenngleich jedes Mal durch eine andere Zone. In der ersten Ausführungsform strömt das Gas dreimal durch das Reaktorbett18 und jedes Mal durch eine andere Zone. - Das Reaktorbett
18 selbst kann aus mehr als einer Sektion bestehen, und eine Sektion kann einen Oxidationskatalysator und die andere Sektion dagegen einen Reduktionskatalysator tragen. Es wird erwartet, dass der katalytische Schalldämpfer10 wirksamer ist, wenn die Reduktionssektion beispielsweise stromaufwärts der Oxidationssektion liegt, wenn die erste Zone60 und die zweite Zone62 die Reduktion fördern und wenn die dritte Zone64 und die vierte Zone66 (sofern eine vierte Zone vorhanden ist) die Oxidation fördern. - Ein Art der Konfiguration eines katalytischen Schalldämpfers
10 ist in dem Sprengbild von2 gezeigt. Das Gehäuse12 besteht aus einem ersten und einem zweiten scheibenförmigen Teil80 und82 , die an den jeweiligen Außenkanten mit einer Hülse90 verbunden sein können. Das erste Ablenkelement oder die erste Ablenkeinrichtung40 kann allgemein P-förmig sein oder alternativ dazu T-förmig und als Abstandselement dienen, um das Reaktorbett16 in dem Gehäuse12 örtlich festzulegen. Das zweite Ablenkelement oder die zweite Ablenkeinrichtung50 kann rechteckförmig oder alternativ dazu allgemein D-förmig sein und als weiteres Abstandselement dienen, um das Reaktorbett18 in dem Gehäuse12 örtlich festzulegen. Es können auch Halteringe92 für den Eingriff mit dem Inneren der Hülse90 vorgesehen sein, um das Reaktorbett18 örtlich festzulegen. - Wie in
2B dargestellt ist, kann das Gehäuse12 einer Alternative gemäß in drei Teilen ausgebildet sein, mit einem ersten becherförmigen Teil88 und einen zweiten becherförmigen Teil92 , die die gegenüberliegenden Enden der Hülse90 verschließen. - Gemäß einer noch weiteren Alternative kann das Gehäuse jeweils aus einem ersten und einem zweiten becherförmigen Teil
94 ,96 gebildet sein, die an den jeweiligen Außenkanten98 und100 verbunden sein können. - Die vorstehende Beschreibung dient lediglich zum Zweck der Darstellung der Erfindung und ist nicht im Sinne einer Einschränkung zu verstehen. Abwandlungen der beschriebenen Konstruktionen sind möglich, ohne den Schutzrahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
Claims (11)
- Katalytischer Schalldämpfer (
10 ), umfassend: ein Gehäuse (12 ) mit einer ersten Kammer (14 ) und einer zweiten Kammer (16 ), die sich über ein zwischengeschaltetes Reaktorbett (18 ), das einen Katalysator trägt, in Fluidkommunikation befinden; wobei das Reaktorbett (18 ) eine Vielzahl von diskreten Strömungsleitungen (20 ) aufweist, die sich in Längsrichtung durch das Reaktorbett hindurch erstrecken, um für eine Fluidkommunikation zwischen der ersten und der zweiten Kammer (14 ,16 ) zu sorgen; eine Einlassleitung (30 ), die sich durch das Gehäuse (12 ) hindurch in die erste Kammer (14 ) hinein erstreckt; eine Auslassleitung (32 ), die sich durch das Gehäuse (12 ) hindurch in eine von der ersten Kammer (14 ) oder der zweiten Kammer (16 ) erstreckt; eine zweite Ablenkeinrichtung (50 ) in der zweiten Kammer (16 ), die sich zwischen dem Reaktorbett (18 ) und dem Gehäuse (12 ) erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Schalldämpfer (10 ) ferner umfasst: eine erste Ablenkanordnung (40 ), die sich zwischen dem den Katalysator tragenden Reaktorbett (18 ) und dem Gehäuse (12 ) in Längsrichtung durch die erste Kammer (14 ) hindurch erstreckt, um die erste Kammer (14 ) in Längsrichtung zu teilen; wobei die erste und die zweite Ablenkanordnung (40 ,50 ) derart konfiguriert sind, dass sie in Verbindung mit dem Gehäuse (12 ) und dem Reaktor (18 ) wirken, um von der Einlassleitung (30 ) bis zur Auslassleitung (32 ) einen Strömungskanal durch das Gehäuse (12 ) zu definieren, wobei das Reaktorbett (18 ) zumindest dreimal sequenziell in Längsrichtung passiert werden muss, wobei jede sich anschließende Durchströmung jeweils durch eine diskrete, seitlich angrenzende Zone (60 ,62 ,64 ,66 ) des Reaktorbetts (18 ) und in einer zu der Richtung einer unmittelbar vorausgehenden Zone dieser Durchströmungen umgekehrten Richtung erfolgt. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach Anspruch 1, wobei eine der Einlass- und Auslassleitungen (30 ,32 ) sich durch eine Endwand des Gehäuses (12 ) erstreckt; und wobei sich die andere der Einlass- und Auslassleitungen (32 ,30 ) durch eine Seitenwand des Gehäuses (12 ) erstreckt. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach Anspruch 1, wobei sich die Einlass- und die Auslassleitung (30 ,32 ) durch eine Seitenwand des Gehäuses (12 ) erstrecken. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach Anspruch 1, wobei sich die Einlass- und die Auslassleitung (30 ,32 ) durch eine Endwand des Gehäuses (12 ) erstrecken. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4, wobei das Reaktorbett (18 ) in einem Teil einen Oxidationskatalysator und in einem anderen Teil einen Reduktionskatalysator aufweist. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach den Ansprüchen 4 oder 5, wobei sich die Einlassleitung (30 ) in die erste Kammer (14 ) hinein erstreckt und wobei sich die Auslassleitung (32 ) in die zweite Kammer (16 ) hinein erstreckt. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach Anspruch 6, wobei der Reduktionskatalysator stromaufwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach Anspruch 7, wobei das Reaktorbett (18 ) aus Sektionen besteht und der Oxidationskatalysator und der Reduktionskatalysator in verschiedenen Sektionen liegen. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Gehäuse (12 ) zylinderförmig ist. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (12 ) zylinderförmig ist und durch einen becherförmigen ersten und zweiten Teil (94 ,96 ) definiert ist, die an ihren jeweiligen Außenkanten (98 ,100 ) verbunden sind; und wobei die erste und die zweite Ablenkeinrichtung (40 ,50 ) als Abstandselemente dienen, um das Reaktorbett (18 ) in dem Gehäuse (12 ) örtlich festzulegen. - Katalytischer Schalldämpfer (
10 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gehäuse (12 ) zylinderförmige ist und aus einem becherförmigen ersten und zweiten Teil (94 ,96 ) besteht, die an jeweiligen Außenkanten (98 ,100 ) mit den betreffenden Enden einer Hülse (90 ) verbunden sind; und wobei die erste und die zweite Ablenkeinrichtung (40 ,50 ) als Abstandselemente dienen, um das Reaktorbett (18 ) in dem Gehäuse (12 ) örtlich festzulegen.
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