DE69528639T2

DE69528639T2 - Auspuffgasreinigungsgerät

Info

Publication number: DE69528639T2
Application number: DE69528639T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Asai; Yoichi Ishibashi; Kenjiro Saito
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-11-07
Filing date: 1995-11-06
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2015-11-07
Also published as: CA2180639A1; TW302420B; PT753650E; EP0753650B1; JP3369335B2; ATE226687T1; DE69528639D1; DK0753650T3; WO1996014499A1; EP0753650A1; EP0753650A4; JPH08135436A; ES2185717T3; US5897843A; CA2180639C; CN1140481A; CN1069734C

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasreiner, in dem ein Expansionsrohr und ein dünnwandiges Katalysatorelement in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet sind, um hierdurch die Reinigungswirkung zu erhöhen, während die Leistung einer Maschine auf einem hohen Wert gehalten wird.

Technischer Hintergrund

Ein in Fig. 11 gezeigter Abgasreiniger ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 3-22913 offenbart worden, worin ein gelochtes Rohr 102, das eine Vielzahl von mit Abstandsintervallen voneinander angeordneten Lüftungslöchern 103 aufweist, entlang der Innenumfangsfläche einer Expansionskammer 01 angeordnet ist, die mit einer Auslassöffnung einer Brennkraftmaschine verbunden ist.
In dem in Fig. 11 gezeigten Reiniger ist ein Endrohr 104, das zur stromaufwärtigen Seite weist, in der Expansionskammer 01 an dem stromabwärtigen Ende davon derart angeordnet, dass es hierzu koaxial ist. Ein Abgasdurchlässiger Katalysator 05 ist an dem stromaufwärtigen Ende des Endrohrs 04 angebracht. Ein Teil des Abgases, das von der Auslassöffnung der Brennkraftmaschine in die Expansionskammer 01 fließt, wird in Kontakt mit einem Katalysator gebracht, der an der Oberfläche des an der stromaufwärtigen Seite positionierten durchlochten Rohrs 03 angebracht ist, wodurch es gereinigt wird; während das Abgas in der Expansionskammer 01 in Kontakt mit dem Abgas-durchlässigen Katalysator 05 an der stromabwärtigen Seite gebracht wird, wodurch es gereinigt wird.
Der in Fig. 11 gezeigte Reiniger hat jedoch den folgenden Nachteil. In diesem Reiniger ist, bei Annäherung der Innenumfangsfläche von der Mitte der Expansionskammer 01, die Strömungsrate des Abgases signifikant reduziert, und zwar wegen eines Widerstands der Innenumfangsfläche der Expansionskammer 01. Im Ergebnis besteht die Tendenz, dass der Großteil des Abgases, das durch die Mitte der Expansionskammer 01 mit hoher Strömungsrate fließt, nicht mit dem Katalysator in Kontakt gebracht wird, der an dem durchlochten Rohr 03 benachbart der Innenumfangsfläche der Expansionskammer 01 angebracht ist, und wird aus dem Endrohr 04 nach außen abgegeben, wodurch man keinen ausreichenden Reinigungseffekt durch den an dem durchlochten Rohr 03 angebrachten Katalysator erhält.
In diesem Reiniger ist der Abgas-durchlässige Katalysator 05 an der Mitte der stromabwärtigen Seite der Expansionskammer 01 derart angeordnet, dass er von der stromabwärtigen Seite zur stromaufwärtigen Seite vorsteht. Auch wenn die Größe und Form der Expansionskammer 01 festgelegt ist, um die Spülwirkung durch den Trägheitseffekt vom Abgas in einem normalen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine sowie auch den Durchblasverhinderungseffekt mittels einer Reflexionswelle des Abgases zu verbessern, können demzufolge diese Effekte durch das Vorhandensein des obigen Abgas-durchlässigen Katalysators 05 nicht erreicht werden, wodurch eine Verbesserung der Spülwirkung nicht möglich wird.
Ein in Fig. 12 gezeigter Abgasreiniger ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 3-127017 offenbart worden. Dieser ist von dem in Fig. 11 gezeigten Reiniger modifiziert. In diesem Reiniger ist ein stromaufwärtiges Ende 011 eines Expansionsrohrs 010, das eine ähnliche Form hat wie die herkömmliche Expansionskammer, mit einer Auslassöffnung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine verbunden, die an einem Kraftrad (nicht gezeigt) angebracht ist. Das stromabwärtige Ende 012 (an der rechten Seite in der Figur) des Abgasrohrs 010 ist geschlossen. Ein Abgasrohr 013 zweigt von dem Expansionsrohr 010 an einer Position nahe dem stromaufwärtigen Ende 011 ab, und ein dünnwandiges Katalysatorelement 014 ist an der Innenumfangsfläche des Abgasrohrs 013 an einer Position nahe dem stromaufwärtigen Ende angeordnet. In dem Katalysatorelement 014 ist der Katalysator an der Oberfläche genauso angebracht wie in dem gelochten Rohr 03 des in Fig. 11 gezeigten Reinigers. Das stromabwärtige Ende des Abgasrohrs 013 ist mit einem Schalldämpfer 015 verbunden.
In dem in Fig. 12 gezeigten Reiniger wird die Spülwirkung verbessert, weil jegliche Komponente, die die Reflexion einer Druckwelle stört, an der Innenumfangsfläche des Expansionsrohrs 010 nicht vorhanden ist. Jedoch kann, wie bei dem Katalysator, der an dem in Fig. 11 gezeigten durchlochten Rohr 03 angebracht ist, Abgas nicht ausreichend in Kontakt mit dem Katalysatorelement 014 gebracht werden, wodurch es nicht möglich ist, eine hohe Spülwirkung zu erhalten. Die JP-A-521 10317 offenbart einen Abgasreiniger nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Offenbarung der Erfindung

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Abgasreiniger angegeben, umfassend: ein Expansionsrohr, das ein stromaufwärtiges Ende zum Anschluss an einem Abgasauslassrohr einer Brennkraftmaschine und ein stromabwärtiges Ende, das geschlossen ist, aufweist, worin eine Abgasauslassöffnung in dem Expansionsrohr benachbart dem stromaufwärtigen Ende davon ausgebildet ist, und worin ein Abgas-durchlässiges, dünnwandiges Katalysatorelement an dem Außenumfang des Expansionsrohrs angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas-durchlässige, dünnwandige Katalysatorelement das stromaufwärtige Ende des Expansionsrohrs umgibt und das Abgasauslassöffnungsmittel einschließt; und eine Verschlussplatte das Abgas-durchlässige, dünnwandige Katalysatorelement umschließt und die Wirkung hat, durch das Katalysatorelement getretenes Gas abzugeben und es davon wegzuführen.
Mit dieser Konfiguration wird in dem Expansionsrohr fließendes Abgas durch die Rohrwand des Expansionsrohrs nicht abgekühlt, und es strömt radial durch die Abgasauslassöffnung, die am stromaufwärtigen Ende des Expansionsrohrs ausgebildet ist. Dann wird das Abgas in Kontakt mit dem Abgas-durchlässigen dünnwandigen Katalysatorelement gebracht, das außerhalb der Öffnung vorgesehen ist. Im Ergebnis kann eine hohe Reinigungswirkung erhalten werden.
In dem obigen Expansionsrohr ist kein Katalysator vorhanden. Dies macht es möglich, eine Änderung der Abgastemperatur in Abhängigkeit von Reaktionshitze des Katalysators aufgrund einer Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu vermeiden. Somit kann ein weiter Betriebsbereich, eine stabile Reflexionswelle auf hohem Wert erhalten werden, und hierdurch kann eine hohe Spülwirkung erreicht werden. Im Ergebnis kann eine hohe Leistung erwartet werden.
In dieser Konfiguration wird verhindert, dass die Temperatur von Abgas in dem Expansionsrohr aufgrund von Reaktionshitze des Katalysators in dem Expansionsrohr erhöht wird und auf einer relativ niedrigen Temperatur gehalten wird. Die Größe des Expansionsrohrs kann reduziert werden, um die Größe und das Gewicht des Reinigers zu reduzieren, was zu reduzierten Kosten führt.
Das dünnwandige Katalysatorelement kann ein Metallblech aufweisen, das eine Vielzahl von Löchern aufweist, sowie einen Katalysator, der an der Oberfläche des Metallblechs angebracht ist. Mit dieser Konfiguration kann die Menge von teurem Katalysator reduziert werden, und auch kann der Durchtrittswiderstand von Abgas durch das dünnwandige Katalysatorelement gesenkt werden. Im Ergebnis kann ein billiger Abgasreiniger mit exzellenter Massenproduktion erhalten werden, wobei der Reiniger in der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine verbessert ist.
Der Außenumfang des dünnwandigen Katalysatorelements, der zu der Abgasauslassöffnung weist, kann durch ein Verschlusselement abgedichtet sein, und das stromaufwärtige Ende eines Schalldämpfers, der einen Katalysator enthält, der sich über den gesamten Querschnitt eines Strömungswegs erstreckt, kann mit einem Raum in Verbindung stehen, der durch das Verschlusselement abgedichtet ist. Wenn bei dieser Konfiguration Abgas nicht ausreichend durch das dünnwandige Katalysatorelement an der stromaufwärtigen Seite des Expansionsrohrs gereinigt wird, wird es in Kontakt mit dem Katalysator in dem Schalldämpfer gebracht, der an der stromabwärtigen Seite des Expansionsrohrs angeordnet ist. Demzufolge wird das Abgas mit Sicherheit gereinigt, und hierdurch kann die Reinigungswirkung weiter verbessert werden.
Bevorzugt hat das Expansionsrohr eine langgestreckte Form; wobei ein langgestreckter Schalldämpfer, der einen Katalysator enthält, auf der Linie angeordnet ist, die sich von dem stromabwärtigen Ende des Expansionsrohrs erstreckt; wobei sich ein Abdichtelement zum Abdichten des Außenumfangs des dünnwandigen Katalysatorelements, der zur Abgasauslassöffnung weist, von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite des Expansionsrohrs erstreckt und das stromaufwärtige Ende des Schalldämpfers erreicht; und wobei ein durch das Verschlusselement abgedichteter Raum mit dem Expansionsrohr und dem Schalldämpfer in Verbindung steht. Mit dieser Konfiguration kann eine Brennkraftmaschine, die einen Abgasreiniger der vorliegenden Erfindung enthält, an einem Kraftrad mit ausgezeichnetem Aussehen angebracht werden.
Sekundärluft kann zu einem Abschnitt an der stromabwärtigen Seite von der Abgasauslassöffnung und an der stromaufwärtigen Seite von dem Katalysator in dem Schalldämpfer zugeführt werden. Mit dieser Konfiguration kann Sekundärluft in den einen Katalysator enthaltenden Schalldämpfer eingeführt werden, ohne eine Druckwelle in dem Expansionsrohr irgendwie nachteilig zu beeinflussen. Im Ergebnis kann Abgas mit größerer Sicherheit gereinigt werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer Ausführung eines Abgasreinigers der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht entlang Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vertikale Schnittansicht von wesentlichen Abschnitten von Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine vergrößerte vertikale Schnittansicht wesentlicher Abschnitte von Fig. 4;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang Linie VI-VI von Fig. 4;
Fig. 7 ist ein Kenndiagramm, das Druckänderungen in einer Auslassöffnung zeigt, in Bezug auf ein herkömmliches Expansionsrohr, in dem der Querschnitt zur stromabwärtigen Seite allmählich vergrößert ist und dann reduziert ist, und ein Expansionsrohr, in dem der Querschnitt allmählich größer wird und eine Abgasauslassöffnung in der Umfangsfläche der vergrößerten stromabwärtigen Seite ausgebildet ist;
Fig. 8 ist ein Kenndiagramm, das Druckänderungen in einer Auslassöffnung zeigt, in Bezug auf das herkömmliche Abgasrohr und ein Abgasrohr, das von dem herkömmlichen Typ derart modifiziert ist, dass ein dünnwandiges Katalysatorelement mit kleinen Löchern an der Innenumfangsfläche des Expansionsrohrs angeordnet ist;
Fig. 9 ist ein Kenndiagramm, das Druckänderungen in einer Auslassöffnung zeigt, in Bezug auf das herkömmliche Expansionsrohr, und ein Expansionsrohr, in dem der Querschnitt zur stromabwärtigen Seite hin allmählich vergrößert ist und eine Abgasauslassöffnung an der Umfangsfläche an der vergrößerten stromaufwärtigen Seite ausgebildet ist;
Fig. 10 ist ein Kenndiagramm, das Druckänderungen in einer Auslassöffnung zeigt, in Bezug auf das herkömmliche Abgasrohr und das in Fig. 9 gezeigte Abgasrohr, bei dem der Abgasreiniger der vorliegenden Erfindung angewendet ist;
Fig. 11 ist eine Seitenansicht eines herkömmlichen Abgasreinigers, wobei Teile davon teilweise weggelassen sind; und
Fig. 12 ist eine Seitenansicht eines anderen herkömmlichen Abgasreinigers, wobei Teile teilweise weggelassen sind.

Beste Art zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird eine Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Eine am stromaufwärtigen Ende eines Expansionsrohrs 1 gebildete Öffnung 1a ist mit einer Auslassöffnung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine verbunden, die an einem Krafrad (nicht gezeigt) angebracht ist. Das Expansionsrohr 1 ist aus einem rostfreien (SUS304) Stahlblech gebildet, das einer Hitzebeständigkeits-Oberflächenbehandlung unterzogen worden ist. Das Expansionsrohr 1 ist im Durchmesser allmählich vergrößert, wenn es sich der stromabwärtigen Seite annähert, und ist am stromabwärtigen Ende vermittels einer angenähert halbkugelförmigen Rohrwand 1b verschlossen. Die Größe und Form des Expansionsrohrs 1 sind nämlich bestimmt, um eine hohe Spülwirkung zu erhalten, indem sowohl ein Trägheitseffekt von Abgas, das aus der Zweitakt-Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) abgegeben wird, als auch ein Durchblas-Verhinderungseffekt unter Verwendung einer Reflexionswelle des Abgases erreicht wird.
Zwei Abgasauslassöffnungen 2 sind in einer Umfangswand des Expansionsrohrs 1 nahe dem stromaufwärtigen Ende so ausgebildet, dass sie in der Längsrichtung (oder in der Umfangsrichtung) mit Abstand voneinander angeordnet sind. Ein Abgas-durchlässiges, dünnwandiges Katalysatorelement 3 ist um den Außenumfang des Expansionsrohrs 1 herum derart angeordnet, dass es die Abgasauslassöffnungen 2 umgibt. Hierbei ist das Katalysatorelement 3 von den Öffnungen 2 durch eine bestimmte Lücke getrennt. Beide Seiten des Katalysatorelements 3 sind zu dem Expansionsrohr 1 hin gekrümmt und sind an der Außenumfangsfläche des Expansionsrohrs 1 durch Verschweißung oder dgl. befestigt.
Das Katalysatorelement 3 enthält einen Träger, der aus rostfreiem (SUS304) Stahlblech gebildet ist, das eine Vielzahl kleiner Löcher 4 hat. Eine aus wasserlöslichem Silika gebildete Unterschichtlage ist auf den Innen- und Außenflächen (einschließlich den kleinen Löchern 4) des Trägers ausgebildet. Eine Spülschichtlage aus auf aktivem Aluminiumoxid basierendem Material, das mit einem Additiv auf Cerica-Basis und einem Bindemittel auf Silika-Basis vermischt ist, ist auf der Unterschichtlage ausgebildet. Ein Edelmetallkatalysator, der Platin (Pt) und Rhodium (Rh) mit einem Gewichtsverhältnis von 20 : 1 enthält, ist auf der Spülschichtlage mit einem Verhältnis von 1-2 g/m² angebracht.
Der Außenumfang des Katalysators 3 ist durch eine Verschlussplatte 5 abgedichtet. Eine Öffnung 5a ist in der Verschlussplatte 5 an der Seite ausgebildet, die den Abgasauslassöffnungen 2 des Abgasrohrs 1 gegenüberliegt. Ein Verbindungsrohr 6 ist an seinem Oberende in die Öffnung 5a der Verschlussplatte 5 eingesetzt. Das Verbindungsrohr 6 durchdringt eine Öffnung 7a eines Schalldämpfergehäuses 7, das derart angeordnet ist, dass es dem Expansionsrohr 1 benachbart und im Wesentlichen parallel hierzu ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein unterer Endabschnitt 6a des Verbindungsrohrs 6 im Querschnitt U-förmig und ist zur stromaufwärtigen Seite (an der linken Seite in Fig. 3) des Schalldämpfergehäuses 7 geöffnet.
Ein monolithischer Katalysator 8 mit bienenwabenförmigem Querschnitt ist in das Schalldämpfergehäuse 7 an der stromabwärtigen Seite eingesetzt. Ein Außengehäuse 9 ist derart angeordnet, dass es den Außenumfang des monolithischen Katalysators 8 koaxial umgibt. Eine konische Endplatte 10 ist am stromabwärtigen Ende des Schalldämpfergehäuse 7 angebracht. Eine Mehrzahl kleiner Löcher 11 ist in der Endplatte 10 ausgebildet. Eine Schalldämpferkammer 12, die zwischen dem Schalldämpfergehäuse 7 und dem Außengehäuse 9 ausgebildet ist, ist mittels einer Trennplatte 13 in zwei Teile unterteilt. Mehrere Stücke von Verbindungsrohren unterschiedlicher Länge (nicht gezeigt) durchsetzen die Trennplatte 13, und ein Endrohr 14 durchsetzt das Außengehäuse 9. Somit wird Abgasgeräusch in der Schalldämpferkammer 12 gedämpft.
Ein Raum 15 in dem Schalldämpfergehäuse 7 ist mittels einer Trennplatte 16, die stromauf des Verbindungsrohrs 6 vorgesehen ist (an der rechten Seite in der Figur) in Räume 15a, 15b unterteilt. In der Trennplatte 16 sind Verbindungslöcher 17 ausgebildet. Der Raum 15b ist mittels eines Rückschlagventils (Blattventils) 18 unterteilt, um an der rechten Seite des Raums 15b einen Raum 15c zu bilden. Ein Sekundärluft-Einführrohr 19 ist in das stromaufwärtige Ende des Schalldämpfergehäuses 7 (am rechten Ende in der Figur) eingesetzt, zur Verbindung mit dem Raum 15c.
Das Innere des Expansionsrohrs 1 steht mit dem Raum 15a des Schalldämpfergehäuses 7 mittelseines Unverbranntes-Öl-Wiedergewinnungsrohrs 20 in Verbindung, und in dem Unverbranntes-Öl-Wiedergewinnungsrohr 20 ist ein Rückschlagventil 21 angeordnet.
In der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführung fließt Abgas, das von der Zweitakt-Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) abgegeben wird, in das Expansionsrohr 1, und danach erreicht es nicht die halbkugelförmige Rohrwand 1b an dem stromabwärtigen Ende des Expansionsrohrs 1, sondern strömt durch die Abgasauslassöffnungen 2 nahe der stromaufwärtigen Endöffnung 1a. Das Abgas wird dann in Kontakt mit dem dünnwandigen Katalysatorelement 3 gebracht, wobei es in den Raum 15a des Schalldämpfergehäuses 7 aus dem von der dünnen Dichtplatte 5 umgebenen Raum durch das Verbindungsrohr 6 fließt und wird mit dem monolithischen Katalysator 8 in Kontakt gebracht. Danach fließt das Abgas in der Schalldämpferkammer 12 durch die kleinen Löcher 11, so dass das Abgasgeräusch gedämpft wird, und wird danach aus dem Endrohr 14 zur Atmosphärenluft abgegeben.
Das Abgas, das mit hoher Temperatur in dem Expansionsrohr 1 fließen kann, wird von den Abgasauslassöffnungen 2 nahe der stromaufwärtigen Endöffnung 1a abgegeben, und das Abgas nahe der halbkugelförmigen Rohrwand 1b am stromabwärtien Ende des Expansionsrohrs 1 wird nicht auf hohe Temperatur erhitzt und wird daher auf einer niedrigen Temperatur gehalten. Somit wird die Durchschnittstemperatur des gesamten Abgases in dem Expansionsrohr 1 gesenkt, und hierdurch wird die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Abgases reduziert. Im Ergebnis kann die Größe des Expansionsrohrs 1 reduziert werden.
Da keinerlei Katalysator, der die Reflexion der Abgasdruckwelle stört, in dem Expansionsrohr 1 vorhanden ist, kann der Trägheitseffekt des Abgases durch das Expansionsrohr 1 und der Durchblasverhinderungseffekt unter Verwendung der Reflexionswelle des Abgases ausreichend erzielt werden.
Im Ergebnis kann die Spülwirkung verbessert werden, und hierdurch kann die Leistung der Brennkraftmaschine verbessert werden.
Nach dem Durchtritt durch die Abgasauslassöffnungen 2 tritt das Abgas durch die kleinen Löcher 4 des Katalysatorelements 3 in der radialen Richtung in dem Zustand, dass die Temperatur nicht so stark abgesenkt ist, und wird mit der gesamten Oberfläche des Katalysatorelements 3 in Kontakt gebracht. Ferner wird in dem Raum 15a das Abgas in Kontakt mit dem monolithischen Katalysator 8 in den Zustand gebracht, dass eine erforderliche Sekundärluft durch das Sekundärluft-Einführrohr 19, das Rückschlagventil 18, den Raum 15b und die Verbindungsöffnung 17 zugeführt wird, um hierdurch wirkungsvoll gereinigt zu werden. Die Reinigungsleistung des Abgases kann somit ausreichend verbessert werden.
Unverbranntes Öl, das in das Abgas gemischt ist, wird daraus in dem Expansionsrohr 1 abgetrennt und wird in den Raum 15a bei höherer Temperatur durch das Unverbranntes-Öl-Wiedergewinnungsrohr 20 gefördert, so dass es ausreichend verbrannt wird.
Eine andere Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in Bezug auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben.
Ein Gehäuse 30, das in rechte und linke Teile unterteilt ist, ist in einer langgestreckten Form ausgebildet, die im Wesentlichen ähnlich jener einer allgemeinen Expansionskammer ist, die an einem Straßen- oder Geländekraftrad vorgesehen ist. Das Gehäuse 30 hat am stromaufwärtigen Ende eine Abgasansaugöffnung 31. Rippen 30a, die entlang den Trennflächen nach außen vorstehen, sind durch Schweißung miteinander integriert. Das Gehäuse 30 ist, an einer von der Abgasansaugöffnung 31 um etwa zwei Drittel der Gesamtlänge entfernten Position, mittels einer Trennplatte 32 in eine Expansionskammer 33 und einen Schalldämpfer 34 unterteilt. Die Abgasansaugöffnung 31 ist mit einer Auslassöffnung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) verbunden. Die Expansionskammer 33 hat eine derartige Größe und Form, dass sie eine hohe Spülwirkung erreicht, ähnlich jener des Expansionsrohrs 1, das in der Ausführung beschrieben ist, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist.
Eine Unverbranntes-Öl-Wiedergewinnungspassage 35 ist im Boden der Trennplatte 32 ausgebildet, um unverbranntes Öl, das von dem Abgas in der Expansionskammer 33 abgetrennt ist, in den Schalldämpfer 34 abzugeben.
In dem Gehäuse 30 sind zwei Stücke von Abgasauslassöffnungen 36 in unteren Abschnitten relativ nahe an der Abgasansaugöffnung 31 ausgebildet. Wie in der Ausführung, die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, ist ein dünnwandiges Katalysatorelement 37 mit kleinen Löchern 38 um den Außenumfang der Abgasauslassöffnungen 36 herumgewickelt.
Eine Verschlussplatte 40 ist an dem Gehäuse 30 derart befestigt, dass sie den gesamten Umfang des Katalysatorelements 37 umgibt und dass sie die Abgasauslassöffnungen 36, die kleinen Löcher 38 und eine Verbindungsöffnung 39, die stromab der Trennplatte 32 in dem zum Schalldämpfer 34 geöffneten Zustand angeordnet ist, abdichtet. Ein Sekundärluft-Einführrohr 42 ist in einer Verbindungspassage 41 angeordnet, die durch das Gehäuse 30 und die Verschlussplatte 40 abgedichtet ist. Der hintere Abschnitt (die rechte Seite in der Figur) des Sekundärluft-Einführrohrs 42, das sich in der Längsrichtung erstreckt, durchsetzt die Verschlussplatte 40 und steht nach außen vor. Ein Blattventil 43 ist am vorderen Ende des Sekundärluft-Einführrohrs 42 vorgesehen. Sekundärluft wird in das Sekundärluft-Einführrohr 42 von einer Sekundärluft-Zufuhrvorrichtung (nicht gezeigt) zugeführt, die mit dem Hinterende des Sekundärluft-Einführrohrs 42 verbunden ist, und sie fließt in der Verbindungspassage 41 durch das Blattventil 43. Andererseits fließt Abgas in die Expansionskammer 33 von der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt), tritt durch die Abgasauslassöffnungen 36 und die kleinen Löcher 38 und fließt in die Verbindungspassage 41. In der Verbindungspassage 41 wird das Abgas mit der obigen Sekundärluft vermischt, bevor es in den Schalldämpfer 34 abgegeben wird.
In der Verbindungspassage 41, die durch das Gehäuse 30 und die Verschlussplatte 40 abgedichtet ist, ist ein dünnwandiges Katalysatorelement 44 unter dem Sekundärluft-Einführrohr 42 derart vorgesehen, dass es sich in der Längsrichtung der Expansionskammer 33 erstreckt. Das Katalysatorelement 44 hat kleine Löcher, wie in dem Katalysatorelement 37, und ist im Querschnitt hutförmig.
Zwei Stücke kreisförmiger, dünnwandiger Katalysatorelemente 45 mit kleinen Löchern, ähnlich dem Katalysatorelement 37, sind an der stromaufwärtigen Seite des Schalldämpfers 34 angeordnet. Die Katalysatorelemente 45 sind mit einem bestimmten Intervall in Richtung orthogonal zur Längsrichtung des Gehäuses 30 mit Abstand voneinander angeordnet.
Zwei Trennplatten 46a, 46b sind an der stromabwärtigen Seite der Katalysatorelemente 45 vorgesehen. Eine stromaufwärtige Schalldämpferkammer 47a und eine stromabwärtige Schalldämpferkammer 47c, die jeweils durch die Trennplatten 46a, 46b unterteilt sind, stehen miteinander mittels eines Verbindungsrohrs 48 in Verbindung, das die Trennplatten 46a, 46b durchsetzt. Eine mittlere Schalldämpferkammer 47b ist zwischen der stromaufwärtigen Schalldämpferkammer 47a und der stromabwärtigen Schalldämpferkammer 47c ausgebildet. Die mittlere Schalldämpferkammer 47b steht mit der stromabwärtigen Schalldämpferkammer 47c mittels einer Verbindungsöffnung 49 in Verbindung. Ein Endrohr 50 durchsetzt das stromabwärtige Ende des Gehäuses 30 und die Trennplatte 46b an der stromabwärtigen Seite.
Die in den Fig. 4 bis 6 gezeigte Ausführung arbeitet in der gleichen Weise wie die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte vorherige Ausführung, und daher können ähnliche Effekte erhalten werden. Nachfolgend werden Effekte dieser Ausführung aufgrund einer strukturellen Differenz von der vorherigen Ausführung beschrieben.
Die Expansionskammer 33 und der Schalldämpfer 34 sind miteinander mittels des gemeinsamen Gehäuses 30 integriert, und demzufolge können sie kompakt gemacht werden, und auch wegen ihrer zwangsweisen Integrationsstruktur ist die Beständigkeit gegen Vibration und Aufprall erhöht.
Das Gehäuse 30, das die Expansionskammer 33 und den Schalldämpfer 34 enthält, hat eine langgestreckte Form ähnlich jener der herkömmlichen Expansionskammer, und hierdurch kann sie in einer gewünschten Form entsprechend der Auslegung eines Kraftrads (nicht gezeigt) gekrümmt werden, was das Aussehen des Kraftrads verbessert.
In dieser Ausführung ist das dünnwandige Katalysatorelement 37 um den Außenumfang der Abgasauslassöffnungen 36 herum vorgesehen, und auch sind die dünnwandigen Katalysatorelemente 44 in der langgestreckten Verbindungspassage 41 angeordnet, die durch das Gehäuse 30 und die Verschlussplatte 40 abgedichtet ist. Demzufolge fließt Abgas, das von dem Katalysatorelement 37 abgegeben wird, in die Schalldämpferkammer 47a durch die Verbindungsöffnung 39, durch die Verbindungspassage 41 und wird dann mit den Katalysatorelementen 44 in Kontakt gebracht. Im Ergebnis kann die Reinigungswirkung weiter verbessert werden.
Der Schalldämpfer 34 ist auch in einer relativ langgestreckten Form ausgebildet, und ferner sind drei Schalldämpferkammern 47a, 47b und 47c durch die Trennplatten 46a, 46b ausgebildet. Dies macht es möglich, die gewünschten geräuschmindernden Eigenschaften zu erhalten.
Nachfolgend werden Experimente beschrieben, um Druckwellenänderungen in dem Expansionsrohr zu prüfen, in dem der Querschnitt allmählich zur stromabwärtigen Seite vergrößert wird und die Position der Abgasauslassöffnungen geändert werden. Zum Vergleich wird auch das herkömmliche Expansionsrohr geprüft, in dem der Querschnitt allmählich vergrößert wird und dann reduziert ist (die Abgasauslassöffnung weist zu einer Abgasansaugöffnung am stromabwärtigen Ende). Die Ergebnisse sind in Fig. 7 bis 10 gezeigt.
Fig. 7 ist eine Grafik, die Druckwellen (mit der durchgehenden Linie gezeigt) in Bezug auf das Expansionsrohr (schematisch in Fig. 7 gezeigt) zeigt, in dem die Abgasauslassöffnungen in der Seitenwand des Abgasrohrs an der stromabwärtigen Seite ausgebildet sind, und das herkömmliche Expansionsrohr. Insbesondere zeigt diese Grafik Druckänderungen in einer Auslassöffnung im Verlauf der Zeit, da die Auslassöffnung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine geöffnet ist (die Öffnungszeit ist an der linken Seite mit der unterbrochenen Linie gezeigt).
In dem in Fig. 7 gezeigten Expansionsrohr ist die Fläche eines weißen Abschnitts, in dem der Druck weiter verstärkt wird als beim herkömmlichen Typ, größer als die Fläche des schwarzen Abschnitts, in dem der Druck gedämpft wird. Im Ergebnis wird der Spüleffekt erhöht.
Fig. 8 ist eine Grafik, die Druckänderungen in einer Auslassöffnung in Bezug auf ein Expansionsrohr zeigt, das von dem herkömmlichen Typ modifiziert ist, in dem ein dünnwandiges Katalysatorelement mit einer Vielzahl kleiner Löcher an der Innenumfangsfläche eines erweiterten Abschnitts des Expansionsrohrs vorgesehen ist, im Vergleich zu dem herkömmlichen Expansionsrohr. Die Fläche des weißen Abschnitts ist schmaler als die des schwarzen Abschnitts. Im Ergebnis ist in einem solchen Expansionsrohr die Spülwirkung gering.
Fig. 9 ist eine Grafik, die Druckänderungen in einer Auslössöffnung in Bezug auf das in Fig. 12 gezeigte Expansionsrohr zeigt, in dem die Abgasauslassöffnungen an der Umfangsfläche nahe dem stromaufwärtigen Ende vorgesehen sind, im Vergleich zu dem herkömmlichen Expansionsrohr. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Expansionsrohr ist die Fläche des weißen Abschnitts breiter als die des schwarzen Abschnitts, was eine hohe Spülwirkung zeigt.
Fig. 10 ist eine Grafik, die Druckänderungen in einer Auslassöffnung in Bezug auf das Expansionsrohr der vorliegenden Erfindung zeigt, in dem das dünnwandige Katalysatorelement kleine Löcher aufweist, die zu den Abgasauslassöffnungen nahe dem stromaufwärtigen Ende des Abgasrohrs weisen, im Vergleich zu dem herkömmlichen Expansionsrohr. Es zeigt sich, dass eine hohe Spülwirkung, ähnlich der in Fig. 9 gezeigten, erhalten werden kann.
Aus den obigen experimentellen Ergebnissen ist ersichtlich, dass nach der vorliegenden Erfindung die Spülwirkung verbessert werden kann.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Abgasreiniger der vorliegenden Erfindung ist bei einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine anwendbar, um die Reinigungswirkung zu erhöhen, während die Leistung der Maschine auf hohem Wert gehalten wird.

Claims

1. Abgasreiniger, umfassend:

ein Expansionsrohr (1; 33), das ein stromaufwärtiges Ende (1a) zum Anschluss an einem Abgasauslassrohr einer Brennkraftmaschine und ein stromabwärtiges Ende (1b; 32), das geschlossen ist, aufweist,

worin eine Abgasauslassöffnung (2; 36) in dem Expansionsrohr (1; 33) benachbart dem stromaufwärtigen Ende (1a) davon ausgebildet ist, und

worin ein Abgas-durchlässiges, dünnwandiges Katalysatorelement (3; 37) an dem Außenumfang des Expansionsrohrs (1; 33) angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet,

dass das Abgas-durchlässige, dünnwandige Katalysatorelement (3; 37) das stromaufwärtige Ende (1a) des Expansionsrohrs umgibt und das Abgasauslassöffnungsmittel (2; 36) einschließt; und

eine Verschlussplatte (5; 40) das Abgas-durchlässige, dünnwandige Katalysatorelement (3; 37) umschließt und die Wirkung hat, durch das Katalysatorelement (3; 37) getretenes Gas abzugeben und es davon wegzuführen.

2. Abgasreiniger nach Anspruch 1, worin das dünnwandige Katalysatorelement (3) ein Metallblech mit einer Vielzahl von Löchern (4) und einen an der Oberfläche des Metallblechs getragenen Katalysator aufweist.

3. Abgasreiniger nach Anspruch 1, der einen durch ein Gehäuse (7) definierten Schalldämpfer enthält, wobei das stromaufwärtige Ende des Schalldämpfergehäuses (7) einen Katalysator (8) enthält, der sich quer über einen gesamten Querschnitt eines durch das Gehäuse (7) definierten Strömungswegs erstreckt, wobei der Strömungsweg mit einem Raum in Verbindung steht, der durch das Verschlusselement (5) abgedichtet ist.

4. Abgasreiniger nach Anspruch 1, worin das Expansionsrohr (33) in langgestreckter Form ausgebildet ist;

eine Trennplatte (32) in dem Expansionsrohr (33) angeordnet ist und einen langgestreckten Schalldämpfer (34) in dem stromabwärtigen Ende des Expansionsrohrs (33) definiert;

ein Katalysatorelement (45), das sich quer über den Strömungsweg durch den Schalldämpfer (34) erstreckt;

wobei sich die einen Raum (41) definierende Verschlussplatte (40) von dem stromaufwärtigen Ende des Expansionsrohrs (33) zu dem stromabwärtigen Ende davon erstreckt; und

Mittel (39), die den durch die Verschlussplatte (40) abgedichteten Raum (41) mit dem Strömungsweg durch den Schalldämpfer (34) stromauf des Katalysatorelements (45) darin verbinden.

5. Abgasreiniger nach Anspruch 3 oder 4, der Mittel (42) enthält, um Sekundärluft zu einem Bereich an der stromabwärtigen Seite von der Abgasauslassöffnung (36) und an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators (45) in dem Schalldämpfer (34) zuzuführen.