DE69626765T2

DE69626765T2 - Motorabgas-Emissionsbegrenzungssytem

Info

Publication number: DE69626765T2
Application number: DE69626765T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Wako-shi Yoshida; Toyokazu Wako-shi Kawasaki; Motoyoshi Wako-shi Shishido
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-12-18
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: US5916132A; DE69626765D1; EP0780550B1; JPH09170428A; JP3802597B2; EP0780550A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgas-Emissionsbegrenzungssystem eines Motors, insbesondere eines Außenbordmotors zum Antreiben eines Bootes.
Es gibt herkömmlich bekannte Abgas-Emissionsbegrenzungssysteme für Motoren, insbesondere Außenbordmotoren, bei denen im Abgassystem des Motors ein Katalysator eingebaut ist, um das Abgas durch Oxidation und Reduktion zu reinigen. Insbesondere gibt es vorbekannte Abgas-Emissionsbegrenzungssysteme, bei denen die Abgaskatalysatoren in dem Motorblock oder einem Motorblock-Befestigungselement angeordnet sind (aus DE-A-43 01 286; US-A-5,239,825 = JP-A-4-260 893). Ferner ist es bekannt, einen lösbaren und herausnehmbaren flexiblen Sack zu verwenden, der mit einem Abgaskatalysator gefüllt ist (JP-A-61-160 511 oder US-A-3,838,977). Jedoch wird nicht vorgeschlagen, diesen flexiblen Sack in Motoren mit begrenztem Raum wie bei Außenbordmotorsystemen zu verwenden. Offensichtlich wird befürchtet, dass die zu erwartenden Probleme durch Anordnen einer solch relativ schwachen Sackkonstruktion in die raue Umgebung nicht kontrollierbar scheinen.
Im allgemeinen ist festzustellen, dass in einem Motor für ein Außenbordmotorsystem eine in dem Motorblock des Motors und in einem Befestigungselement zum Befestigen des Motorblocks vorgesehene Auspuffleitung wegen Beschränkungen in der Herstellung, der Konstruktion und dergleichen in nur wenigen Situationen in einer geraden Konfiguration ausgebildet sein kann und üblicherweise in einer schrägen Konfiguration, einer Kurvenkonfiguration oder dergleichen geformt sein kann. Insbesondere in einem 4-Takt-Motor ist die Tendenz, die Auspuffleitung in einer schrägen Konfiguration, einer gekrümmten Konfiguration oder dergleichen zu definieren, wegen der Notwendigkeit zum Definieren einer Ölleitung in dem Motorblock des Motors und der Notwendigkeit zum Befestigen einer Ölwanne groß, insbesondere falls ein solcher Motor für ein Außenbordmotorsystem vorgesehen ist. Ferner wird die Form der Auspuffleitung in Abhängigkeit von der Form, der Art und dergleichen des Motors variiert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgassystem vorzusehen, bei dem der Katalysator einfach in der Auspuffleitung eingebaut ist, ohne durch die Form der Auspuffleitung bestimmt zu sein. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgassystem vorzusehen, bei dem das Abgas in dem Katalysator mit einem kleinen Widerstand strömt, und der Widerstand gegenüber dem Abgas nicht erhöht wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgassystem vorzusehen, bei dem ein Hochtemperaturabgas durch den Katalysator läuft, wodurch die Reinigungsreaktion des Abgases gefördert wird. Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgassystem vorzusehen, bei dem die Abgasdurchgangsfläche des Katalysators vergrößert ist, um die Abgasreinigungsleistung zu verbessern. Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgas-Emissionsbegrenzungssystem mit einer kleinen Anzahl von Bauteilen und mit einer einfachen Materialkonstruktion vorzusehen, das mit niedrigeren Kosten bereitgestellt werden kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgas-Emissionsbegrenzungssystem vorzusehen, bei welchem die Wartung einfach ist.
Um die obigen Aufgaben zu lösen, ist die Erfindung durch die Merkmale von Anspruch 1 oder von Anspruch 2 gekennzeichnet. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine derartige Katalysatoreinheit ist in der Motorblock-Auspuffleitung herausnehmbar eingesetzt und lösbar befestigt.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun in den Figuren der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Seitenquerschnittsdarstellung eines Außenbordmotorsystems, das mit einem System gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist.
2 ist eine teilweise Querschnittsdarstellung des Außenbordmotorsystems entlang der Linie 2-2 in 1.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung von unten des Außenbordmotorsystems entlang der Linie 3-3 in 1.
4 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung von unten des Außenbordmotorsystems entlang der Linie 4-4 in 1.
S ist eine Draufsicht einer Katalysatoranordnung der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 5-5 in 1.
6 ist eine Seitenansicht der Katalysatoranordnung in einer Richtung des Pfeils 6 in 5.
7 ist eine Querschnittsansicht der Katalysatoranordnung entlang der Linie 7-7 in 5.
8 ist eine Querschnittsansicht der Katalysatoranordnung entlang der Linie 8-8 in 5.
9 ist eine Querschnittsansicht der Katalysatoranordnung entlang der Linie 9-9 in 8.
10 ist eine vergrößerte Darstellung eines durch den Pfeil 10 in 2 angegebenen Ausschnitts.
11 ist eine Querschnittsdarstellung einer primären Katalysatoreinheit.
12 ist eine Querschnittsdarstellung der primären Katalysatoreinheit entlang der Linie 12-12 in 11.
13 ist eine Querschnittsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Teils des Außenbordmotorsystems, an dem eine primäre Katalysatoreinheit befestigt ist.
14 ist eine Querschnittsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Teils des Außenbordmotorsystems, an dem eine primäre Katalysatoreinheit montiert ist.
15 ist eine perspektivische Darstellung der primären Katalysatoreinheit in dem dritten Ausführungsbeispiel.
16 ist eine Querschnittsdarstellung einer primären Katalysatoreinheit eines vierten Ausführungsbeispiels des Außenbordmotorsystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Es wird nun die Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand von in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung be schrieben. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele bedeutet der Begriff „flexibel" eine Eigenschaft, dass ein Element frei verformbar ist und das Element nach der Verformung die deformierte Form beibehält und kaum elastisch wiederherstellbar ist, sofern keine äußere Kraft auf das Element ausgeübt wird.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Abgas-Emissionsbegrenzungssystems der vorliegenden Erfindung, das praktisch an einem Motor in einem Außenbordmotorsystem angewendet wird, wird zuerst unter Bezugnahme auf die 1 bis 12 beschrieben.
Bezug nehmend auf die 1 und 2 ist ein Außenbordmotorsystem O lösbar an einem Heck B eines Bootskörpers S durch eine Befestigungsvorrichtung M montiert. Die Befestigungsvorrichtung M enthält einen Heckträger 1, der durch eine Befestigungsschraube 2 lösbar an der Heckplatte B befestigt ist, und eine Schwenkbefestigung 4, die für eine vertikale Schwenkbewegung des Heckträgers 1 durch eine seitlich am vorderen Ende des Heckträgers 1 angeordnete Kippwelle 3 schwenkbar befestigt ist. Eine sich vertikal erstreckende Schwenkwelle 5 ist drehbar an der Schwenkbefestigung 4 befestigt, und ein Gehäuse 8 des Außenbordmotorsystems O ist an der Schwenkwelle 5 durch eine obere Befestigung 6 und eine untere Befestigung 7 befestigt. Somit kann das Außenbordmotorsystem O senkrecht um die Kippwelle 3 geschwenkt und seitlich um eine vertikale Achse der Schwenkwelle 5 gedreht werden.
Die Konstruktion zur Befestigung des Außenbordmotorsystems an dem Bootskörper S ist eine herkömmliche, wohlbekannte Konstruktion.
Das Gehäuse 8 des Außenbordmotorsystems O enthält ein Befestigungselement 10 mit einer oberen und einer unteren Befestigungsfläche und ein hohlzylindrisches Verlängerungsgehäuse 11, das an der Unterseite des Befestigungselements 10 mit einer Dichtung 12 dazwischen durch mehrere Schrauben 13 befestigt ist (siehe 3 und 4). Ein Motorblock 14 eines 4-Takt-Motors E, gefertigt durch Druckgießen, ist an dem Befestigungselement 10 zum Betreiben des Außenbordmotorsystems in einer antreibenden Weise befestigt. Eine Ölwanne 15 des Motors E ist in einer herabhängenden Weise unter dem Befestigungselement 10 durch mehrere Schrauben 16 integral gehalten (siehe 3 und 4).
Die untere Hälfte des 4-Takt-Motors E ist mit einem mit dem Verlängerungsgehäuse 11 verbundenen Untergehäuse 17 überdeckt, während die obere Hälfte des Motors E mit einer lösbar an einer Oberkante des Untergehäuses 17 mit einer Dichtung dazwischen verbundenen Motorabdeckung 18 überdeckt ist. Ein Lufteinlass 39 ist in einem oberen Teil der Motorabdeckung 18 geöffnet, so dass durch den Lufteinlass 39 ein Atmen in die und aus der Motorabdeckung 18 durchgeführt wird.
Der Motor E ist ein wassergekühlter, 4-Zylinder-, vertikaler 4-Takt-Motor und weist eine Kurbelwelle 22 auf, die sich vertikal in dem Motorblock 14 erstreckt. Eine Nockenwelle 24 zum Antreiben eines Ventilbetriebsmechanismus des Motors durch einen riemenartigen Steuer- und Übertragungsmechanismus 23 ist mit einem oberen Ende der Kurbelwelle 22 verbunden, und eine vertikale Welle 25 ist an ihrem oberen Ende mit einem unteren Ende der Kurbelwelle 22 verbunden und erstreckt sich längs in dem Gehäuse B. Die vertikale Welle 25 ist an ihrem unteren Ende durch einen Vor- und Rückbewegungs-Schaltmechanismus 26 mit einer Schraubenwelle 27, die mit einer Antriebsschraube 28 verbunden ist, verbunden. So wird ein Ausgang des Motors E durch die Kurbelwelle 22, die vertikale Welle 25, den Vor- und Rückbewegungs-Schaltmechanismus 26 und die Schraubenwelle 27 zu der Antriebsschraube 28 übertragen. In den Zeichnungen ist 33 eine verschiebbare Stange zum Wechseln der Drehrichtung der Schraubenwelle 27.
Die an der Unterseite des Befestigungselements 10 herabhängend gehaltene Ölwanne 15 ist in einer kübelartigen Form mit einem relativ großen Volumen ausgebildet, um Öl zum Schmieren des 4-Takt-Motors E darin zu speichern, und sie ist in dem Verlängerungsgehäuse 11 angeordnet. So wird das Öl in der Ölwanne 15 durch ein Ölsaugrohr 21, und eine Ölsaugleitung 19 (siehe 2) zu Ölzufuhrteilen wie beispielsweise eine Kurbelkammer, eine Nockenkammer und dergleichen, in den Motorblock 14 durch eine Ölpumpe, die nicht dargestellt ist, gefördert und das Öl von dem Motorblock 14 wird durch eine Ölrückführleitung 20 und ein Ölrückführrohr 21₂ (siehe 3) zu der Ölwanne 15 zurückgebracht.
Eine Ausnehmung 15₁ ist senkrecht und längs nahe des Mittelteils einer Seitenwand des Verlängerungsgehäuses 11 ausgebildet, um ein Katalysatorgehäuse 55 einer Katalysatoranordnung aufzunehmen, die später beschrieben wird. Die Ausnehmung 15₁ ist von einem oberen Teil zu einem unteren Teil der Ölwanne 15 nach und nach nach innen tiefer und tiefer, wie in 3 und 4 dargestellt. Eine Ableitung 15₃ ist seitlich in dem unteren Teil der Ölwanne 15 vorgesehen und öffnet sich seitlich zu einer Seite des Verlängerungsgehäuses 11. Diese Ableitung 15₃ ist auf der abgewandten Seite der Ölwanne 15 von der Position einer Katalysatoranordnung 54, die später beschrieben wird, bezüglich einer in Längsrichtung in dem Außenbordmotorsystem O verlaufenden Mittellinie L-L vorgesehen, so dass eine gegenseitige Beeinflussung vermieden werden kann.
Ein Abgassystem mit einer primären und einer sekundären Katalysatoreinheit 50 und 51 in dem 4-Takt-Motor E wird nachfolgend beschrieben. Ein Auspuffkrümmer 31, an dem sich Abgasöffnungen von vier Zylindern 30 miteinander verbinden, ist vertikal entlang der Richtung der Anordnung der Zylinder 30 in einem Zylinderkopf 14, des Motorblocks 14 ausgebildet. Ein offenes unteres Ende des Auspuffkrümmers 31 steht mit einer Auspuffleitung 32, die in dem Befestigungselement 10 definiert ist, und einer Verlängerung 15₂ eines Befestigungsflansches der Ölwanne 15 in Verbindung. Eine Motorblock-Auspuffleitung Ex ist durch den Auspuffkrümmer 31 und die Auspuffverbindungsleitung 32 gebildet. Eine Unterseite der Auspuffleitung Ex öffnet sich in das Verlängerungsgehäuse 11, und eine primäre Katalysatoreinheit 50 der Katalysatoranordnung C, die später beschrieben wird, ist in die Auspuffleitung Ex eingesetzt. Die Katalysatoranordnung C weist eine sekundäre Katalysatoreinheit 51 auf, deren Ausgänge in eine Abgasexpansionskammer 34 öffnen, die in einem unteren Teil des Verlängerungsgehäuses 11 ausgebildet ist. Die Abgasexpansionskammer 34 steht auch durch eine Hauptauspuffleitung 36, die in einem mit einer Unterseite des Verlängerungsgehäuses verbundenen Getriebegehäuse 35 definiert ist, und durch eine Hauptauspufföffnung 37, die in einer mit der Antriebsschraube 28 integralen Propellernabe 29 definiert ist, mit außen in Verbindung. Insbesondere steht die Abgasexpansionskammer 34, wie in 4 dargestellt, mit einer ersten Nebenauspuffleitung 42, die in einer Unterseite des Befestigungselements 10 definiert ist, durch eine große Anzahl von ersten kleinen Bohrungen 41, die sich durch die Dichtung 12 öffnen, in Verbindung. Ferner steht die erste Nebenauspuffleitung 42 mit einer zweiten Nebenauspuffleitung 45, die in der Unterseite des Befestigungselements 10 definiert ist, durch ein Durchgangsloch 44 in einer Trennwand 43 in Verbindung. Die zweite Nebenauspuffleitung 45 steht auch durch eine große Anzahl zweiter kleiner Bohrungen 46, die sich durch die Dichtung 12 öffnen, und durch eine Nebenabgaskammer 47 mit der Nebenauspufföffnung 38 in Verbindung (siehe 1).
Ein durch den Betrieb des 4-Takt-Motors E erzeugtes Abgas strömt von dem Auspuffkrümmer 31 durch die Auspuffleitung 32 in die Katalysatoranordnung C (die später beschrieben wird) mit der darin integrierten ersten und zweiten Katalysatoreinheit 50 und 51, wo schädliche Komponenten wie beispielsweise NO_x, CO, HC und dergleichen oxidiert und reduziert werden. Anschließend strömt das gereinigte Abgas in die Abgasexpansionskammer 34, und ein Teil des Abgases in der Abgasexpansionskammer 34 wird durch die Hauptauspuffleitung 36 und die Hauptauspufföffnung 37 geleitet und nach außen abgegeben. Ferner wird das übrige Abgas durch die ersten kleinen Bohrungen 41, die erste Nebenauspuffleitung 42, das Durchgangsloch 4, die zweite Nebenauspuffleitung 45, die zweiten kleinen Bohrungen 46 und die Nebenabgaskammer 47 geleitet und nach außen abgegeben.
Die spezielle Konstruktion der Katalysatoranordnung C wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5 bis 12 zusätzlich zu den 1 bis 4 beschrieben.
Die Katalysatoranordnung C enthält eine vertikale primäre Katalysatoreinheit 50 und eine sekundäre Katalysatoreinheit 51. Die primäre und die sekundäre Katalysatoreinheit 50 und 51 können vom gleichen Typ oder von unterschiedlichen Typen sein. Zum Beispiel kann die vertikale primäre Katalysatoreinheit 50 ein Platinkatalysator sein, der auch als Hilfskatalysator zur Reduzierung von schädlichen Komponenten wie beispielsweise NO_x und dergleichen dient. Alternativ können die primäre und die sekundäre Katalysatoreinheit 50 und 51 Dreistoffkatalysatoren sein, so dass Sekundärluft oder dergleichen unmittelbar vor der nachgeschalteten sekundären Katalysatoreinheit 51 eingeleitet werden kann, um schädliche Komponenten wie beispielsweise HC, CO und dergleichen zu oxidieren.
Die primäre und die sekundäre Katalysatoreinheit 50 und 51 können in Abhängigkeit von dem Grad der Reinheit des Abgases von einer beliebigen Art sein.
Die primäre Katalysatoreinheit 50 ist in einer länglichen zylinderartigen Konfiguration ausgebildet und ist insgesamt frei verformbar und wird in einem freien Zustand in einer vorgegebenen Form gehalten. Die primäre Katalysatoreinheit 50 ist aus einem Katalysatorträger 70 mit einem Katalysatorelement wie beispielsweise einem darauf getragenen Aluminiumoxidüberzug sowie einem flexiblen porösen Sack 72, der den Katalysatorträger 70 darin enthält, geformt. Wie am besten in 11 und 12 dargestellt, ist der Katalysatorträger 70 in ein gitterartiges zylindrisches Element 74 geformt, dessen Ecken abgerundet sind und das aus mehreren Einschussfäden 74₁ , die in einer Wirbelform gewunden und seitlich in einer Reihe mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und mehreren geraden Kettfäden 74₂ , die mit den Einschussfäden in Abständen zum Kreuzen der Einschussfäden gekoppelt sind, besteht. Die Einschuss- und die Kettfäden 74₁ und 74₂ sind in das zylindrische Element 74 geformt, und nach einer solchen Formgebung wird das Katalysatorelement 73 in das zylindrische Element 74 gesetzt.
Die Einschuss- und die Kettfäden 74₁ und 74₂ können durch Stricken oder Weben gefertigt sein.
Der poröse Sack 72 wird durch Befestigen eines unteren offenen Endes einer warmfesten Abdeckung aus einer flexiblen Masche 72₂ , wie beispielsweise einer Maschenabdeckung aus Edelstahl, an einer ringförmigen Befestigungsplatte 72₁ geformt.
Die in der obigen Weise ausgebildete primäre Katalysatoreinheit 50 wird in die Auspuffverbindungsleitung 32, die angrenzend an die Verlängerung 15₂ der Ölwanne 15 ausgebildet ist, durch den Boden der Verbindungsleitung 32 in dem Verlängerungsgehäuse 11 eingesetzt. In diesem Fall kann ein Reaktionsbereich der primären Katalysatoreinheit 50 durch Ausüben einer externen Kraft frei und plastisch verformt werden und kann damit so verformt werden, dass er sich entlang der Kontur der Auspuffverbindungsleitung 32 erstreckt, wodurch die primäre Katalysatoreinheit 50 einfach und leicht in die Auspuffverbindungsleitung 32 eingesetzt werden kann. So kann ein vorgegebener Spalt zwischen der primären Katalysatoreinheit 50 und der Auspuffverbindungsleitung 32 beibehalten werden. Außerdem kann die primäre Katalysatoreinheit 50 nicht durch den Rückstau des Abgases verformt werden. Die Befestigungsplatte 72₁ der primären Katalysatoreinheit 50 hat einen Flanschabschnitt, der zwischen die Verlängerung 15₂ und einen Befestigungsflansch 58 eines Katalysatorgehäuses 54 (das nachfolgend beschrieben wird) der sekundären Katalysatoreinheit 51 geklemmt wird und zusammen mit dem Katalysatorgehäuse 54 an der Verlängerung 15₂ der Ölwanne 15 durch mehrere Schrauben 53 befestigt wird (siehe 1).
Die primäre Katalysatoreinheit 50 kann sich bis zu dem Auspuffkrümmer 31 des Motorblocks 14 erstrecken, wie durch eine strichpunktierte Linie in 10 dargestellt.
Ein durch den Betrieb des Motors E erzeugtes Abgas hoher Temperatur strömt aus dem Auspuffkrümmer 31 in die Auspuffverbindungsleitung 32 und senkrecht in die primäre Katalysatoreinheit 50, wo schädliche Komponenten wie beispielsweise NO_x, CO, HC und dergleichen primär reduziert und oxidiert werden. Das Abgas strömt dann in die sekundäre Katalysatoreinheit 51 (die nachfolgend beschrieben wird). Deshalb kann der Kontaktbereich des Abgases mit dem Katalysatorträger 70 durch Strömen des Abgases mit weniger Widerstand in einer vertikalen Richtung in dem wie oben beschrieben ausgebildeten Katalysatorträger 70 erhöht werden. Daher ist es möglich, den Widerstand gegenüber der Strömung des Abgases zu reduzieren und außerdem die Reinigungsleistung zu verbessern.
Die Katalysatoranordnung 54 der primären und der sekundären Katalysatoreinheit 50 und 51 kann direkt an der Unterseite des Befestigungselements 10 angebracht werden.
Der Aufbau der sekundären Katalysatoreinheit 51 wird unter Bezugnahme auf die 5 und 9 zusätzlich zu den 1 und 4 beschrieben.
Die Katalysatoranordnung 54 der sekundären Katalysatoreinheit 51 weist ein geschlossenes Katalysatorgehäuse 55, welches in eine im wesentlichen elliptische, flache Querschnittsform mit einem relativ großen Volumen geformt ist und eine obere Wand 55t, eine untere Wand 55d und eine Seitenwand 55b aufweist, ein in das Katalysatorgehäuse 55 durch die obere Wand 55t nahe einer Seite eingesetztes Abgas-Einleitungsrohr 56 und ein in das Katalysatorgehäuse 55 durch die untere Wand 55b nahe der anderen Seite eingesetztes Abgas-Auslassrohr 57 auf. Wie in 3 und 4 dargestellt, ist die Katalysatoranordnung 54 von oben nach unten in dem Verlängerungsgehäuse 11 schräg nach innen geneigt und liegt in der Nähe der Ölwanne 15 gegenüber, wobei wenigstens ein Teil der Katalysatoranordnung 54 in der in der Seitenwand der Ölwanne 15 definierten Ausnehmung 15₁ aufgenommen ist. Insgesamt sind die Katalysatoranordnung 54 und die Ölwanne 15 kompakt in dem Verlängerungsgehäuse 11 ohne irgendwelchen Teilvorsprünge aufgenommen.
Ein Befestigungsflansch 58 ist an einem oberen Ende 56i des Abgas-Einleitungsrohres 56 befestigt und auch zusammen mit der primären Katalysatoreinheit 50 an der Unterseite der Verlängerung 15₂ der Ölwanne 15 durch die mehreren Schrauben 53 befestigt, wie in 7 dargestellt. Somit wird die Katalysatoranordnung 54 in einer herabhängenden Weise an dem Befestigungselement 10 integral gehalten. Ein Spalt d einer vorgegebenen Breite ist zwischen dem Befestigungsflansch 58 und einer Oberseite des Katalysatorgehäuses 55 definiert, um die Befestigung der Katalysatoranordnung 54 zu vereinfachen.
Das Abgas-Einleitungsrohr 56 erstreckt sich bis zu der Mitte des Katalysatorgehäuses 55 und ist an seinem inneren Ende an einer Trennwand 62 zum Trennen des Innenraums des Katalysatorgehäuses 55 in eine erste Kammer 60 und eine zweite Kammer 62 durch Schweißen oder dergleichen befestigt, wie am besten in 7 zu sehen. Ein Auslass 56o des Abgas-Einleitungsrohrs 56 steht mit der ersten Kammer 60 in Verbindung. Wie am besten in 8 zu sehen, ist das Abgas-Auslassrohr 57 in eine S-Form gebogen und erstreckt sich längs in der ersten Kammer 60 und durch die Trennwand 62, um in die Nähe des oberen Endes des Katalysatorgehäuses 55 zu reichen. Das Abgas-Auslassrohr 57 hat einen Einlass 57i, der mit der zweiten Kammer 61 in Verbindung steht, und einen Auslass 57o, der sich nach außen erstreckt.
Wie am besten in 5 dargestellt, ist an dem Befestigungsflansch 58 ein Arm integral vorgesehen, so dass er sich davon seitlich der Ölwanne 15 erstreckt. Ein halbkreis förmiger Eingriffsabschnitt 58₂ ist an einem freien Ende des Arms 58₁ zum Eingriff mit einem Mittelabschnitt eines Wasserauslassrohres 78 (das später beschrieben wird), ausgebildet, um das Wasserauslassrohr 78 zu halten.
Die zylindrisch ausgebildete sekundäre Katalysatoreinheit 51 ist an einem Außenumfang des Abgas-Auslassrohres 57 in der ersten Kammer 60 durch Löten befestigt, um einem Hochtemperaturzustand widerstehen zu können. Die sekundäre Katalysatoreinheit 51 besteht aus einer zylindrischen Außenschale 64 und einem Katalysatorträger 66 einer Honigwabenstruktur mit einem zwischen der Außenschale 64 und dem Abgas-Auslassrohr 57 angeordneten Katalysatorelement, wie in den 8 und 9 dargestellt. Die sekundäre Katalysatoreinheit 51 weist einen an einem Ende davon vorgesehenen Einlass 67 auf und steht mit der ersten Kammer 60 in Verbindung, und ein an ihrem anderen Ende vorgesehener Auslass 68 läuft durch die Trennwand 62, um mit der zweiten Kammer 61 in Verbindung zu stehen. Ein wärmeisolierendes Material 69 ist um einen Außenumfang der sekundären Katalysatoreinheit 51 gewickelt, wobei die äußere Hälfte des wärmeisolierenden Materials 69 eng mit einer Innenseite des Katalysatorgehäuses 55 verbunden ist.
Ein Abgas aus dem Motor E strömt durch den Auspuffkrümmer 31 und die Auspuffleitung 32 in die vertikale primäre Katalysatoreinheit 50, wo das Abgas primär gereinigt wird, und dann strömt es in die sekundäre Katalysatoreinheit 51. In der sekundären Katalysatoreinheit 51 strömt das Abgas aus dem Abgas-Einleitungsrohr 56 nach unten, um in die erste Kammer 60 zu gelangen, wie durch einen Pfeil a in 7 angedeutet. Das Abgas ändert seinen Weg in der ersten Kammer 60, um nach oben in die sekundäre Katalysatoreinheit 51 zu strömen, wie durch einen Pfeil b in 8 dargestellt, wo es sekundär gereinigt wird. Anschließend strömt das Gas in die zweite Kammer 61, wo es seinen Weg weiter verändert, um wieder nach unten in das Abgas-Auslassrohr 57 zu strömen, wie durch einen Pfeil c in 8 dargestellt, und strömt dann in die Abgasexpansionskammer 34 in dem Verlängerungsgehäuse 11. Auf die obige Weise strömt das Abgas in einer Abgasreinigungsleitung P, die in dem Katalysatoranordnungsgehäuse 54 definiert ist, während es durch die Abgabe aus dem Abgas-Einleitungsrohr 56 ausgedehnt und durch Strömen in das Abgas-Auslassrohr 57 zusammengezogen wird, wobei die Expansion und Kontraktion wiederholt werden. Für diese Zeitdauer ist der Auspufflärm effektiv gedämpft und gleichzeitig wird das Abgas durch die sekundäre Katalysatoreinheit 51, die durch die Wärme des Abgases auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird, effektiv gereinigt. Das Eintauchen der sekundären Katalysatoreinheit 51 in das Wasser wird durch die Tatsache reduziert, dass der Einlass 57i des Abgas-Auslassrohres 57 oberhalb der sekundären Katalysatoreinheit 51 angeordnet ist.
Eine Wasserlinie LH-LH, die in 1 und 2 dargestellt ist, liegt an einer oberen Stelle, wenn das Außenbordmotorsystem im Ruhezustand ist.
Wieder zurück zu 1 und 2 ist eine Wasserpumpe 75 nahe eines vorderen Teils des Verlängerungsgehäuses 11 angeordnet und wird durch die vertikale Welle 25 angetrieben. Ein Wassersaugrohr 76 ist mit dem Sauganschluss der Wasserpumpe 75 verbunden und erstreckt sich nach unten in das Getriebegehäuse 35, und ein Sieb 77 ist mit einem unteren Ende des Wassersaugrohres 76 verbunden. Ein Wasserauslassrohr 78 ist mit dem Ausgabeanschluss der Wasserpumpe 75 verbunden und erstreckt sich nach oben in das Verlängerungsgehäuse 11. Ein oberes Ende des Wasserauslassrohres 78 steht mit einer Wasserzufuhrleitung 79 in Verbindung, die in dem Flanschabschnitt der Ölwanne 15 definiert ist. Alternativ kann die Wasserzufuhrleitung 79 in dem Befestigungselement 10 ausgebildet sein.
Ein oberer Teil des Wasserauslassrohres 78 steht mit dem Eingriffsabschnitt 582 an der Spitze des Armes 581, der sich wie oben beschrieben von dem Befestigungsflansch 58 erstreckt, in Eingriff und wird durch ihn gehalten. Die Wasserzufuhrleitung 79 steht mit einem Einlass eines Wassermantels 81 in Verbindung, der in dem Motorblock 14 definiert ist und dessen Auslass mit einer Wasserrückführleitung 82 (siehe 4), die sich durch das Befestigungselement 10 erstreckt, in Verbindung steht. Die Wasserrückführleitung 82 öffnet sich in eine Kühlwasserleitung 83, die durch die Ausnehmung in der Unterseite des Befestigungselements 10 und der Dichtung 12 definiert ist, und mehrere kleine Wasserauslassbohrungen 84 sind in der Dichtung 12 gemacht, um die Kühlwasserleitung 83 mit der Außenseite der Ölwanne in dem Verlängerungsgehäuse 11 in Verbindung stehen zu lassen.
Wenn die Wasserpumpe 75 durch den Betrieb des Motors E betrieben wird, wird in dem Getriebegehäuse 35 gespeichertes Wasser durch das Sieb 77 und das Saugrohr 76 gepumpt, durch die Wasserpumpe 75 unter Druck gesetzt und in den Wassermantel 81 im Motorblock 14 geleitet, um den Motorblock 14 zu kühlen. Nach dem Kühlen des Motorblocks 14 wird das Wasser aus dem Auslass des Wassermantels 81 durch die Wasserrückführleitung 82 in die Kühlwasserleitung 83 und dann durch die mehreren kleinen Wasserauslassbohrungen 84 geleitet, um zu einem Nebel zu werden, der an den Umfang der Ölwanne 15 in dem Verlängerungsgehäuse tropft, um die Ölwanne 15 effektiv zu kühlen.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 13 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die gleichen Elemente oder Teile wie jene im ersten Ausführungsbeispiel durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich etwas von dem ersten Ausführungsbeispiel bezüglich des Aufbaus der primären Katalysatoreinheit. 13 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Außenbordmotorsystems zur Befestigung der primären Katalysatoreinheit.
Im zweiten Ausführungsbeispiel enthält ein Katalysatorträger 170 einer primären Katalysatoreinheit 150 drei Katalysatorträger-Einfachsubstanzen 170₁ , 170₂ und 170₃ , die in Längsrichtung angeordnet sind und in einer Maschenabdeckung 172₂ eines flexiblen porösen Sackes 172 enthalten sind. Die primäre Katalysatoreinheit 150 wird angrenzend an die Auspuffverbindungsleitung 32 und den Auspuffkrümmer 32 eingesetzt. Im zweiten Ausführungsbeispiel kann jede der Katalysatorträger-Einfachsubstanzen 170₁ , 170₂ und 170₃ , zusätzlich zu jenen im ersten Ausführungsbeispiel von einer beliebigen Konstruktion sein. Zum Beispiel ist die Katalysatorträger-Einfachsubstanz, die verwendet werden kann, eine Trägereinfachsubstanz aus einem Katalysatorelement, das in einem festen Katalysatorträger, der in einer porösen Konfiguration wie beispielsweise Honigwaben aus Keramiken mit einem guten Wärmewiderstand wie beispielsweise Aluminiumoxid gebildet ist, oder eine Trägereinfachsubstanz aus einem Katalysatorelement von Metallteilchen, die in einem porösen Metallträger (das Gerüst ist in einer dreidimensionalen Maschenkonstruktion wie beispielsweise einem Schwamm geformt) auf Ni-Basis oder Ni-Cr-Basis getragen werden. Die letztgenannte Katalysatorträger-Einfachsubstanz ist zur Verwendung als Katalysatorträger in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wegen ihrer ausgezeichneten Luftdurchlässigkeit und Festigkeit und ihrer guten Katalysatorreaktivität geeignet.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel können zwei, drei, vier oder mehr Katalysatorträger-Einfachsubstanzen in Längsrichtung angeordnet sein.
Es wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben, wobei die gleichen Elemente oder Teile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind.
Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich etwas von dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel bezüglich des Aufbaus einer primären Katalysatoreinheit. 14 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Außenbordmotorsystems, bei dem der Katalysator befestigt ist; und 15 ist eine Perspektivdarstellung einer primären Katalysatoreinheit des dritten Ausführungsbeispiels.
In dem dritten Ausführungsbeispiel weist ein Katalysatorträger 270 drei zylindrisch geformte Katalysatorträger-Einfachsubstanzen 270₁ , 270₂ und 270₃ auf, die in Längsrichtung angeordnet und in einer Maschenabdeckung 272₂ eines flexiblen porösen Sackes 272 enthalten sind, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Jedoch sind eine obere und eine untere Teilkrone 285₁ und 285₂ jeweils mit einer runden Oberkante integral über obere und untere Teile jeder Katalysatorträger-Einfachsubstanz 270₁ , 270₂ und 270₃ mit der Katalysatorabdeckung 272 dazwischen gesetzt. Somit können die oberen und unteren Kanten der Katalysatorträger-Einfachsubstanzen 270₁ , 270₂ und 270₃ durch die oberen und die unteren Metallkronen 285₁ und 285₂ geschützt werden, und das Einsetzen der primären Katalysatoreinheit 250 wird durch die Tatsache vereinfacht, dass die oberen Kanten der oberen und unteren Metallkronen 285₁ , und 285₂ abgerundet sind. Halsabschnitte n sind in Teilen der Maschenabdeckung 272₂ entsprechend den Verbindungsabschnitten der drei Katalysatorträger-Einfachsubstanzen 270₁ , 270₂ und 270₃ in Längsrichtung angeordnet ausgebildet, so dass die primäre Katalysatoreinheit 250 an diesen Halselementen n gebogen werden kann und damit einfach verformt werden kann, um sich entlang der Form einer Motorblock-Auspuffleitung Ex zu erstrecken. Ein vorgegebener Spalt ist zwischen der primären Katalysatoreinheit 250 und der Auspuffleitung Ex ausgebildet, so dass das Abgas frei in der Auspuffleitung Ex in sowohl die Längsrichtung als auch die laterale Richtung strömt, wodurch die Reinigungswirkung der primären Katalysatoreinheit 250 verbessert wird. Wie am besten in 15 dargestellt, sind eine obere und eine untere Klammer Bu und Bd integral an der obersten und der untersten Metallkrone 285₁ und 285₂ in davon vorstehender Weise vorgesehen und an der Auspuffverbindungsleitung 32 bzw. dem Auspuffkrümmer 31 durch Schrauben 286 befestigt. So kann die primäre Katalysatoreinheit 250 fest an einer vorausgewählten Position in der Motorblock-Auspuffleitung Ex befestigt werden. Ein solcher Aufbau ermöglicht eine präzise Positionierung der primären Katalysatoreinheit 250 in der Auspuffleitung Ex, wodurch eine Fehlausrichtung der primären Katalysatoreinheit 250 aufgrund von äußeren Störungen wie beispielsweise Vibrationen des Motors und eines Gegendrucks des Abgases verhindert wird.
In dem dritten Ausführungsbeispiel kann eine beliebige Konstruktion der Katalysatorträger-Einfachsubstanz eingesetzt werden wie beispielweise im zweiten Ausführungsbeispiel.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 16 ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, in welchem die gleichen Elemente oder Teile wie jene in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind.
Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel etwas bezüglich des Aufbaus einer primären Katalysatoreinheit. 16 ist eine Querschnittdarstellung eines Teils eines Außenbordmotorsystems, an dem die primäre Katalysatoreinheit befestigt ist.
In dem vierten Ausführungsbeispiel ist ein Katalysatorträger 370 einer primären Katalysatoreinheit 350 aus zwei oberen und unteren zylindrisch geformten Katalysatorträgerelementen 370₁ , und 370₂ ausgebildet, die in Längsrichtung angeordnet und in einer Maschenabdeckung 372₂ eines flexiblen porösen Sackes 372 enthalten sind. Das vierte Ausführungsbeispiel besitzt das Merkmal, dass der Durchmesser der oberen Katalysatorträger-Einfachsubstanz 370 etwas kleiner als derjenige der unteren Katalysatorträger-Einfachsubstanz 370₂ ist. Die obere Katalysatorträger-Einfachsubstanz 370₁ , ist in dem Auspuffkrümmer 31 angeordnet, während die untere Katalysatorträger-Einfachsubstanz 370₂ in der Auspuffverbindungsleitung 32 angeordnet ist. Ein Spalt d, zwischen der oberen Katalysatorträger-Einfachsubstanz 370₂ und einer Innenwand des Auspuffkrümmers 31 ist größer als ein Spalt d₂ zwischen der unteren Katalysatorträger-Einfachsubstanz 370₂ und einer Innenwand der Auspuffverbindungsleitung 32. Ein Unterschied d₁ – d₂ zwischen den Spalten ermöglicht eine Einstellung des Gegendrucks des Abgases. Andererseits ist der poröse Sack 372 durch Anbringen einer ringförmigen Befestigungsplatte 372₁ an einem offenen Basisende der Maschenabdeckung 372₂ ausgebildet. Die Befestigungsplatte 372₁ weist einen Flanschabschnitt auf, der zwischen der Verlängerung 15₁ der Ölwanne 15 und dem Befestigungsflansch 58 der sekundären Katalysatoreinheit 51 geklemmt und befestigt ist.
Auch in dem vierten Ausführungsbeispiel kann natürlich eine beliebige Art der Katalysatorträger-Einfachsubstanz eingesetzt werden.
In dem Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem der vorliegenden Erfindung kann die Katalysatoreinheit unabhängig von der Form der Auspuffleitung herausnehmbar in die Motorseite der Auspuffleitung eingesetzt und darin befestigt werden. Deshalb kann das Abgas durch die Katalysatoreinheit reagiert und gereinigt werden, während sie in einem Zustand einer hohen Temperatur bleibt, und der Kontaktbereich des Katalysatorträgers mit dem Abgas kann vergrößert werden, um die Reinigungsleistung der Katalysator einheit deutlich zu verbessern. Zusätzlich ist es möglich, die Katalysatoreinheit einfach in der Motorauspuffleitung zu befestigen.
Obwohl das erste, zweite, dritte und vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist und verschiedene Modifikationen daran innerhalb des Schutzumfangs der in den Ansprüchen definierten Erfindung gemacht werden können. Zum Beispiel kann, obwohl das Abgas-Emissionsbegrenzungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung als Anwendung bei dem Motor für das Außenbordmotorsystem in den oben beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, es natürlich auch auf den Motor für andere Maschinen oder Geräte angewendet werden. Zusätzlich sind die primäre und die sekundäre Katalysatoreinheit in dem Abgassystem des Motors in den Ausführungsbeispielen befestigt, aber das Abgas-Emissionsbegrenzungssystem kann nur aus einer primären Katalysatoreinheit gebildet sein.

Claims

Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem für einen Motor (E), wobei das Abgas-Emissionsbegrenzungssystem eine Katalysatoreinheit (50) aufweist, die in einer Motorblock-Auspuffleitung (31, 32) des Motors (E) montiert ist, wobei die Katalysatoreinheit (50) einen Katalysatorträger (70) mit wenigstens einem darin gehaltenen Katalysatorelement und einen flexiblen porösen Sack (72) mit wenigstens einem Teil des Katalysatorträgers darin aufweist, wobei die Katalysatoreinheit (50) zur Positionierung in der Motorblock-Auspuffleitung (31, 32) ausgebildet ist, so dass sie sich entlang dieser erstreckt, und wobei die Katalysatoreinheit (50) in der Auspuffleitung (31, 32) herausnehmbar eingesetzt und lösbar befestigt ist, und ferner ein Motorbefestigungselement (10) enthält, wobei der Motor (E) an dem Motorbefestigungselement (10) befestigt ist, wobei die Motorblock-Auspuffleitung einen an dem Motorblock (14) befestigten Auspuffkrümmer (31) und eine in dem Befestigungselement (10) ausgebildete Auspuffverbindungsleitung (32) aufweist und wobei die Katalysatoreinheit (50) in der Auspuffverbindungsleitung (32) angeordnet ist.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem für einen Motor (E), wobei das Abgas-Emissionsbegrenzungssystem eine Katalysatoreinheit (50) aufweist, die in einer Motorblock-Auspuffleitung (31, 32) des Motors (E) montiert ist, wobei die Katalysatoreinheit (50) einen Katalysatorträger (70) mit wenigstens einem darin gehaltenen Katalysatorelement und einen flexiblen porösen Sack (72) mit wenigstens einem Teil des Katalysatorträgers darin aufweist, wobei die Katalysatoreinheit (50) zur Positionierung in der Motorblock-Auspuffleitung (31, 32) ausgebildet ist, so dass sie sich entlang dieser erstreckt, und wobei die Katalysatoreinheit (50) in der Auspuffleitung (31, 32) herausnehmbar eingesetzt und lösbar befestigt ist, und ferner ein Motorbefestigungselement (10) enthält, wobei der Motor (E) an. dem Motorbefestigungselement (10) befestigt ist, wobei die Motorblock-Auspuffleitung einen an dem Motorblock (14) befestigten Auspuffkrümmer (31) und eine in dem Befestigungselement (10) ausgebildete Auspuffverbindungsleitung (32) aufweist und wobei die Katalysatoreinheit (50) in der Auspuffverbindungsleitung (32) und in dem Auspuffkrümmer (31) angeordnet ist.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Katalysatoreinheit (50) eine zylindrische Form besitzt.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Motor ein Außenbordmotor ist.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Katalysatoreinheit (50) an einer Innenwand der Motorblock-Auspuffleitung (31, 32) befestigt ist.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach Anspruch 4, bei dem der Außenbordmotor ein Viertaktmotor mit einem an dem/einem Motorbefestigungsblock (10) befestigten Motorblock (14), einer an der Unterseite des Befestigungselements (10) montierten und davon abgehängten Ölwanne (15) und einem an der Unterseite des Befestigungselements (10) befestigten Verlängerungsgehäuse (11) ist, wobei das Verlängerungsgehäuse (11) eine darin ausgebildete Gasexpansionskammer aufweist, und bei dem die Motorblock-Auspuffleitung (31, 32) mit der Abgasexpansionskammer (34) in Verbindung steht.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Katalysatorträger (70) aus einem flexiblen zylindrischen Element mit in einer netzartigen Konfiguration ausgebildeten Fäden geformt ist, und bei dem das Katalysatorelement darin angeordnet ist.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Katalysatorträger (70) ein poröses Metallelement mit einem schwammartigen dreidimensionalen Maschenskelett ist, und bei dem das Katalysatorelement darin angeordnet ist.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der flexible poröse Sack (72) eine Befestigungsplatte und eine daran befestigte Maschenabdeckung aufweist.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Katalysatoreinheit (50) mehrere Katalysatorträger-Einfachstoffblöcke auf weist, die der Länge nach zueinander angeordnet sind, wobei die mehreren Stoffblöcke in dem flexiblen porösen Sack (72) angeordnet sind.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Katalysatoreinheit (50) mehrere Katalysatorträger-Einfachstoffblöcke aufweist, die senkrecht ausgerichtet und der Länge nach zueinander angeordnet sind, wobei der Durchmesser jedes der mehreren Stoffblöcke größer als der Durchmesser der darüber angeordneten Stoffblöcke ist, wobei die mehreren Stoffblöcke in dem flexiblen porösen Sack (72) angeordnet sind.
Motorabgas-Emissionsbegrenzungssystem nach Anspruch 10, bei dem der flexible poröse Sack (72) mehrere Abschnitte und Halselemente zum Verbinden benachbarter Abschnitte aufweist, und bei dem jeder der Abschnitte wenigstens einen der Stoffblöcke enthält.