WO2001020143A1

WO2001020143A1 - Katalytischer konverter für kleinmotoren mit zugeordnetem schalldämpfergehäuse

Info

Publication number: WO2001020143A1
Application number: PCT/EP2000/008593
Authority: WO
Inventors: Rolf BRÜCK; Jörg-Roman KONIECZNY
Original assignee: Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
Priority date: 1999-09-14
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2001-03-22
Also published as: AU7416400A; DE19943975A1

Abstract

Katalytischer Konverter zur Reinigung von Abgas eines kleinen Verbrennungsmotors, mit einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Schalldämpfergehäuse (1), mit einem Katalysator-Trägerkörper (2), welcher einen Abgaseinlaß (4) und einen Abgasauslaß (5) aufweist, wobei der Katalysator-Trägerkörper (2) zum Einbau in das Abgasleitungsgehäuse (1) angepaßt ist und der Katalysator-Trägerkörper (2) an einer Außenwand des Abgasleitungsgehäuses (1) so befestigt ist, daß der Abgaseinlaß (4) oder der Abgasauslaß (5) direkt mit einer Öffnung (7) im Abgasleitungsgehäuse (1) verbunden ist.

Description

Katalytischer Konverter für Kleinmotoren mit zugeordnetem Schalldämpfergehäuse

Die vorliegende Erfindung betrifft einen katalytischen Konverter zur Reinigung von Abgas eines Motors, insbesondere eines kleinen Verbrennungsmotors, mit einem zugeordneten Abgasleitungsgehause, insbesondere einem Schalldämpfergehäuse.

Katalytische Konvertoren werden in zunehmendem Maße auch für Kleinmotoren eingesetzt, da gesetzliche Emissionsvorschriften und ein zunehmendes Umweltbewußtsein der Menschen es wünschenswert machen, auch bei Kleinmotoren die Schadstoffemissionen so gering wie möglich zu halten. Kleinmotoren im hier verstandenen Sinne sind insbesondere Motoren von Zweirädern, Motorsägen, Laubsaugern, Rasenmähern und transportablen Stromaggregaten, bei denen ein Benutzer auch direkt durch Austreten der Abgase geschädigt werden kann oder zumindest belästigt wird. Typischerweise haben solche Kleinmotoren einen Hubraum von unter 250 ccm, insbesondere unter 50 ccm.

Es ist eine Vielzahl von katalytischen Konvertern für Kleinmotoren mit zugeordnetem Schalldämpfergehäuse bekannt, bei welchen ein Katalysator- Trägerkörper mit einem Halteelement innerhalb des Schalldämpfergehäuses befestigt ist, um die Abgase des Verbrennungsmotors zumindest teilweise noch innerhalb des Schalldämpfergehäuses zu reinigen. In der WO 98/54445 ist ein katalytischer Konverter beschrieben, der in einem Schalldämpfergehäuse mit einem als Trennwand des Gehäuses ausgebildeten Halteelement befestigt ist. Die Trennwand unterteilt dabei den Innenraum des Schalldämpfergehäuses in einen Zuströmraum für den ungereinigten Abgasstrom und einen Abströmraum für den gereinigten Abgasstrom. Der katalytische Konverter ist in einer Öffnung der Trennwand so gehaltert, daß auf jeder Seite der Trennwand je ein Öffnungsende des Katalysator-Trägerkörpers angeordnet ist. Ein Problem dieser Art der Halterung des katalytischen Konverters innerhalb des Schalldämpfergehäuses, ist die hierfür benötigte Baugröße des Gehäuses, die eine gewisse Mindestbreite und -tiefe haben muß. Die Baugröße des Gehäuses bestimmt sich daher nach dem für den Einbau eines katalytischen Konverters benötigten Platz oder es können nur relativ kurze katalytische Konverter verwendet werden, die einen geringen Konvertierungsgrad aufweisen und damit reinigungsuneffektiv sind. Häufig ist jedoch dieser benötigte Platz bei Schalldämpfergehäusen für Kleinmotoren nicht vorhanden.

Desweiteren erfordert diese Anordnung des Katalysator-Trägerkörpers im Schalldämpfergehäuse eine als Halteelement dienende Trennwand, die ausreichend stabil ausgebildet ist, um den Katalysator-Trägerkörper schwingungsstabil zu haltern. Eine derartig stabil ausgebildete Trennwand erhöht jedoch das Gewicht der aus dem katalytischen Konverter und dem Schalldämpfergehäuse gebildeten Einheit, was insbesondere bei Kleinmotoren von Handwerkzeugmaschinen wie Kettensägen, Laubsaugern oder ähnlichem von erheblichem Nachteil ist. Außerdem ist die Herstellung aufwendig und kostenintensiv.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen katalytischen Konverter für Kleinmotoren bereit zu stellen, der auf einfache und kostengünstige Weise in einem zugeordneten Schalldämpfergehäuse integrierbar ist, bei Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik.

Diese Aufgabe wird mit einem katalytischen Konverter mit zugeordnetem Schalldämpfergehäuse gemäß den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Der Katalysator-Trägerkörper des katalytischen Konverters gemäß der Erfindung ist mit einem Befestigungsmittel an einer Außenwand des Abgasleitungsgehauses so befestigt, daß der Abgasauslaß oder der Abgaseinlaß durch eine Öffnung im Abgasleitungsgehause direkt mit der äußeren Umgebung des Abgasleitungsgehauses verbunden ist. Auf diese Weise werden keine besonders ausgestalteten Zwischen- oder Trennwände innerhalb des Abgasleitungsgehauses für die Befestigung des Katalysator-Trägerkörpers benötigt, da dieser an einer ohnehin vorhandenen Außenwand des Gehäuses befestigt ist. Der Katalysator- Trägerkörper kann so auf sehr einfache Weise mit dem Abgasleitungsgehause verbunden werden, da nur einer von Abgaseinlaß oder Abgasauslaß innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Der jeweils andere von Abgaseinlaß oder Abgasauslaß ist dabei durch eine Öffnung im Abgasleitungsgehause mit dem Außenbereich des Abgasleitungsgehauses verbunden. Die Befestigung des katalytischen Konverters im Inneren des Abgasleitungsgehauses ist hierdurch wesentlich vereinfacht, da nicht beide Abgaseinlaß und Abgasauslaß im Inneren des Abgasleitungsgehauses liegen. Der Konverter ist direkt an einer seiner Öffnungsseiten mit der Öffnung im Abgasleitungsgehause verbunden werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Katalysator- Trägerkörper ein Mantelrohr auf, welches Mantelrohr zugleich als

Befestigungsmittel für den Katalysator-Trägerkörper dient. Das an sich bekannte

Mantelrohr eines Katalysator-Trägerkörpers kann dadurch neben seiner Funktion als Stabilitätsverstärker und Strömungsführer auch die Funktion der Befestigung des Konverters übernehmen. Beispielsweise kann der Konverter mit einem Stirnende des Mantelrohres an der Gehäusewandöffnung befestigt sein. Auf diese

Weise sind zusätzliche Befestigungsmittel oder Rohre nicht notwendig. Trotzdem ist dieser katalytische Konverter durch das Mantelrohr zum einen formstabil, und zum anderen schwingungsfest im Inneren des Abgasleitungsgehauses auf einfache

Weise befestigt. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Befestigungsmittel eine in die Öffnung des Abgasleitungsgehauses gasdicht einsetzbare Hülse mit einer flanschartigen Abkragung, wobei die Hülse den Katalysator-Tragerkorper mindestens teilweise umschließt. Die Hülse kann z. B. von außen in die Öffnung des Abgasleitungsgehauses eingesetzt und befestigt werden, wobei der Hülsenschaft so auf den Katalysator-Trägerkörper abgestimmt ist, daß sie diesen zumindest teilweise umschließt, d. h. die Funktion eines Mantelrohres für den Katalysator-Trägerkörper mit übernimmt. Die Befestigung der Hülse in der Öffnung kann dabei von der Gehäuseaußenseite vorgenommen werden und es ist so nicht notwendig, im ohnehin beengten Innenraum des Abgasleitungsgehauses Befestigungsmittel anzubringen. Auf diese Weise ist die Befestigung des katalytischen Konverters in dem Abgasleitungsgehause auf einfache Weise zu bewerkstelligen und ist konstruktionstechnisch vorteilhaft. Eine Hülse ist oft ohnehin erforderlich zum anschrauben einer Abgasleitung.

Nach einer weiteren diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Hülse ein verlängerter Endabschnitt des Mantelrohres. Hierbei wird die Hülse von dem Mantelrohr selbst gebildet, indem es an einem seiner Enden verlängert und hülsenförmig ausgebildet ist. Ein so gebildeter katalytischer Konverter kann beispielsweise als vorgefertigte Einheit, bestehend aus Katalysator-Trägerkörper und Mantelrohr, mit dem zugeordneten Abgasleitungsgehause auf sehr einfache Weise und trotzdem schwingungs- und formstabil verbunden werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Hülse ein Innengewinde auf zur Befestigung eines Abgasauslaßrohres. Auf diese Weise ist mit der Hülse nicht nur der Katalysator-Trägerkörper an dem Abgasleitungsgehause befestigt, sondern auch ein Abgasauslaßrohr kann an der Außenseite der Öffnung des Abgasleitungsgehauses eingeschraubt werden. Die Hülse dient somit der Befestigung von zwei Einzelteilen, wodurch die Einzelteileanzahl des katalytischen Konverters verringert wird und sein Aufbau vereinfacht wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Befestigungsmittel ein in den Innenraum des Abgasreinigungsgehäuses ragender Öffnungsrandabschnitt der Öffnung im Abgasleitungsgehause, mit dem das Mantelrohr verbunden ist. Die Öffnung des Abgasleitungsgehauses ist hierbei auf den Durchmesser des Mantelrohres abgestimmt, so daß letzteres beispielsweise durch Einstecken und Verschweißen mit dem Öffnungsrandabschnitt verbunden sein kann. Da hierbei kein speziell geformtes Mantelrohr des Katalysator- Trägerkörpers erforderlich ist, können konventionelle katalytische Konverter für Kleinmotoren zur Befestigung in dem Abgasleitungsgehause verwendet werden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Befestigungsmittel eine umlaufende Ausbördelung am Mantelrohr des Katalysator-Trägerkörpers, welche Ausbördelung einen größeren Außendurchmesser als die Öffnung im Abgasleitungsgehause aufweist und wobei die Ausbörderlung durch eine Schweißnaht mit dem Abgasleitungsgehause verbunden ist. Vorteilhaft ist hierbei, daß der Katalysator-Trägerkörper mitsamt seinem Mantelrohr als vorgefertigte Einheit von außen bzw. von innen in die Öffnung des Abgasleitungsgehauses einsteckbar ist und durch einfaches Verschweißen mit dem Abgasleitungsgehause verbindbar ist. Die Ausbördelung hat dabei den Vorteil, daß diese Befestigung des Mantelrohres auch sehr schwingungsstabil ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ragt der Katalysator-Trägerkörper mit seinem freien Ende in den Innenraum des Abgasleitungsgehauses berührungslos hinein. Dies hat den Vorteil, daß zum einen keine unnötige Wärmeübertragung zwischen dem Katalysator-Trägerkörper und dem Abgasleitungsgehause erfolgt und so eine etwaige Verletzungsgefahr eines Benutzers durch Berühren des Abgasleitungsgehauses verringert wird. Zum anderen kann dadurch der Katalysator-Trägerkörper von Abgasen im Schalldämpfergehäuse frei umströmt werden, wodurch der von durchströmenden Abgasen stark erhitzte Katalysator-Trägerkörper zumindest etwas gekühlt werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Katalysator-Trägerkörper ein metallischer, aus gewickelten Blechlagen gebildeter Wabenkörper. Dies hat den Vorteil, daß der Katalysator-Tragerkorper mit gängigen Metallbefestigungsmitteln, wie z. B. Nieten, Schweißen, Schrauben oder ähnlichem mit dem Abgasleitungsgehause, sprich Schalldämpfergehäuse verbunden werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Katalysator-Trägerkörper ein metallischer, aus gewickelten Blechlagen gebildeter Wabenkörper, der als vorgefertigte Einheit in dem Abgasleitungsgehause befestigbar ist. Dadurch ist der erfindungsgemäße katalytische Konverter mit wenigen Arbeitsschritten und einfach herstellbar. Der Katalysator-Trägerkörper kann als separate Einheit vor seinem Einbau mit einer katalytischen Schicht überzogen werden, wodurch der katalytische Konverter nach der Erfindung auch in großen Stückzahlen mit einfachen Mitteln herstellbar ist. Der Zusammenbau von Katalysator-Trägerkörper und Schalldämpfergehäuse ist nämlich dadurch auch ohne spezielle Beschickungsmaschinen möglich.

Der Katalysator-Trägerkörper kann insbesondere aus nur einer oder wenigen, ein freies Zentrum umgebenden Blechlagen bestehen, wodurch eine Überhitzung bei trotzdem zufriedenstellender Effektivität vermieden wird.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben sind. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 eine geschnittene Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines katalytischen Konverters mit einem hülsenformigen Mantelrohr als Befestigungsmittel,

Fig. 2 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung eines zweiten

Ausführungsbeispiels eines katalytischen Konverters mit einem Öffnungsrandabschnitt als Befestigungsmittel, und

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des katalytischen Konverters mit einem eine

Ausbördelung aufweisenden Mantel als Befestigungsmittel.

Bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ist ein Katalysator-Trägerkörper 2, welcher in einem Mantelrohr 3 angeordnet ist, in einem Abgasleitungsgehause 1, welches ein Schalldämpfergehäuse oder ähnliches sein kann, befestigt. Als Befestigungsmittel 6 für den Katalysator-Trägerkörper 2 an dem Abgasleitungsgehause 1 dient bei diesem Ausführungsbeispiel ein hülsenförmig ausgebildeter verlängerter Endabschnitt des Mantelrohres 3. Dadurch kann das Mantelrohr 3 von außen in die Öffnung 7 des Abgasleitungsgehauses 1 eingesteckt werden und mit dem Gehäuse 1 ohne zusätzliche Befestigungs- oder Trennwände verbunden werden. Die Gehäuseöffnung 7 des Abgasleitungsgehauses 1 ist hierbei der Abgasauslaß 5 für das durch den Katalysator-Trägerkörper 2 strömende Abgas, wohingegen der Abgaseinlaß 4 sich im Innern des Abgasleitungsgehauses 1 befindet. Die Abgaseinlaß- und Abgasauslaßseite des Katalysator-Trägerkörpers 2 kann jedoch auch umgekehrt als in Fig. 1 vorgesehen sein.

In der Fig. 2 ist ein Ausschnitt einer geschnittenen Darstellung eines zweiten

Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient zur Befestigung des Katalysator-Trägerköφers 3 an dem

Abgasleitungsgehause 1 als Befestigungsmittel 6 ein nach innen ragender Öffi ungsrandabschnitt 8 der Öffnung 7. Die dadurch gebildete flanschartige Abkantung der Öffnung 7 des Abgasleitungsgehauses 1 ist so auf den Durchmesser des Mantelrohres 3 abgestimmt, daß das Mantelrohr 3 mit dem Abgasleitungsgehause 1 verbunden werden kann. Beispielsweise kann die Befestigung des Offhungsrandabschnittes der Öffnung 7 mit dem Mantelrohr 3 durch Verschweißen erfolgen. Weiterhin weist hier das Mantelrohr 3 an seiner Abgasauslaßöffnung 5 ein Innengewinde 12 auf, mittels welchem ein, in der Zeichnung nicht dargestelltes, Abgasauslaßrohr befestigbar ist.

Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 3 ausschnittsweise und geschnitten dargestellt. Das Mantelrohr 3 weist hier eine umlaufende Ausbördelung 9 auf mit einem größeren Durchmesser als die Öffnung 7, wobei die Ausbördelung 9 als Befestigungsmittel 6 für die Befestigung des Katalysator-Trägerköφers 2 an dem Abgasleitungsgehause 1 dient. Eine Befestigung erfolgt hier durch eine Schweißnaht 10, die zwischen der Ausbördelung 9 und dem Abgasleitungsgehause 1 angebracht ist. Das Mantelrohr 3 weist in seinem weiteren Abgas-Strömungsverlauf ein Innengewinde 12 auf, in welches ein Abgasauslaßrohr 11 einschraubbar ist. Dadurch wird der Abgasauslaß des katalytischen Konverters von der Außenseite des Abgasleitungsgehauses 1 etwas weg verlegt.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung enthalten.

Bezugszeichenliste:

Abgasleitungsgehause (Schalldämpfergehäuse) Katalysator-Trägerköφer Mantelrohr Abgaseinlaß Abgasauslaß Befestigungsmittel Gehäuseöffnung kragenförmiger Offhungsabschnitt Ausbörderlung Schweißnaht Abgasauslaßrohr Innengewinde

Claims

Patentansprüche:

1. Katalytischer Konverter zur Reinigung von Abgas eines kleinen Verbrennungsmotors, mit einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Abgasleitungsgehause (1), insbesondere Schalldämpfergehäuse, mit einem von Abgas durchströmbaren Katalysator-Trägerköφer (2), welcher einen Abgaseinlaß (4) und einen Abgasauslaß (5) aufweist, wobei der Katalysator-Trägerköφer (2) zum Einbau in das Abgasleitungsgehause (1) durch ein Befestigungsmittel (6) angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Trägerköφer (2) an einer Außenwand des

Abgasleitungsgehauses (1) so befestigt ist, daß der Abgaseinlaß (4) oder der Abgasauslaß (5) direkt mit einer Öffnung (7) im Abgasleitungsgehause

(1) verbunden ist.

2. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Trägerköφer (2) ein Mantelrohr (3) aufweist und das Mantelrohr (3) als Befestigungsmittel (6) dient.

3. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (6) eine in die Öffnung (7) des

Abgasleitungsgehause (1) gasdicht einsetzbare Hülse mit einer flanschartigen Abkragung ist, und die Hülse den Katalysator-Trägerköφer

(2) mindestens teilweise umschließt.

4. Katalytischer Konverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse ein verlängerter Endabschnitt des Mantelrohres (3) ist.

5. Katalytischer Konverter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse ein Innengewinde aufweist zur Befestigung eines Abgasauslaßrohres (11).

6. Katalytischer Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (6) ein in den Innenraum des Abgasleitungsgehause (1) ragender Öffnungsrandabschnitt der Öffnung (7) ist, mit welchem das Mantelrohr (3) verbunden ist.

7. Katalytischer Konverter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel (6) eine umlaufende Ausbördelung (9) am Mantelrohr (3) ist, welche einen größeren Durchmesser als die Öffnung (7) aufweist und die Ausbördelung (9) durch eine Schweißnaht mit dem Abgasleitungsgehause (1) verbunden ist.

8. Katalytischer Konverter nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Trägerköφer (2) mit seinem Mantelrohr (3) in den Innenraum des Abgasleitungsgehauses (1) berührungslos hinein ragt.

9. Katalytischer Konverter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Trägerköφer (2) ein metallischer, aus gewickelten Blechlagen gebildeter Wabenköφer ist.

10. Katalytischer Konverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Trägerköφer (2) ein metallischer, aus gewickelten Blechlagen gebildeter Wabenköφer ist, der als vorgefertigte Einheit in dem Abgasleitungsgehause (1) befestigbar ist.

11. Katalytischer Konverter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Trägerköφer (2) aus nur einer oder wenigen Blechlagen gebildet ist, die einen von Blechlagen freien Zentralbereich umgeben.