[0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, mit einen
Hauptströmungsweg, der einen Schalldämpfer und - in Strömungsrichtung diesem nachgeordnet
- zwei katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Bypass-Strömungsweg für einen Ahchnitt des Hauptströmungswegs vorgesehen ist,
der den Schalldämpfer und einen der zwei Abgasbehandlungskörper umgeht, und daß der
Abschnitt des Hauptströmungswegs schließbar ist.
[0002] Moderne Abgasanlagen für Verbrennungsmotoren weisen außer mindestens einem Schalldämpfer
häufig einen oder mehrere katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper auf. Bei derartigen
Abgasanlagen hat man bereits daran gedacht, einen Schalldämpfer stromaufwärts im Abgasstrang
vor einem katalytisch wirkenden Abgasbehandlungskörper vorzusehen. Es ist bereits
bekannt, im Abgasstrang zwei katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper in relativ
geringem Abstand hintereinander anzuordnen.
[0003] Katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper benötigen, um ordnungsgemäß arbeiten
zu können, eine gewisse Mindesttemperatur, die - grob gesprochenin der Gegend von
200 bis 300°C liegt. Insofern ist es günstig, wenn die Abgasanlage so konstruiert
ist, daß nach dem Starten des Verbrennungsmotors mindestens einer der Abgasbehandlungskörper
möglichst rasch auf seine erforderliche Betriebstemperatur kommt. Andererseits vertragen
katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper nicht beliebig hohe Abgastemperaturen,
ohne Schaden zu nehmen. Die hierfür kritische Temperatur hängt vom Aufbau des Abgasbehandlungskörpers
und vom Aufbau und der Zusammensetzung des eigentlichen, katalytisch wirkenden Materials
ab, aber als groben Richtwert kann man 800 bis 900°C angeben. Infolgedessen sollte
man bei der Konstruktion einer Abgasanlage darauf achten, daß die kritische Temperatur
an dem (den) Abgasbehandlungskörper(n) auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen,
z.B. längerem Betrieb des Verbrennungsmotors mit hoher Last, nicht überschritten wird.
[0004] Die erfindungsgemäße Abgasanlage löst das technische Problem, die Abgasanlage für
Verbrennungsmotoren derart aufzubauen, daß möglichst rasch nach dem Starten des Verbrennungsmotors
ein katalytisch wirkender Abgasbehandlungskörper auf Mindestbetriebstemperatur zur
Verfügung steht, aber Überhitzungen des Abgasbehandlungskörpers bzw. der Abgasbehandlungskörper
möglichst zuverlässig vermieden werden.
[0005] Die erfindungsgemäße Abgasanlage ermöglicht es, nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors
das Abgas durch den Bypass-Strömungsweg strömen zu lassen und dadurch den Schalldämpfer
und einen der zwei Abgasbehandlungskörper von der unmittelbaren Durchströmung und
damit zusammenhängender Aufheizung durch das Abgas abzukoppeln. Infolge dieser Abkopplung
wird die Materialmasse dieser Bauteile zumindest wesentlich weniger stark aufgeheizt;
die Wärmeabgabeverluste von diesen Bauteilen an die Umgebung sind drastisch reduziert.
[0006] Aus der weiteren Beschreibung wird deutlich werden, daß die Abkopplung der genannten
Bauteile vom Abgasstrom keineswegs perfekt sein muß. Eine erhebliche Reduzierung der
Beaufschlagung dieser Bauteile mit Abgas reicht aus, die erfindugsgemäß beabsichtigten
Wirkungen zu erreichen.
[0007] Katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper bestehen typischerweise aus einem keramischen
Monolithen oder einem metallischen Durchströmungskörper, wobei der Abgasbehandlungskörper
eine Vielzahl von ihn in Strömungsrichtung durchziehenden Kanälen aufweist und wobei
die inneren Oberflächen mit einer katalytisch wirkenden Beschichtung versehen sind.
Diese Beschichtung enthält den eigentlichen Katalysator, häufig Partikel bestimmter
Metalle, insbesondere Platin. Übermäßig hohe Temperaturen können die katalytische
Beschichtung schädigen.
[0008] Nachdem der anfangs vom Abgas durchströmte Abgasbehandlungskörper eine genügend hohe
Temperatur erreicht hat, kann Abgas durch den vom Bypass-Strömungsweg umgangenen Abschnitt
des Hauptströmungswegs strömen. Dort gibt das Abgas insbesondere im Schalldämpfer
(der sich seinerseits aufheizt und dann Wärme an die Umgebung abgibt) Wärme ab. Hierdurch
wird die Temperatur des Abgases, welches den Abgasbehandlungskörpern zuströmt, entscheidend
gesenkt; die Abgasbehandlungskörper bleiben insbesondere bei längerdauerndem Betrieb
des Verbrennungsmotors mit hoher Last entscheidend kühler.
[0009] Das Schließen des Abschnitts des Hauptströmungswegs kann an im Prinzip beliebiger
Stelle dieses Abschnitts erfolgen. Ein völlig dichtes Abschließen ist nicht erforderlich,
da die erfindungsgemäß beabsichtigten Effekte auch erreicht werden, wenn der Abschnitt
des Hauptströmungswegs nur von einer geringen Abgas-Teilmenge durchströmt wird.
[0010] Es wird darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Abgasanlage auch mehr als zwei
Abgasbehandlungskörper aufweisen kann. In diesem Fall kommt es darauf an, daß bei
geschlossenem Abschnitt des Hauptströmungswegs mindestens noch ein Abgasbehandlungskörper
durchströmt wird. Andererseits können in diesem Zustand ein oder mehrere Abgasbehandlungskörper
von der unmittelbaren Durchströmung abgekoppelt werden.
[0011] In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung besitzen der Schalldämpfer und die Abgasbehandlungskörper
ein gemeinsames Gehäuse, wodurch im Vergleich zu einer Ausführung mit getrennten Gehäusen
Gewicht und Fertigungsaufwand gespart werden können.
[0012] Vorzugsweise sind die beiden Abgasbehandlungskörper in Strömungsrichtung nacheinander
angeordnet; der Bypass-Strömungweg mündet in den Raum zwischen dem ersten und dem
zweiten Abgasbehandlungskörper. Es ist jedoch alternativ möglich, die beiden Abgasbehandlungskörper
strömungsmäßig parallel anzuordnen. Bei geschlossenem Abschnitt des Hauptströmungswegs
wird nur einer der beiden Abgasbehandlungskörper von Abgas unmittelbar durchströmt,
bei geöffnetem Abschnitt des Hauptströmungswegs werden beide Abgasbehandlungskörper
durchströmt.
[0013] Man kann vorzugsweise auch den Bypass-Strömungsweg schließbar ausführen. In diesem
Fall strömt das Abgas bei geschlossenem Bypass-Strömungsweg nur durch den geschilderten
Abschnitt des Hauptströmungswegs.
[0014] Eine besonders kompakte Form der Abgasanlage erhält man, wenn Abgasbehandlungskörper
und Schalldämpfer in einem gemeinsamen Gehäuse so nebeneinander angeordnet werden,
daß das Abgas im Betrieb im wesentlichen S-förmig strömt. Ein bevorzugtes Beispiel
hierfür wird weiter unten bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels gegeben.
Wenn es z.B. aus Platzgründen praktischer ist, kann man jedoch auch den Schalldämpfer
und die Abgasbehandlungskörper in einem gemeinsamen Gehäuse hintereinander anordnen.
[0015] Vorzugsweise ist der Schalldämpfer als 3-Kammer-Reflexionsschalldämpfer ausgebildet.
Diese Ausbildung bietet günstige Vorraussetzungen insbesondere für das räumliche Zusammenfassen
mit den Abgasbehandlungskörpern in einem gemeinsamen Gehäuse. Prinzipiell kann man
jedoch den Schalldämpfer in beliebiger Bauart ausführen, z.B. als Absorptionsschalldämpfer.
[0016] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es bevorzugt, den Bypass-Strömungsweg
mit eineminsgesamt gesehen - geringeren Strömungsquerschnitt zu gestalten als den
weiter vorn angesprochenen Abschnitt des Hauptströmungswegs. Dahinter steht der Gedanke,
die wärmeabgebende Oberfläche des Bypass-Strömungswegs möglichst klein zu halten,
soweit dies mit den Abgas-Strömungsverhältnissen verträglich ist. Für praktische Ausführungen
kann man insbesondere die Rohrleitung des Bypass-Strömungswegs mit einem Querschnitt
ausführen, der 30 bis 60 % des Strömungsquerschnitts des genannten Abschnitts des
Hauptströmungswegs beträgt.
[0017] Eine besonders günstige Ausführung ergibt sich, wenn man in dem gemeinsamen Gehäuse
von Schalldämpfer und Abgasbehandlungskörpern Querwände vorsieht und die Abgasbehandlungskörper
sowie Einbaurohre des Schalldämpfers durch diese Querwände abstützt. Auf diese Weise
läßt sich auch konstruktiv besonders günstig ein 3-Kammer-Reflexions-Schalldämpfer
verwirklichen.
[0018] Es wird darauf hingewiesen, daß katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper nicht
nur bei benzinbetriebenen Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, wo sie insbesondere
als Dreiwege-Katalysatoren für ein Oxidieren unverbrannter Kohlenwasserstoffe und
von Kohlenmonoxid sowie für ein Reduzieren von Stickoxiden sorgen, sondern auch bei
Abgasanlagen für Dieselmotoren eingesetzt werden, dort insbesondere als Oxidationskatalysatoren.
[0019] Generell gesehen ist es günstig, den Bypass-Strömungsweg ziemlich dicht am Verbrennungsmotor
vom Hauptströmungsweg abzweigen zu lassen. Dies gilt ganz besonders für die Ausführung
mit einer Rohrleitung des Bypass-Strömungswegs, die dünner als die Rohrleitung des
genannten Abschnitts des Hauptströmungswegs ist.
[0020] Die Erfindung bringt den Effekt mit sich, daß bei geschlossenem Abschnitt des Hauptströmungswegs
der genannte Schalldämpfer nicht durchströmt wird, so daß das durch den Bypass-Strömungsweg
strömende Abgas vor dem Durchströmen des einen Abgasbehandlungskörpers weniger schallgedämpft
wird. Dies ist normalerweise praktisch nicht störend, weil weiter hinten im Abgasstrang
in den meisten Fällen sowieso noch ein weiterer Schalldämpfer sitzt. Außerdem bringt
die Erfindung mit sich, daß in demjenigen Betriebszustand, in dem einer der Abgasbehandlungskörper
nicht unmittelbar von Abgas durchströmt wird, insgesamt eine geringere Abgasbehandlungskörperlänge
zur Abgasreinigung zur Verfügung steht. Die hieraus resultierende, tendenziell geringere
Abgasreinigungswirkung wird jedoch mehr als kompensiert durch die erreichte raschere
Aufheizung des in dieser Betriebsphase durchströmten Abgasbehandlungskörpers.
[0021] Schließlich wird darauf aufmerksam gemacht, daß die Erfindung auch denjenigen Fall
umfassen soll, daß im Abgasstrang vor den beiden Abgasbehandlungskörpern kein Schalldämpfer
vorhanden ist. Auch in diesem Fall bleibt ein wesentlicher, erfindungsgemäßer Vorteil
erhalten, daß nämlich einer der beiden Abgasbehandlungskörper bei der Betriebsphase
des Durchströmens des Bypass-Strömungswegs von der unmittelbaren Abgasdurchströmung
abgekoppelt ist und damit dort geringere Wärmeverluste an die Umgebung auftreten.
Dies gilt ganz besonders für den Fall, daß die Bypass-Leitung einen kleineren Querschnitt
als der genannte Abschnitt der Hauptströmungsleitung hat.
[0022] Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines zeichnerisch
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[0023] Die einzige Figur zeigt im Horizontalschnitt einen erfindungsgemäß ausgebildeten
Bereich einer Abgasanlage mit zwei Abgasbehandlungskörpern und einem Schalldämpfer
in einem gemeinsamen Gehäuse.
[0024] In der Zeichnungsfigur erkennt man ein Gehäuse 2, welches - von links in der Zeichnung
betrachteteinen ovalen oder etwas flachgedrückt-runden Querschnitt hat. Das Gehäuse
2 ist dadurch hergestellt, daß eine Umfangswand 4 aus Blech mit zwei Stirnwänden 6
aus Blech verschweißt ist. Von links führen nebeneinander eine erste Rohrleitung 8
und eine zweite Rohrleitung 10 durch die dortige Stirnwand 6 in das Innere des Gehäuses
hinein. Rechts führt eine dritte Rohrleitung 12 durch die dortige Stirnwand 6 aus
dem Gehäuse 2 heraus.
[0025] Die erste Rohrleitung 8 muß man sich nach links über den Zeichnungsrand hinaus fortgesetzt
vorstellen bis zur Abgasseite eines nicht eingezeichneten Verbrennungsmotors bzw.
bis zu dessen Abgaskrümmer, der die Abgasströme der einzelnen Zylinder des Verbrennungsmotors
zu einem gemeinsamen Abgasrohr zusammenführt. Die dritte Rohrleitung 12 muß man sich
nach rechts über den Zeichnungsrand hinaus fortgesetzt denken bis zum Abgasaustrittsende
der Abgasanlage. Zwischen dem gezeichneten Gehäuse 2 und diesem Abgasaustrittsende
sind in die dritte Rohrleitung 12 ein oder mehrere Nachschalldämpfer eingebaut. Die
zweite Rohrleitung 10 zweigt von der ersten Rohrleitung 8 ziemlich dicht am Verbrennungsmotor
bzw. dessen Abgaskrümmer ab. Durch die Unterbrechungslinien 14 ist angedeutet, daß
die Längen der Rohrleitungen 8 und 10 zwischen dem Gehäuse 2 und der Abzweigung 16
der zweiten Rohrleitung 10 beträchtlich größer sind als zeichnerisch dargestellt.
Insgesamt handelt es sich um die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs.
[0026] Oben in der Zeichnungsfigur sind in dem Gehäuse 2 ein linker, erster Abgasbehandlugskörper
18 und-mit axialem Abstand zu diesem, ein zweiter Abgasbehandlungskörper 20 gehaltert.
Die beiden Abgasbehandlungskörper 18 und 20 sind beim gezeichneten Ausführungsbeispiel
zylindrisch und haben im wesentlichen gleiche axiale Länge (gemessen von links nach
rechts in der Zeichnung). Man kann jedoch die beiden Abgasbehandlungskörper 18 und
20 auch mit ungleicher axialer Länge ausbilden, insbesondere den zweiten Abgasbehandlungskörper
20 axial etwas länger als den ersten Abgasbehandlungskörper 18 machen.
[0027] Die beiden Abgasbehandlungskörper 18 und 20 sind jeweils mittels einer umlaufenden
Halterungsmatte 22 in einer Schale 24 aus warmfestem Blech befestigt. Die Schale 24
ist im Bereich der Abgasbehandlungskörper 18, 20 - ganz grob gesprochenzylindrisch
gestaltet und im Bereich rechts davon, also stromabwärts, kegelstumpfförmig-verjüngend
gestaltet. Am durchmesserkleineren Ende des Kegelstumpfes geht die Schale 24 in die
dritte Rohrleitung 12 über.
[0028] Die Halterungsmatten 22 bestehen aus hinreichend temperaturfesten Fasern. Sie können
auch als sogenannte Quellmatten ausgeführt sein, die einen Zusatz an Glimmer enthalten
und dadurch bei Erwärmung an Volumen zunehmen. Die Halterungsmatten 22 dienen einerseits
der temperaturbeständigen, Wärmedehnungsunterschiede zwischen den Abgasbehandlungskörpern
18, 20 sowie der Schale 24 ermöglichenden, quasi-elastischen Befestigung der Abgasbehandlungskörper
18, 20 in der Schale 24. Zugleich verhindern die Halterungsmatten 22 eine äußere Umströmung
der Abgasbehandlungskörper 18, 20.
[0029] Links von dem ersten Abgasbehandlungskörper 18, zwischen den beiden Abgasbehandlungskörpern
18, 20, und rechts von dem zweiten Abgasbehandlungskörper 20 ist die Schale 24 so
weit in ihrem Durchmesser reduziert, daß die Halterungsmatten 22 gegen Axialbewegung
gesichert aufgenommen sind. Außerdem bilden die Schultern eine Sicherung gegen übermäßige
axiale Bewegung der Abgasbehandlungskörper 18, 20, falls die halternde Anpreßkraft
der Halterungsmatten 22 einmal nicht ausreicht. Die Schale 24 kann aus zwei Halbschalen
hergestellt sein, die in einer Axialebene miteinander verschweißt sind. Am linken
Ende ist die Schale 24 offen, so daß dort von links her Abgas zur linken Stirnseite
des ersten Abgasbehandlungskörpers 18 zuströmen kann.
[0030] In dem Gehäuse 2 sind eine linke, erste Querwand 26 und eine rechte, zweite Querwand
28 befestigt, die jeweils parallel zu den Stirnwänden 6 des Gehäuses 2 verlaufen.
Die Schale 24 ist in zwei fluchtenden Öffnungen der ersten Querwand und der zweiten
Querwand 28 befestigt.
[0031] Es wird darauf hingewiesen, daß man die Schale 24 alternativ zumindest bereichsweise
doppelwandig ausbilden kann.
[0032] Unten in der Zeichnung erkennt man, daß die erste Rohrleitung 8 im Inneren des Gehäuses
2 geradlinig fortgesetzt ist und dort ein erstes Einbaurohr 30 eines später kompletter
zu beschreibenden Schalldämpfers 32 bildet. In der Zeichnung unterhalb des ersten
Einbaurohrs 30 befindet sich ein zweites Einbaurohr 34, welches parallel zu dem ersten
Einbaurohr 30 und in Axialrichtung des Gehäuses 2 verläuft. Die Einbaurohre 30 und
34 sind jeweils in zwei miteinander fluchtenden Öffnungen der ersten Querwand 26 und
der zweiten Querwand 28 befestigt.
[0033] Durch die Querwände 26 und 28 ist das Innere des Gehäuses 2 in drei Kammern unterteilt,
nämlich von links nach rechts in der Figur eine linke Kammer 36, eine mittlere Kammer
38 und eine rechte Kammer 40. Das erste Einbaurohr 30 ist sowohl in der linken Kammer
36 als auch in der mittleren Kammer 38 perforiert und endet offen in der rechten Kammer
40. Das zweite Einbaurohr 34 ist in der mittleren Kammer 38 perforiert und hat sowohl
in der linken Kammer 36 als auch in der rechten Kammer 40 jeweils ein offenes Ende.
Auf diese Weise ist ein 3-Kammer-Reflexionsschalldämpfer 32 gebildet. Die Hauptströmung
des durch die erste Rohrleitung 8 strömenden Abgases geht durch das erste Einbaurohr
30 in die rechte Kammer 40 und von dort sozusagen rückwärts durch das zweite Einbaurohr
34 in die linke Kammer 36, wobei infolge der Abgas-Druckpulsationen zusätzlich Teilmengen
durch die beschriebenen Perforationen austreten und eintreten.
[0034] Das weiter vorn beschriebene, linke, offene Ende 42 der Schale 24 liegt in der linken
Kammer 36, so daß das Abgas nach Passieren des Schalldämpfers 32 von dort durch die
zwei Abgasbehandlungskörper 18, 20 strömen und schließlich durch die dritte Rohrleitung
12 abströmen kann. Insgesamt ergibt sich somit ein im wesentlichen S-förmiger oder
mäanderförmiger Verlauf der Strömung des Abgases durch das Gehäuse 2.
[0035] Die zweite Rohrleitung 10 ist im Inneren des Gehäuses 2 zunächst geradlinig fortgesetzt
und führt durch eine Befestigungsöffnung in der ersten Querwand 26. Dahinter biegt
die Rohrleitung etwa rechtwinklig ab und führt durch eine Öffnung in der Schale 24
in den Raum 44 zwischen den axial beabstandeten Abgasbehandlungskörpern 18, 20.
[0036] Irgendwo zwischen der eingangs beschriebenen Abzweigung 16 und dem Eintritt in das
Gehäuse 2 ist in der ersten Rohrleitung 8 eine erste Klappe 46 angeordnet. Die erste
Klappe 46 läßt sich zwischen einer Offenstellung, in der sie im wesentlichen parallel
zur Strömungsrichtung des Abgases liegt, und einer Schließstellung, in der sie im
wesentlichen rechtwinkelig zur Abgasströmungsrichtung steht, verschwenken. Um dies
zu veranschaulichen, ist in der Zeichnung eine Zwischenstellung gezeichnet. Irgendwo
zwischen der Abzweigung 16 und dem Eintritt in das Gehäuse 2 ist in der zweiten Rohrleitung
10 eine zweite Klappe 48 angeordnet. Die zweite Klappe 48 läßt sich schwenkend zwischen
einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegen, analog wie zuvor für die erste
Klappe 46 beschrieben.
[0037] Außerdem befinden sich etwas oberhalb des ersten Einbaurohrs 30 in der ersten Querwand
26 eine kleinere Öffnung 50 und in der zweiten Querwand 28 eine kleinere Öffnung 52,
so daß durch diese Öffnungen 50 und 52 Überströmvorgänge zwischen den drei Kammern
36, 38, 40 stattfinden können. Diese Öffnungen 50, 52 können auch weggelassen sein.
[0038] Wenn man sich die beschriebene Abgasanlage ohne die Abzweigung 16 und die zweite
Rohrleitung 10 einschließlich ihrer Fortsetzung bis hin zum Raum 44 zwischen den beiden
Abgasbehandlungskörpern 18, 20 vorstellt, hat man einen Hauptströmungsweg der Abgasanlage
vor sich, gebildet durch die erste Rohrleitung 8, den zuvor beschriebenen Strömungswegbereich
durch den Schalldämpfer 32, den anschließenden Strömungswegbereich zuerst durch den
ersten Abgasbehandlungskörper 18, dann durch den Raum 44, dann durch den zweiten Abgasbehandlungskörper
20, und schließlich durch die dritte Rohrleitung 12, normalerweise mit Nachschalldämpfer,
bis zum Austrittsende. Von der Abzweigung 16 an bildet die zweite Rohrleitung 10,
einschließlich ihrer Fortsetzung innerhalb des Gehäuses 2 bis hin zu dem Raum 44 zwischen
den beiden Abgasbehandlungskörpern 18, 20, einen Bypass-Strömungsweg. Der durch den
Bypass-Strömungsweg überbrückte Abschnitt des zuvor beschriebenen Hauptströmungswegs
erstreckt sich somit von der Abzweigung 16 bis zu dem Raum 44.
[0039] Wenn der Verbrennungsmotor, zu dem die beschriebene Abgasanlage gehört, im kalten
Zustand oder im nicht betriebswarmen Zustand gestartet wird, befindet sich die erste
Klappe 46 in ihrer Schließstellung und befindet sich die zweite Klappe 48 in ihrer
Offenstellung. Somit strömt das Abgas, abgesehen von einer kleineren Leckströmung
an der ersten Klappe 46 trotz ihrer Schließstellung vorbei, ausschließlich durch die
zweite Rohrleitung 10 bzw. den Bypass-Strömungsweg. Das Abgas umgeht den Schalldämpfer
32 und den ersten Abgasbehandlungskörper 18. Es durchströmt den zweiten Abgasbehandlungskörper
20, wo die enthaltenen, gasförmigen Schadstoffe zumindest großenteils unschädlich
gemacht werden, wie in der Beschreibungseinleitung angesprochen. Da das Abgas auf
direktestem Wege dem zweiten Abgasbehandlungskörper 20 zuströmt, wird dieser optimal
rasch auf seine gewünschte Mindestarbeitstemperatur erwärmt.
[0040] Trotz der geschlossenen ersten Klappe 46 gelangen auch in diesem Zustand kleinere
Abgasmengen aufgrund der Abgaspulsationen quasi rückwärts durch den ersten Abgasbehandlungskörper
18 bis hin zum Bereich des Schalldämpfers 32. Da es sich hierbei jedoch nicht um eine
echte Durchströmung handelt, hält sich der Wärmeverlust aus dem Abgas an den ersten
Behandlungskörper 18, an die Einbaurohre 30 und 34 des Schalldämpfers 32 sowie an
die Wände 4, 6 des Gehäuses 2 insgesamt sehr in Grenzen. Dennoch findet infolge der
soeben beschriebenen Abgaspulsationen im Bereich des Schalldämpfers 32 eine gewisse
Schalldämpfung statt. Außerdem ist anzumerken, daß die zweite Rohrleitung 10 einen
deutlich geringeren Durchmesser als die erste Rohrleitung 8 besitzt, so daß die wärmeabgebende
Oberfläche der zweiten Rohrleitung 10 wesentlich geringer als die bei Durchströmung
wärmeabgebende Oberfläche der ersten Rohrleitung 8 ist, was eine weitere Verringerung
der Wärmeverluste aus dem Abgas an die Umgebung mit sich bringt. Schließlich ist anzumerken,
daß die Schale 24 allseits Abstand zur Umfangswand 4 des Gehäuses 2 hat, so daß mit
Ausnahme der Wärmeleitung durch die Querwände 26, 28 die Wärmeverluste von der Schale
24 an die Umgebung sehr gering sind.
[0041] Sobald der zweite Abgasbehandlungskörper 20 eine Temperatur erreicht hat, die ein
Stück oberhalb seiner Mindestarbeitstemperatur liegt, wird die erste Klappe 46 geöffnet
und die zweite Klappe 48 geschlossen. Jetzt strömt das gesamte Abgas - mit Ausnahme
einer gewissen Leckströmmenge an der geschlossenen zweiten Klappe 48 vorbei - durch
den weiter vorn beschriebenen Abschnitt des Hauptströmungswegs, als wenn der Bypass-Strömungsweg
nicht vorhanden wäre. Jetzt tritt der Schalldämpfer 32 voll in Funktion, die beiden
Abgasbehandlungskörper 18, 20 werden nacheinander durchströmt mit dem Ergebnis optimaler
Schadstoffreduzierung. Auch der erste Abgasbehandlungskörper 18 erwärmt sich nun rasch.
Wenn der Verbrennungsmotor für längere Zeit mit relativ hoher Last betrieben wird,
ergibt sich der Effekt, daß das Abgas vor seiner Zuströmung zum ersten Abgasbehandlungskörper
18 infolge der vorherigen Durchströmung durch den Schalldämpfer 32 und infolge der
Wärmeabgabe der (im Vergleich zu einem Schalldämpfer ohne Abgasbehandlungskörper im
gleichen Gehäuse) großen Wände 4, 6 des Gehäuses 2 beträchtlich abgekühlt wird. Infolgedessen
ergibt sich erfindungsgemäß vergleichsweise ein Kühlbleiben der Abgasbehandlungskörper
18, 20 in derartigen Betriebsphasen, wodurch die Gefahr einer Temperaturschädigung
der Abgasbehandlungskörper 18, 20 erheblich reduziert ist.
[0042] Wenn man die Wellen der ersten Klappe 46 und der zweiten Klappe 48 in die Zeichnungsebene
legt, statt rechtwinkelig zur Zeichnungsebene wie gezeichnet, kann man auch eine gemeinsame
Welle für beide Klappen 46, 48 vorsehen, welche den Abstand der ersten Rohrleitung
8 und der zweiten Rohrleitung 10 überbrückt, und kann damit beide Klappen 46, 48 gleichzeitig
verschwenken. Es versteht sich, daß in diesem Fall die Klappen 46, 48 um 90° winkelversetzt
auf dieser gemeinsamen Welle angeordnet sind, damit gleichzeitig zum Schließen der
einen Klappe ein Öffnen der anderen Klappe und umgekehrt stattfindet.
[0043] Alternativ ist es auch möglich, mit nur einer Klappe im Bereich der Abzweigung 16
auszukommen. Diese Klappe verschließt entweder die erste Rohrleitung 8 und öffnet
zugleich damit die zweite Rohrleitung 10 oder umgekehrt. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll,
im Bereich der Abzweigung 16 der zweiten Rohrleitung 10 den gleichen Durchmesser wie
der ersten Rohrleitung 8 zu geben. Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, daß man
die zweite Klappe 48 auch weglassen kann. In diesem Fall strömt bei geöffneter erster
Klappe 46 immer noch ein Teil des Abgases durch den Bypass-Strömungsweg.
[0044] Es wird darauf hingewiesen, daß die beiden Abgasbehandlungskörper 18, 20 nicht unbedingt
in Strömungsrichtung nacheinander angeordnet sein müssen, wie es beim beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Fall ist. Stattdessen kann man die Abgasbehandlungskörper
18, 20 durchströmungsmäßig parallelgeordnet vorsehen, also beispielsweise übereinander
in der Zeichnungsfigur. Die zweite Rohrleitung 10 kann im Raum vor den beiden Abgasbehandlungskörpern
18, 20 der linken Kammer 36 münden. Um einen der beiden Abgasbehandlungskörper 18,
20 von der unmittelbaren Durchströmung abzukoppeln, könnte man z.B. von jedem Abgasbehandlungskörper
18, 20 abströmseitig einen eigenen Abgaskanal vorsehen, die sich zu der dritten Rohrleitung
12 vereinigen. In einer dieser beiden Abgaskanäle wäre eine Klappe vorzusehen. Wenn
diese Klappe geschlossen ist, wird der diesem Abgaskanal zugeordnete Abgasbehandlungskörper
nicht unmittelbar durchströmt.
[0045] Zur automatischen Umstellung der beiden beschriebenen Klappen 46 und 48 kann man
einen beispielsweise hinter dem zweiten Abgasbehandlungskörper 20 angeordneten Temperaturfühler
vorsehen. Wenn die von diesem Temperaturfühler erfaßte Temperatur ein Stück oberhalb
der Mindestarbeitstemperatur des Abgasbehandlungskörpers ist, hat der zweite Abgasbehandlungskörper
20 mit Sicherheit seine Mindestarbeitstemperatur erreicht. Es wird ein entsprechendes
Signal an ein Steuergerät gegeben, welches dann das Umstellen der Klappen 46, 48 mittels
geeigneter Antriebe auslöst.
1. Abgasanlage für Verbrennungsmotoren, mit einem Hauptströmungsweg, der einen Schalldämpfer
(32) und - in Strömungsrichtung diesem nachgeordnet - zwei katalytisch wirkende Abgasbehandlungskörper
(18,20) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Bypass-Strömungsweg (10) für einen Abschnitt (8,30,40,34,36,18) des Hauptströmungswegs
vorgesehen ist, der den Schalldämpfer (32) und einen der zwei Abgasbehandlungskörper
(18,20) umgeht;
und daß der Abschnitt (8,30,40,34,36,18) des Hauptströmungswegs schließbar ist.
2. Abgasanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalldämpfer (32) und die Abgasbehandlungskörper (18,20) ein gemeinsames
Gehäuse (2) besitzen.
3. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgasbehandlungskörper (18,20) in Strömungsrichtung nacheinander angeordnet
sind.
4. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bypass-Strömungsweg (10) schließbar ist.
5. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß Schalldämpfer (32) und Abgasbehandlungskörper (18,20) im Gehäuse (2) derart nebeneinander
angeordnet sind, daß im Betrieb das Abgas im wesentlichen S-förmig strömt.
6. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalldämpfer (32) als 3-Kammer-Reflexions-Schalldämpfer ausgebildet ist.
7. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Abschnitt (8,30,40,34,36,18)des Hauptströmungswegs eine erste Rohrleitung
(8) aufweist,
daß der Bypass-Strömungsweg (10) eine zweite Rohrleitung (10) aufweist
und daß der Strömungsquerschnitt der zweiten Rohrleitung (10) kleiner ist als der
Strömungsquerschnitt der ersten Rohrleitung (8).
8. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß in dem gemeinsamen Gehäuse (2) Querwände (26,28) vorhanden sind,
daß die Abgasbehandlungskörper (18,20) durch die Querwände (26,28) abgestützt sind,
und daß Einbaurohre (30,34) des Schalldämpfers (32) ebenfalls durch die Querwände
(26,28) abgestützt sind.