DE19522935A1 - Modularer Katalysator und Auspuff für Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Katalysator zum Reinigen der Verbrennungsluft und ins­ besondere auf einen modularen Katalysator für relativ große Dieselmotoren.

Ausgangspunkt

Die Verbrennungsprodukte (Abgase) von Verbrennungsmotoren enthalten giftige Stickoxidverbindungen (NOx) und unver­ brannte Kohlenwasserstoffe, die für die Umwelt schädlich sind.

In einem Versuch zumindest teilweise das Abgas von diesen unerwünschten Substanzen zu reinigen, ist seit langem die Verwendung von Katalysatoren bekannt, die in dem Abgasströmungspfad von dem Motor angebracht sind. Während die Entwicklung von Katalysatoren für die kleinen Motoren von Autos recht fortgeschritten ist, fordern staatliche Regulationen von den Herstellern von relativ großen Dieselmotoren nun auch die Emissionspegel von so­ wohl Kohlenwasserstoffen als auch NOx-Verbindungen signi­ fikant zu reduzieren.

Das Reduzieren von Emissionspegeln bei großen Dieselmo­ toren besitzt einen neuen Satz von Problemen, die zuvor in der Beziehung zu kleineren Automotoren nicht angetrof­ fen wurden. Zum Beispiel können die porösen Keramiksub­ strate, die typischerweise in den Katalysatoren verwendet werden, nicht leicht mit Durchmessern größer als 12 Zoll extrudiert werden. Dieser Durchmesser für das Substrat ist einfach zu klein, um die Massenströmung an Abgas von großen Dieselmotoren aufzunehmen. Ein Hersteller von großen Dieselmotoren ist diesem Problem dadurch begegnet, daß er zehn oder mehr quadratische Keramiksubstrate in einem Metallmantel eingeschlossen hat, was einen Abgas­ strömungsquerschnitt durch einen Verbundkatalysator mit einer ausreichenden Größe zur Folge hatte, um die er­ höhten Abgase aus dem Dieselmotor aufzunehmen. Unglück­ licherweise leidet dieser Lösungsansatz zum Erzeugen eines Katalysators mit einer ausreichenden Strömungs­ fläche unter dem Nachteil, daß er extrem schwierig in großen Anzahlen innerhalb akzeptabler Toleranzen her­ zustellen ist. Was benötigt wird, ist ein modularer Ka­ talysator, der leicht herzustellen ist, Emissionen auf ein befriedigendes Niveau reduziert und leicht während der Lebenszeit des Dieselmotors zu warten ist.

Infolge der großen effektiven Querschnittsfläche, die bei Katalysatoren für große Dieselmotoren notwendig ist, muß die Abgasströmung notwendigerweise vor dem Zusammentref­ fen mit dem Katalysator divergieren bzw. auseinander­ laufen. Es ist seit langem bekannt, daß jegliches Hinder­ nis in dem Abgasströmungspfad einschließlich des Katalysators oder der Auspuffstruktur notwendigerweise den Staudruck am Motor erhöht. Als eine allgemeine Regel hat ein erhöhter Staudruck eine niedrigere Brennstoff­ effizienz bzw. -wirtschaftlichkeit, verringerte Leistung und einen begrenzteren Höhenbereich für einen vorgege­ benen Motor zur Folge. Da die Abgasströmung von dem Motor auch notwendigerweise signifikant bzw. erheblich in dem Teil des Auspuffs divergieren bzw. auseinanderlaufen muß, der der Dämpfung von Lärm mit niedriger Frequenz gewidmet ist, zieht die vorliegende Erfindung in Betracht, die Auspuffstruktur in dasselbe Gehäuse wie den Katalysator aufzunehmen. Eine Kombination aus Katalysator und Auspuff in einem einzelnen Gehäuse kann somit einen geringeren Staudruck an dem Motor zur Folge haben, als dem der ansonsten auftreten würde, wenn zwei separate Gehäuse verwendet werden würden.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung weist eine Kombination aus Katalysator/Auspuff ein Gehäuse mit einem Einlaß, einem Auslaß und einem Abgas­ strömungspfad von dem Einlaß zu dem Auslaß vor. Ein Strö­ mungsverteiler ist an dem Gehäuse in dem Abgasströmungs­ pfad stromabwärts von dem Einlaß angebracht. Eine Viel­ zahl von Katalysatorsubstraten ist in dem Gehäuse ange­ bracht und parallel zueinander in dem Abgasströmungspfad stromabwärts bezüglich des Strömungsverteilers angeord­ net. Der Strömungsverteiler umfaßt eine Vielzahl von Kanälen, die den Abgasströmungspfad in eine Vielzahl von Neben- oder Unterpfaden aufteilt, die stromabwärts bezüg­ lich der Katalysatorsubstrate wieder zusammenlaufen. Schließlich sind Mittel zum Dämpfen des Lärms bzw. der Geräusche in dem Abgas an dem Gehäuse in dem Abgasströ­ mungspfad stromaufwärts bezüglich des Auslasses befe­ stigt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Katalysator ein Gehäuse mit einem Einlaß, einem Auslaß und einem Abgasströmungspfad von dem Einlaß zu dem Auslaß auf. Eine Platte, die in dem Gehäuse angebracht ist, teilt das Gehäuse in eine Einlaßkammer und eine Auslaßkammer auf. Die Platte besitzt auch eine Vielzahl von Öffnungen dort hindurch. Eine Vielzahl von Katalysatorsubstraten ist parallel zueinander in den Öff­ nungen angebracht.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in dem Reinigen der Abgase großer Dieselmotoren ohne die Leistung zu unterlaufen bzw. zu beeinträchtigen.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in dem Vorsehen eines Katalysators, der während der Lebenszeit des Motors leicht gewartet werden kann.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in dem Vorsehen eines Katalysators, der leicht in großen Mengen bzw. großen Stückzahlen innerhalb akzeptabler To­ leranzen hergestellt werden kann.

Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt in dem Vorsehen einer verbesserten Katalysator- und Aus­ puffeinheit für Verbrennungsmotoren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht eines Ka­ talysators und Auspuffs gemäß einem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung; wobei ein Teil des Gehäuses entfernt gezeigt ist, um die innere Struktur der Erfindung freizulegen bzw. zu zeigen;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenaufrißansicht einer Katalysatorunter- bzw. -nebendose bzw. -ele­ ment gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 3 eine geschnittene Frontaufrißansicht des Kataly­ sators und Auspuffs gemäß der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 4 eine perspektivische Seitenansicht eines modularen Katalysators gemäß einem weiteren Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine geschnittene Seitenaufrißansicht des modula­ ren Katalysators in Fig. 4.

Die beste Art die Erfindung auszuführen

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein modularer Katalysator und Auspuff 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein zy­ lindrisches Gehäuse 11. Das Gehäuse 11 ist vorzugsweise in der Größenordnung von 36 oder mehr Zoll im Durchmesser und ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl mit einer ge­ eigneten Dicke hergestellt. Das Gehäuse umfaßt einen Ein­ laß 12, der in herkömmlicher Art und Weise über Bolzen bzw. Schraubenöffnungen 14 mit einem Abgasrohr von einem Motor verbunden ist. Abgas von dem Motor strömt durch das Gehäuse 11 und tritt an dem Auslaß 13 aus, der in glei­ cher Weise mit einem Abgasrohr unter Verwendung von Bol­ zen bzw. Schraubenöffnungen 14 in dem Flansch verbunden ist. Eine 1/4 Zoll dicke rostfreie Stahlplatte 19 ist entlang ihrer Umfangskante 17 (siehe Fig. 3) an die In­ nenseite des Gehäuses 11 geschweißt. Die Platte 19 teilt das Gehäuse in eine Einlaßkammer 15 und eine Auslaßkammer 16 auf. Zusätzlich ist die Platte 19 an der Innenseite des Gehäuses 11 über Bügel 20 befestigt in einem Versuch, Vibrationen in der Platte infolge der pulsierenden Natur der Abgase zu begrenzen.

Eine Vielzahl von rohrförmig geformten Unter- bzw. Ne­ bendosen oder Elementen 18 ist in der Platte 19 ange­ bracht, um eine Vielzahl von individuellen Unter- bzw. Nebenpfaden von der Einlaßkammer 15 zu der Auslaßkammer 16 zu bilden. Die Länge des Abgaspfades durch jede Ne­ bendose ist im wesentlichen gleich, so daß das gesamte Abgas gleichförmig dem Katalysator ausgesetzt ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sieben Nebendo­ sen bzw. -elemente 18 in einem hexagonalen Muster ange­ ordnet, wie am besten in Fig. 3 gezeigt ist. Jede Neben­ dose 18 hält ein zylindrisch geformtes Keramiksubstrat 22 mit einem gewünschten katalytischen Überzug daran. Mehre­ re Katalysatorsubstrate 22 sind notwendig hinsichtlich der relativ großen Dieselmotoren, da die derzeitige Ex­ trudiertechnologie die Größe des Substrats auf ungefähr 12 Zoll im Durchmesser und eine maximale Länge in der Größenordnung von 7 Zoll begrenzt. Infolge der begrenzten Extrudierlänge für die Keramiksubstrate sind bei einigen Anwendungen zwei oder mehrere Anbringungsplatten inner­ halb des Gehäuses in einer Serie angeordnet. Mehrere Anbringungsplatten würden eine größere effektive Sub­ stratlänge für die Anwendungen zur Folge haben, bei denen ein größerer Kontakt mit dem Katalysator notwendig ist. Mehrere Anbringungsplatten können auch bei den Anwendun­ gen zweckmäßig sein, die zwei unterschiedliche Kataly­ satorsubstrate verwenden, wie zum Beispiel einen Oxida­ tionskatalysator und einen Ent-NOx-Katalysator oder aus irgendeinem anderen in der Technik bekannten Grund, der die Verwendung von mehreren Anbringungsplatten für eine spezielle Anwendung zweckmäßig macht.

Jedes Substrat 22 ist mit einer Ent-NOx-Verbindung über­ zogen, um das Entfernen giftiger Stickoxide aus dem Abgas zu fördern. Substrate 22 sind im Handel in verschiedenen Größen mit sowohl kreisförmigen als auch quadratischen Querschnittsformen von Corning und NGK Corporation er­ hältlich. Obwohl für Darstellungszwecke das Substrat 22 mit einer Ent-NOx-Verbindung überzogen bzw. beschichtet ist, könnte es in gleicher Weise mit vielen anderen Ver­ bindungen beschichtet sein, die in der Technik bekannt sind, um das Entfernen von anderen unerwünschten Verbin­ dungen aus dem Abgas zu fördern.

Ein Strömungsverteiler 30 ist innerhalb des Gehäuses stromabwärts bezüglich der Nebendosen 18 angebracht, und zwar über Bügel 31. Der Strömungsverteiler 30 ist im Handel erhältlich von bekannten Auspuffherstellern und dient zum Aufteilen des Abgases, das in den Einlaß 12 eintritt und zum Leiten von im wesentlichen gleichen Teilen des Abgases zu jeder der sieben Nebendosen 18. Auf diese Art und Weise altern die Substrate 22 mit ungefähr derselben Rate, da jedes Substrat ungefähr die gleichen Abgasmengen behandelt.

Obwohl dies etwas von den genauen Frequenzbereichen des Lärms abhängt, der gedämpft werden soll, ist eine Aus­ puffstruktur eines in der Technik bekannten Typs inner­ halb der Auslaßkammer 16 angebracht, und zwar vorzugswei­ se irgendwo zwischen den Nebendosen 18 und dem Auslaß 13. Für Darstellungszwecke zeigt Fig. 1 ein Paar von konkaven Prall- bzw. Ablenkplatten 40, die innerhalb des Gehäuses 11 angebracht sind. Jede Prall- bzw. Ablenkplatte 40 um­ faßt eine Vielzahl von Öffnungen 41, die dazu dient, den Lärm in der Abgasströmung zu dämpfen. In jedem Fall ist es zweckmäßig, daß die Auspuffstruktur so aufgebaut ist, daß sie den Lärm dämpft, ohne erheblich oder in signifi­ kanter Weise den Staudruck an dem Motor zu erhöhen.

Abgas tritt in die Vorrichtung am Einlaß 12 ein und wird danach innerhalb des Strömungsverteilers 30 aufgeteilt und mit im wesentlichen gleichen Teilen zu jedem der sieben katalytischen Substrate 22 gelenkt bzw. geleitet. Das Abgas sammelt sich dann wieder in der Auslaßkammer 16, bevor es durch die Auspuffstruktur 40 auf seinem Weg zu dem Auslaß 13 strömt. Die vorliegende Erfindung eli­ miniert die Notwendigkeit und die unerwünschten Effekte des Zusammenbringens bzw. Konvergierens der Strömung zwi­ schen dem Katalysator und dem Auspuff, was ansonsten not­ wendig wäre, bei einem Katalysator, der in einem separa­ ten Gehäuse von dem Auspuff angebracht wäre. Das Konver­ gieren der Strömung hat normalerweise einen erhöhten Staudruck an dem Motor zur Folge. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Integration des Katalysators mit dem Auspuffin einem einzelnen Gehäuse mit einem minimalen Verlust an Leistung des Dieselmotors erreicht.

Gemäß den Fig. 2 und 3 ist die detaillierte Struktur der Nebendosen 18 und die Anordnung davon in größerer Einzel­ heit dargestellt. Jede Nebendose 18 ist aus zwei Lagen rostfreiem Stahl mit der ungefähren Dicke eines fünfund­ vierzig-tausendstel Zolls, mit einer Länge in der Größen­ ordnung von 7 oder mehr Zoll und einem Durchmesser in der Größenordnung von 8 oder mehr Zoll hergestellt. Jede Nebendose 18 ist an einen hexagonalen Flansch 35 ge­ schweißt.

Jeder hexagonale Flansch 35 ist vorzugsweise in einem Kreis aus flachem Blech ausgestanzt, das eine große kreisförmige Öffnung durch seine Mitte besitzt. Der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung entspricht dem Au­ ßendurchmesser der Nebendosen 18. Die Kanten jeder kreis­ förmigen Ausstanzung wird dann nach oben gebogen, um eine hexagonale Form zu bilden und dann werden Bolzen- bzw. Schraubenlöcher an jedem Scheitelpunkt der nach oben ge­ bogenen Biegungen hergestellt. Jeder hexagonale Flansch 35 ist an seiner jeweiligen Nebendose 18 über eine Schweißnaht um die komplette Außenoberfläche der Neben­ dose herum befestigt. Die Schraubenlöcher in dem hexago­ nalen Flansch erlauben, daß jede Nebendosen/Hexagonal­ flanscheinheit abnehmbar an der Platte 19 befestigt wird, und zwar über Bolzen bzw. Schrauben 21. Dies erlaubt, daß jede individuelle Nebendose während der regulären War­ tungsintervalle während der Lebenszeit des speziellen Mo­ tors entfernt und ersetzt werden kann.

Ein zylindrisch geformtes keramisches Substrat 22 ist innerhalb der inneren Dose 23 gehalten, und zwar über einen nach innen gebogenen Flansch 23a, der typischer­ weise eine Größenordnung von 2-5 mm besitzt. Der Flansch 23a verhindert effektiv, daß sich das Substrat 22 beim Auftreten eines pulsierenden Druckgradienten an der Platte 19 entfernt. Ein Auflage- bzw. Mattenmaterial 25 ist zwischen der Außenoberfläche des Substrats und der Innenoberfläche der inneren Dose 23 positioniert. Die Matte 25 ist vorzugsweise aus einem Material, wie zum Beispiel Vermiculit, hergestellt, das sich unter Wärme­ einwirkung ausdehnt, um noch weiter zum Halten des Sub­ strats 22 an seinem Platz und zum Verhindern jeglicher Leckage um das Substrat herum dient. Endringe 24 sind an jedem Ende der Matte 25 positioniert und dienen zum Ab­ schirmen des Mattenmaterials 25 gegenüber verschlech­ ternden Effekten bzw. Einwirkungen der Abgasströmung. Die Endringe 24 sind vorzugsweise aus einem rostfreien Draht­ geflecht bzw. Sieb hergestellt. Die innere Dose 23 ist innerhalb einer äußeren Dose 27 plaziert, die auch einen nach innen gebogenen Flansch 27a aufweist, so daß eine Kante gebildet wird, die erlaubt, daß die innere Dose an der äußeren Dose über eine Umfangsschweißung 26 befestigt wird. Die Krümmung des äußeren Flansches 27a ermöglicht, daß die Nebendose 18 leichter in ihr jeweiliges Loch in der Platte 19 während der normalen Wartung oder Instal­ lierung geführt werden kann. Darüber hinaus erlaubt die Dicke der äußeren Dose 27, daß der hexagonale Flansch 35 über eine Umfangsschweißung daran geschweißt werden kann, ohne das Mattenmaterial 25 infolge einer übermäßigen Wär­ mebildung zu beschädigen. Die einfache Struktur jeder Nebendosen/Hexagonalflanschstruktur erlaubt ihr, daß sie relativ günstig in großen Zahlen bzw. mit großen Stück­ zahlen innerhalb akzeptabler Toleranzen hergestellt werden können.

Um eine Abgasleckage zwischen dem Flansch 35 und der Platte 19 zu verhindern, muß ein Teil des Flansches zwi­ schen jedem Bolzen bzw. jeder Schraube 21 im wesentlichen steif und unverbogen bleiben, selbst in der Gegenwart von pulsierendem Abgasdruck. Da ein Druckdifferential an der Platte 19 besteht, besteht notwendigerweise ein Biegemo­ ment an dem flachen und hochgebogenen Teil 36 des hexago­ nalen Flansches zwischen jeder Befestigungsschraube 21. Der hochgebogene Teil 36 jedes hexagonalen Flansches dient zum Versteifen des Flansches. Dies verhindert eine Abgasleckage an dem genauen Punkt, wo das Biegemoment, das durch das Druckdifferential erzeugt wird, am größten ist. Somit verhindert die hexagonale Flanschstruktur eine übermäßige Leckage an den katalytischen Substraten 22 vorbei und eliminiert ungefähr die Hälfte der Schrauben, die ansonsten notwendig wären, wenn ein kreisförmiger Flansch verwendet werden würde.

Die hexagonalen Flanschen 35 reduzieren nicht nur die Anzahl der benötigten Schrauben, sie erlauben auch eine erheblich dichtere Zusammenpackung bzw. Zusammenlegung der Nebendosen 18 selbst. Mit anderen Worten würden die kreisförmigen Flansche mehr Schrauben benötigen und sie würden es notwendig machen, daß die Nebendosen über eine größere Fläche hinweg ausgebreitet werden, um denselben Leckageschutz zu erhalten. Die Konsequenz dieser engeren Zusammenpackung bzw. Zusammenlegung ist, daß der Durch­ messer des Gehäuses 11 reduziert werden kann, ohne die effektive katalytische Querschnittsfläche, die durch die sieben katalytischen Substrate 22 definiert wird, zu ver­ ringern.

Gemäß den Fig. 4 und 5 umfaßt ein modularer Katalysator 11 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung ein Gehäuse 111 mit einem Einlaß 112 und einem Auslaß 113. Der Einlaß 112 ist mittels Schrauben an einem Abgasrohr 105 von dem Motor befestigt, und zwar in einer herkömmlichen Art und Weise. Dieses Ausführungsbei­ spiel unterscheidet sich von dem früheren Ausführungsbei­ spiel dahingehend, daß der Auslaß 113 direkt mittels Schrauben an einem herkömmlichen Auspuffgehäuse 106 be­ festigt ist, und zwar über die Schraubenöffnungen 114 im Flansch 115. Das Gehäuse 111 umfaßt somit keinen Auspuff­ teil, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel; wenn der Katalysator 112 jedoch in das Abgassystem ge­ schraubt wird, wird ein Verbundgehäuse, das die Gehäuse 111 und 106 aufweist, erzeugt, daß wie bei dem vorherge­ henden Ausführungsbeispiel einen Katalysatorabschnitt und einen Auspuffabschnitt stromabwärts davon aufweist. Die­ ses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich auch von dem früheren Ausführungsbeispiel dahingehend, daß die unter­ schiedlichen Nebendosen, die die Katalysatorsubstrate 124 enthalten, als eine Anordnung 120 an eine entfernbare Platte 12 geschweißt sind, anstatt, daß sie individuell über die hexagonalen Flansche 35 des früheren Ausfüh­ rungsbeispiels innerhalb des Gehäuses angeschraubt sind.

Wie in Fig. 5 zu sehen ist, ist das Innere des Gehäuses 111 in eine Verteilerkammer 116, eine Einlaßkammer 117 und eine Auslaßkammer 118 aufgeteilt. Die Einlaßkammer 117 ist von der Verteilerkammer 116 durch eine konvexe Aufteilplatte 130 getrennt, die innerhalb des Gehäuses 111 befestigt ist über eine Umfangsschweißung 131. Die Einlaßkammer 117 ist von der Auslaßkammer 118 durch eine kreisförmige Platte 140 getrennt, die permanent innerhalb des Gehäuses 111 angebracht ist über eine Umfangsschweißung 141 und eine Vielzahl von Versteifungsgliedern bzw. -elementen 144. Abgas, das in den Katalysator 110 ein­ tritt, sammelt sich zuerst in der Verteilerkammer 116 und geht dann in die Einlaßkammer 117 über eine Vielzahl von rohrförmigen Kanälen 132, die über die konvexe Platte 130 hinweg angebracht ist. Die Kanäle 132 sind Metallrohre, die in Öffnungen in der konvexen Platte 130 angebracht sind. Jeder Kanal 132 ist direkt benachbart zu einer entsprechenden Nebendose 123 angebracht, so daß das Abgas in der Verteilerkammer 116 aufgeteilt wird, so daß glei­ che Teile des Abgases in jede Katalysatornebendose 123 geleitet wird. Vorzugsweise ist die Mittellinie jedes Kanals 132 mit der Mittellinie seiner entsprechenden Ne­ bendose 123 ausgerichtet. Nach dem Hindurchlaufen durch die Nebendosen 123 sammelt sich das Abgas wieder in der Auslaßkammer 118 auf seinem Weg zu irgendeiner Auspuff­ struktur (nicht gezeigt), die in dem benachbarten Aus­ puffgehäuse 106 positioniert ist.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, sind die individuellen Neben­ dosen 123 in einem hexagonalen Muster angeordnet, das als die beste Anordnung zum Erzeugen der größten effektiven katalytischen Querschnittsfläche unter Verwendung von katalytischen Substraten 124 mit einem gleichförmigen Durchmesser-ermittelt wurde. Es sei natürlich bemerkt, daß die vorliegende Erfindung andere Nebendosenanord­ nungen und die mögliche Verwendung von Nebendosen mit unterschiedlichen Formen, wie zum Beispiel Quadraten, und katalytischen Substraten mit unterschiedlichen Formen und Größen in einer einzelnen Einheit in Betracht zieht. In jedem Fall ist es wichtig, daß eine große effektive Quer­ schnittsfläche von katalytischen Substraten erzeugt wird, ohne Raum zu verschwenden, so daß der Gesamtdurchmesser des Gehäuses 111 minimiert wird.

Wie zuvor beschrieben, ist dieses Ausführungsbeispiel von dem früheren Ausführungsbeispiel dahingehend unterschied­ lich, daß die komplette Katalysator-Unter- bzw. Nebenan­ ordnung 120 entfernbar innerhalb des Gehäuses 111 ange­ bracht ist, im Gegensatz zu den individuellen Nebendosen 123, die entfernbar innerhalb des Gehäuses angeschraubt sind, wie bei dem früheren Ausführungsbeispiel. Insbeson­ dere umfaßt die Katalysatoranordnung eine Anbringungs­ platte 121 mit einem Außendurchmesser, der gerade unter dem des Innendurchmessers des Gehäuses 111 liegt, um zu erlauben, daß die Platte 121 leicht in das Gehäuse hinein und aus diesem heraus bewegt werden kann. Die Platte 121 umfaßt eine Vielzahl von Öffnungen 126, deren Durchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser der Nebendosen 123 entspricht. Die Öffnungen 126 sind in einem hexagonalen Muster angeordnet und individuelle Nebendosen 123 sind über die Öffnungen 126 geschweißt, und zwar über eine Umfangsschweißung 127. Eine Vielzahl von Augen aufwei­ senden Tragschrauben 128 ist auch an der Platte 121 be­ festigt, um das Heben der Katalysatoranordnung aus dem Gehäuse 111 während der Wartung besser zu ermöglichen. Die Augen aufweisenden Bolzen oder Schrauben 128 sind notwendig, da die Katalysatoranordnung bis 200 Pfund oder mehr wiegen kann. Schließlich umfaßt die Anbringungs­ platte 121 eine Vielzahl von Schraubenlöchern (nicht ge­ zeigt) am Umfang, die Gewinde aufweisende Stummel oder Ansätze 142 aufnehmen, die an die feste Platte 140 ge­ schweißt sind. Die Katalysatoranordnung 125 ist somit in dem Gehäuse 111 angebracht durch Ausrichten des stromauf­ wärts befindlichen Teils der Nebendosen 123 mit ihren entsprechenden Öffnungen in der festen Platte 140, was zur selben Zeit Stummel oder Ansätze 142 mit den Bolzen oder Schraubenöffnungen in der Anbringungsplatte 121 ausrichtet. Die Anordnung wird dann innerhalb des Ge­ häuses 111 über eine Vielzahl von Muttern 122 gesichert, die auf die Stummel oder Ansätze 142 geschraubt werden. Dieses Merkmal der Erfindung erlaubt, daß die komplette Katalysatoranordnung 125 mit regulären Wartungsinterval­ len während der Lebenszeit des bestimmten Motors, an dem der Katalysator 110 befestigt ist, ersetzt werden kann.

Der Verteilerabschnitt bzw. -teil umfaßt bei diesem Aus­ führungsbeispiel eine konvexe Endabdeckung bzw. Kappe 137, innerhalb der ein Einlaßrohr 136 über eine Umfangs­ schweißung 138 angebracht ist. Die Endkappe 137 wird dann an das zylindrische Gehäuse 111 geschweißt, über eine Umfangsschweißung in einer herkömmlichen Art und Weise. Eine Vielzahl von Bügelversteifungsgliedern oder -ele­ menten 135 ist zwischen die Innenseite des Gehäuses 111 und die Außenseite des Einlaßrohrs 136 geschweißt. Da das Abgas von der Verteilerkammer 116 zu der Einlaßkammer 117 nur durch die rohrförmigen Kanäle 132 hindurchgehen kann, ist der akkumulative bzw. gemeinsame Querschnitt durch das Innere 133 der Kanäle 132 mindestens so groß wie die Querschnittsfläche des Einlaßrohrs 136, so daß der Ver­ teiler keinen unnötigen Staudruck an dem Motor erzeugt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sieben rohrförmige Kanäle 132 vorgesehen, um den sieben Nebendosen 123 in der Katalysatoranordnung 125 zu entsprechen.

Infolge der inhärenten pulsierenden Natur des Abgases von dem Verbrennungsmotor ist die feste Platte 140 über eine Umfangsschweißung 141 an dem Gehäuse 111 befestigt, und durch eine Vielzahl von dreieckigen Versteifungsgliedern bzw. -elementen 144 versteift, die sowohl an die Innen­ seite des Gehäuses 111 als auch die stromaufwärtige Seite der feste Platte 140 geschweißt sind. Die Versteifungs­ glieder 144 dienen dazu, das Einführen von Vibrationen in die feste Platte 140 zu verhindern, die ansonsten die feste Anbringungsplatte 140 beschädigen könnten sowie deren Lebenszeit stark begrenzen könnten. Somit verhin­ dern die Versteifungsglieder 144, daß sich die feste Platte 140 in der Gegenwart des pulsierenden Abgases als eine Trommel verhält, so daß die Anbringungsplatte und die katalytischen Substrate 124 durch die Vibrationen nicht zerstört werden.

Es sei bemerkt, daß unterschiedliche Modifikationen der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, wie oben beschrieben, und daß sich viele offensichtlich un­ terschiedliche Ausführungsbeispiele derselben Erfindung ergeben können, ohne von dem legalen Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel könnte das katalytische Sub­ stratmaterial keramisch oder metallisch sein und der Katalysatorüberzug an dem Substrat könnte entweder ein Aluminiumoxid-, Titanium(IV)oxid-, oder Silikaüberzug mit einem Edelmetall, wie zum Beispiel Palladium oder Platin, sein, das in den Überzug imprägniert ist. Darüberhinaus beschreibt das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung die Verwendung eines einzelnen katalytischen Substrats 22, wohingegen das zweite Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung die Verwendung von zwei oder mehr in Serie angeord­ neten katalytischen Substraten 124a und 124b innerhalb jeder Nebendose 123 darstellt. Bei dem letztgenannten Fall soll jedes der zwei oder mehr katalytischen Sub­ strate unterschiedliche Verunreinigungsverbindungen aus dem Abgas entfernen. Zum Beispiel könnte ein Substrat einen Ent-NOx-Katalysator verwenden, während das zweite Substrat auf das Entfernen von nicht verbrannten Kohlen­ wasserstoffen aus dem Abgas gerichtet ist. In jedem Fall ist gewollt, daß die obige Beschreibung nur zur Unter­ stützung des Verständnisses der Erfindung dienen soll, und nicht dazu dienen soll, den Umfang des Patentes zu begrenzen, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims (16)

1. Modularer Katalysator und Auspuff, der folgendes aufweist:
ein Gehäuse mit einem Einlaß, einem Auslaß und einem Abgasströmungspfad von dem Einlaß zu dem Auslaß;
einen Strömungsverteiler, der in dem Gehäuse in dem Strömungspfad stromabwärts bezüglich des Einlasses angebracht ist;
eine Vielzahl von Katalysatorsubstraten, die in dem Gehäuse angebracht sind und parallel zueinander in dem Abgasströmungspfad stromabwärts bezüglich des Strömungsverteilers angeordnet sind;
wobei der Strömungsverteiler eine Vielzahl von Ka­ nälen aufweist, die den Abgasströmungspfad in eine Vielzahl von Unter- bzw. Nebenpfaden aufteilt, die stromabwärts bezüglich der Katalysatorsubstrate wieder zusammenlaufen;
Mittel, die an dem Gehäuse in dem Abgasströmungspfad stromaufwärts bezüglich des Auslasses angebracht sind zum Dämpfen des Schalls bzw. Lärms in dem Abgas.

2. Modularer Katalysator und Auspuff nach Anspruch 1, wobei die Katalysatorsubstrate ab- bzw. entfernbar in dem Gehäuse angebracht sind.

3. Modularer Katalysator und Auspuff nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes der Katalysatorsubstrate abnehm­ bar an einer Platte befestigt ist; und wobei die Platte im Gehäuse angebracht ist und das Gehäuse in einer Einlaßkammer und einer Auslaßkammer aufteilt.

4. Modularer Katalysator und Auspuff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes der Katalysatorsub­ strate abnehmbar an der Platte befestigt ist unter Verwendung eines hexagonalen Flansches.

5. Modularer Katalysator und Auspuff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Katalysatorsubstrate in einem rohrförmigen Neben- oder Unterelement bzw. -dose mit Wänden enthalten ist, die im wesentlichen für Abgase undurchlässig sind.

6. Modularer Katalysator und Auspuff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der rohrför­ migen Nebendosen einen Umfangsflansch aufweist.

7. Modularer Katalysator und Auspuff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Nebendosen abnehmbar an einer Platte befestigt ist, und zwar über den Umfangsflansch; und die Platte in dem Gehäuse angebracht ist und das Gehäuse in eine Einlaßkammer und eine Auslaßkammer aufteilt.

8. Modularer Katalysator und Auspuff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Nebendosen sieben Nebendosen aufweist, die in einem hexagonalen Muster angeordnet sind.

9. Modularer Katalysator, der folgendes aufweist:
ein Gehäuse mit einem Einlaß, einem Auslaß und einem Abgasströmungspfad von dem Einlaß zu dem Auslaß;
eine feste Platte, die in dem Gehäuse angebracht ist, und die das Gehäuse in einer Einlaßkammer und einer Auslaßkammer aufteilt, wobei die Platte eine Vielzahl von Öffnungen dorthindurch besitzt;
eine Vielzahl von rohrförmigen Unter- oder Nebenele­ menten bzw. -dosen mit Wänden, die für das Abgas im wesentlichen undurchdringbar sind, die in der Viel­ zahl von Öffnungen angebracht ist, so daß Abgas, das von der Einlaßkammer zu der Auslaßkammer geht, durch eine der rohrförmigen Nebendosen hindurchgehen muß; und
ein Katalysatorsubstrat, das in jeder der rohrförmi­ gen Nebendosen angebracht ist.

10. Modularer Katalysator nach Anspruch 9, wobei die rohrförmigen Nebendosen abnehmbar an der festen Platte angebracht sind.

11. Modularer Katalysator nach Anspruch 9 oder 10, wobei jeder der rohrförmigen Nebendosen einen Flansch auf­ weist; und wobei jede der Nebendosen über den Flansch abnehmbar an der Festplatte angebracht ist.

12. Modularer Katalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der Katalysator ferner eine abnehmbare Platte mit einer Vielzahl von Öffnungen dorthindurch aufweist;
wobei jede der rohrförmigen Nebendosen über eine der Vielzahl von Öffnungen in der abnehmbaren Platte an­ gebracht ist, und
wobei die abnehmbare Platte abnehmbar an der festen Platte befestigt ist.

13. Modularer Katalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die rohrförmigen Nebendosen in einem he­ xagonalen Muster angeordnet sind.

14. Modularer Katalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei jede der rohrförmigen Nebendosen eine Vielzahl von in einer Serie angeordneten Katalysa­ torsubstraten enthält; und
wobei jedes der Vielzahl von Katalysatorsubstraten mit einem unterschiedlichen Katalysator beschichtet ist.

15. Modularer Katalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei der Katalysator ferner Mittel aufweist, die zwischen der Platte und dem Gehäuse befestigt sind, zum Versteifen der Platte gegenüber Druckim­ pulsen in der Abgasströmung.

16. Modularer Katalysator nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei jede der rohrförmigen Nebendosen Enden besitzt und wobei jedes der Enden einen nach innen gebogenen Flansch aufweist, der verhindert, daß das Katalysatorsubstrat daraus austritt.