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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung und/oder
zum Verringern von Schadstoffanteilen im Abgas einer Verbrennungsmaschine
als auch eine Vorrichtung zum Verringern und/oder zur Vermeidung
von Schadstoffanteilen im Abgas einer Verbrennungsmaschine.
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Im
Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, mittels denen umweltschädigende
Anteile des Abgases verringert werden können. So werden
bei Dieselfahrzeugen in jüngster Zeit vermehrt sogenannte
Rußfilter eingesetzt, welche einen Teil des bei der Verbrennung
von Dieselkraftstoff entstehenden Ruß' aus dem Abgas herausfiltern
und somit nicht in die Umwelt gelangen lassen. Bei Fahrzeugen mit
Ottomotoren sind sogenannte Katalysatoren bekannt, in welchen durch
chemische Reaktionen Schadstoffanteile des Abgases verringert werden.
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Diesen
Lösungen ist gemein, dass die Verbrennungsprodukte entstehen
und erst im Nachhinein durch Filterung oder chemische Veränderung
von der Umwelt fern gehalten werden.
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Als
allgemeiner Stand der Technik sei auf die Dokumente
WO 00/33954 A1 ,
US 2002/0152674 A1 ,
DE 195 12 394 A1 ,
WO 2004/025110 ,
WO 02/16024 sowie
WO 00/15957 A1 verwiesen.
Ganz besonders verwiesen sei auf den Stand der Technik gemäß
WO 00/33954 . Dieser Stand
der Technik lehrt ein Verfahren zur Aufbereitung bzw. Behandlung
von Flüssigkeiten mittels elektroakustischer Signale. In
dem Dokument ist u. a. auch erwähnt, einen elektroakustischen
Signalgenerator auszubilden, der ein erstes Signal in der Größenordnung
von 1,1 kHz und ein zweites Signal in der Größenordnung
von 1,5 kHz erzeugt und wobei diese elektroakustischen Signale über
eine Antenne, die vom Kraftstoff vor Zuführung in die Verbrennungsmaschine
umspült wird, zuzuleiten. Das Verfahren gemäß
WO 00/33954 soll dabei dazu
dienen, die Oktanzahl des Kraftstoffs zu erhöhen, im beschriebenen
Beispiel auf den Seiten 24, 25 des Dokuments, eine Erhöhung
von 5%.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es dem gegenüber, die Entstehung
von Schadstoffen, insbesondere von Rußpartikeln, während
des Verbrennungsvorgangs in einer Verbrennungsmaschine wenigstens
zu verringern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren
mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst, wie aber auch
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 3.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass z. B. der bei einem Verbrennungsvorgang
entstehende Russ zwar aufgefangen werden kann (z. B. durch Filterung),
da er aber unvermeintlich entsteht, irgendwann auch umweltverträglich
wiederum beseitigt werden muss. Auch ein Katalysator, der chemische
Veränderungen im Abgas der Verbrennungsmaschine bewirkt,
ist lediglich eine Reaktion auf bereits entstandene Schadstoffe.
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Dem
gegenüber schlägt die Erfindung nun vor, solche
Schadstoffe erst gar nicht, oder wenn schon, dann in erheblich verringertem
Umfang bei der Verbrennung, entstehen zu lassen.
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Es
konnte nun überraschend gefunden werden, dass durch das
erfindungsgemäße Verfahren bzw. auch durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung Schadstoffe z. T.
in ganz drastischem Maße verringert werden konnten, ohne
eine wesentliche Veränderung an der Verbrennungsmaschine
vornehmen zu müssen.
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Gerade
vor dem Hintergrund, dass sowohl die Feinstaubbelastung, die mit
Betrieb von Verbrennungsmaschinen einhergeht als auch die Erzeugung von
anderen Schadstoffen, z. B. Stickoxiden, Kohlendioxiden, Schwefelwasserstoffen
etc. (die üblichen gasförmigen Zusammensetzungen
von Abgasen) zunehmend nicht nur eine direkte Bedrohung für
die menschliche Gesundheit darstellen, sondern auch die Verbrennungsprodukte
der Verbrennungsmaschinen weltweit in ganz erheblichem Maße
für die Klimaveränderung verantwortlich gemacht
werden, möchte die Erfindung einen technisch neuen Ansatz
aufzeigen, dessen Realisierung sehr schnell umgesetzt werden kann
und wobei diese Realisierung in ganz erheblichem Maße wenigstens
bestimmte Verbrennungsprodukte reduziert. Auch kann durch die Realisierung
der Erfindung der Verbrauch der Verbrennungsmaschine reduziert werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von in Figuren ausgeführten Beispielen
näher erläutert:
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1 zeigt
eine schematische Darstellung gemäß der Erfindung;
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2 zeigt
ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Kraftstoffaufbereitung;
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3 zeigt
ein elektrisches Blockschaltdiagramm der erfindungsgemäßen
Kraftstoffaufbereitung;
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4 zeigt
den elektromechanischen Aufbau der erfindungsgemäßen Kraftstoffaufbereitung;
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5 zeigt
einen Querschnitt sowie auch eine Aufsicht auf die Übertrager
einer erfindungsgemäßen Kraftstoffaufbereitung;
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6 zeigt
eine typische Einbauposition einer erfindungsgemäßen
Kraftstoffaufbereitung in einem Fahrzeug.
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Tabelle
1 zeigt eine Übersicht über die Auswertung verschiedener
Messprotokolle; und
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Tabellen
2 bis 7 zeigen konkrete Prüfberichte (Abgasprüfung
Hannover; TÜV Nord).
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Verbrennungsmaschine gemäß der
Erfindung. Die Verbrennungsmaschine weist einen Tank 10 zur Aufnahme
von Kraftstoff auf, von dem eine Kraftstoffleitung 12 zu
einem erfindungsgemäßen Behälter 20 verläuft.
Von diesem erfindungsgemäßen Behälter 20 verläuft
die Kraftstoffleitung 12 weiter zur Kraftstoffpumpe 30 und
von dort aus zur Einspritzpumpe 40. Die Einspritzpumpe 40 stellt
den Kraftstoff über nicht näher bezeichnete Einspritzleitungen
dem Motor 50 zur Verfügung, in dem er dann verbrannt
wird. Solche Motoren mit Einspritzpumpen sind im Stand der Technik
vielfach bekannt.
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Natürlich
kann die Kraftstoffpumpe 30 auch zwischen dem Tank 10 und
dem erfindungsgemäßen Behälter 20 angeordnet
sein, um den Kraftstoff zu fördern.
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Weiterhin
ist ein Frequenzgenerator 60 vorgesehen, der über
Leitungen 62 elektromagnetische Signale vorgegebener Frequenzen
und in ausreichender Amplitude – u. U. mittels eines Verstärkers entsprechend
verstärkt – zu dem Behälter 20 überträgt
und dort an Übertragungsglieder (Antennen) abgibt, welche
innerhalb des Behälters 20 angeordnet sind. Der
Frequenzgenerator 60 erzeugt eine Vielzahl von verschiedenen,
diskreten Frequenzen, bevorzugt mehr als zwei, besonders bevorzugt
mehr als drei, oder mehr als vier, oder mehr als fünf,
oder mehr als sechs, oder mehr als sieben, oder mehr als acht, oder
mehr als neun, oder mehr als 10, oder mehr als 11, oder mehr als
12, oder mehr als 13, oder mehr als 14, oder mehr als 15, oder mehr
als 16, oder mehr als 17, oder mehr als 18, oder mehr als 19, oder
mehr als 20, oder mehr als 21, oder mehr als 22, oder mehr als 23,
oder mehr als 24, oder mehr als 25.
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Als
konkretes Beispiel dieser Frequenzen seien 18 Sinussignale mit folgenden
Frequenzwerten genannt:: 21,33 kHz, 23,5 kHz, 25,55 kHz, 26,66 kHz,
27,73 kHz, 30,23 kHz, 30,44 kHz, 34,33 kHz, 42,22 kHz, 44,11 kHz,
48,35 kHz, 49,11 kHz, 52,33 kHz, 54,33 kHz, 57,78 kHz, 63,33 kHz,
65,11 kHz, 66,66 kHz.
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Der
vom Tank 10 kommende Kraftstoff fließt somit über
die Kraftstoffleitung 12 in den Behälter 20, wird
dort mit dem von dem Frequenzgenerator 60 erzeugten Signal
mit den Frequenzen beaufschlagt und dann über die weitere
Kraftstoffleitung 12 und die Kraftstoffpumpe 30 zur
Einspritzpumpe und von dieser schließlich in den Motor 50 transportiert.
Dort wird der Kraftstoff dann unter verringerter Schadstoffentwicklung
verbrannt, so dass die von dem Motor 50 abgegebenen Abgase
ohne weitere Nachbehandlung bereits weniger Schadstoffanteile enthalten
als Abgase einer Verbrennungsmaschine mit einer herkömmlichen
Kraftstoffzufuhr.
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Die
oben beschriebenen Prinzipien der Erfindung lassen sich auf jede
beliebige Verbrennungsmaschine anwenden, d. h. beispielsweise in
einem Dieselmotor, aber auch einem Otto-Motor o. dgl. Derartige
Verbrennungsmaschinen können sowohl in Fahrzeugen als auch
in Schiffen eingesetzt werden.
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Die
oben beschriebenen Prinzipien der Erfindung lassen sich jedoch ebenfalls
bei stationären Verbrennungsmaschinen, wie beispielsweise
bei einem Dieselgenerator einsetzen. Dazu muss lediglich ein Behälter
20 um die Kraftstoffleitung herum angeordnet werden. Die elektromagnetischen
Signale mit unterschiedlichen Frequenzen werden an die Antennen
in dem Behälter angelegt, so dass der durch die Kraftstoffleitung
fließende Kraftstoff durch die durch die Antenne erzeugten
elektromagnetischen Signale beeinflusst wird.
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Die
Prinzipien der Erfindung lassen sich somit bei jeder Verbrennungsmaschine
einsetzen, welche Kraftstoff über eine Kraftstoffleitung
zugeführt bekommt, d. h. auch bei Verbrennungsmaschinen ohne
Einspritzung.
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Die
Signale von dem Frequenzgenerator 60 können kontinuierlich,
in festen Zeitintervallen (z. B. alle 5 bis 10 Sekunden für
jeweils 2 bis 5 Sekunden) oder in zufälligen Zeitintervallen
an die Übertragungsglieder (Antennen) angelegt werden.
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2 zeigt
nun ein weiteres Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
Kraftstoffaufbereitung.
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Wie
zu erkennen, ist die Kraftstoffaufbereitungseinheit 20 zwischen
der Verbrennungsmaschine 50 und dem Kraftstofftank 10 angeordnet.
Der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 wird dabei bevorzugt über
eine Kraftstoffpumpe 11 zur Kraftstoffaufbereitungseinheit
gepumpt.
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Der
Sinussignalgenerator ist ein Frequenzgenerator 60, dessen
Ausgangssignale mittels eines Verstärkers 61 in
die gewünschte Amplitude/Leistung gebracht werden.
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3 zeigt
nun den elektrischen Schaltplan des Frequenzgenerators bzw. der
damit verbundenen Übertragungseinheit.
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Wie
zu erkennen, erzeugt der Frequenzgenerator 18 verschiedene
elektrische Frequenzen, bevorzugt Sinussignale, deren jeweilige
Frequenz in den Blöcken angegeben wird. Diese Frequenzen werden
durch den Vorverstärker 61 verstärkt
und dann jeweils zwei weiteren Verstärkern, im dargestellten
Beispiel vier Kanalverstärkern 63 und 64,
zugeführt. Zur Energieversorgung der gesamten Einheit dient
die Spannungsversorgung eines Automobils von üblicherweise
12 Volt.
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Den
Verstärkern 63 und 64 sind Übertragungsglieder
nachgeordnet, nämlich dem Verstärker 63 ein Übertragungsglied
in Form einer elektrischen Leitung, welche auch durch Bildung einer
Windung in der Leitung eine Spule bildet, bevorzugt sogar sechs einzelne
Spulen. Beispielhaft sei erwähnt, dass die Zahlen der Windungen
der jeweiligen Spulen bei 30 liegen kann aber auch eine andere Größenordnung selbstverständlich
annehmen kann im Bereich z. B. von 5 bis 100 Windungen. Es ist auch
möglich, dass die Zahl der Windungen der einzelnen Spulen
sich voneinander unterscheidet.
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Dem
Verstärker 64 ist eine in einer flachen Ebene
aufgespannte Leitung nachgeordnet (nachfolgend Flachleitung genannt),
welche ihrerseits durch einen Transformator bzw. ein Übertragungsglied
mit dem Verstärker verbunden ist, wobei die Spulenzahl auf
der Eingangsseite des Transformators deutlich höher ist
als auf der Ausgangsseite und bevorzugt das Bindungsverhältnis
13:1 beträgt aber auch eine andere Größenordnung
von z. B. 5:1 oder auch 55:1 oder jede andere Abweichung hiervon
annehmen kann.
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4 zeigt
nun den elektromechanischen Aufbau der Kraftstoffaufbereitungseinheit.
Diese besteht aus einem im Wesentlichen hohlzylindrischen Körper
und ist einerseits mit einem Deckel abgeschlossen, der mit einem
Anschluss für einen Schlauch von einem Kraftstofftank versehen
ist. Schließlich nimmt der Deckel auch einen Stecker auf zur
elektrischen Verbindung der in der Kraftstoffaufbereitungseinheit
befindlichen Übertrager (Antennen) mit dem Frequenzgenerator.
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Der
Deckel ist bevorzugt mit einer kraftstoffresistenten Dichtung versehen
und an den hohlzylindrischen Körperangeschraubt oder auf
sonstige Weise befestigt.
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Das
Gehäuse des hohlzylindrischen Körpers besteht
bevorzugt aus Edelstahl, z. B. 2,5 mm dickem Edelstahl mit einem
angeschweißten Flansch und das Volumen sollte in der Größenordnung
von 0,3 bis 5 l, bevorzugt etwa 1,5 l liegen.
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Die
dargestellten Spulen sind mit einem Ferritkern versehen, die dargestellte
Flachleitung besteht aus einem Stahlblech, wobei zu bemerken ist, dass
die Materialangaben nur beispielhaft zu verstehen sind. Auch andere
Metalle oder elektrisch leitende Materialien können eingesetzt
werden, um den erfinderischen Zweck zu erzielen.
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Die Übertragungseinheit
ist mit einer Einhöhlung versehen, um den direkten Kontakt
zwischen elektrisch leitenden Teilen einerseits und dem Kraftstoff
in dem hohlzylindrischen Volumen andererseits zu vermeiden. Die
Einhöhlung kann z. B. durch eine GFK-Laminierung gebildet
werden, die ihrerseits nicht nur die elektrisch leitenden Teile
vor dem Kontakt mit dem Kraftstoff schützt, sondern auch
eine Stabilisierung der gesamten Übertragungseinheit bewerkstelligt.
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Schließlich
ist die Übertragungseinheit ausgangsseitig Ausgang versehen,
z. B. einem Schlauchanschluss, um den austretenden Kraftstoff zur
Verbrennungsmaschine weiterleiten zu können.
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5 zeigt
nun die Übertragungseinheit sowohl im Querschnitt als auch
in der Aufsicht, wobei zu bemerken ist, dass die Größe
der Darstellung etwa 1:2 verkleinert dargestellt ist.
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Zunächst
einmal ist in der Aufsicht zu erkennen, dass die in der Ebene abgebildete
Leitung eine Leitung ist, die mäanderförmig verläuft,
so dass eine Unterund Oberseite gebildet ist, an denen jeweils Spulenkörper
ausgebildet sind und diese Spulenkörper nehmen jeweils
Windungen auf, z. B. 30 Windungen, eines durchgehenden Drahtes,
z. B. aus 0,8 mm2 Kupfer, so dass sechs
in Reihe geschaltete Spulen gebildet werden.
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Wie
bereits beschrieben, ist der Flachleitung ein Übertragungsglied
vorgeschaltet, bevorzugt einem Windungsverhältnis von 13:1,
wobei die jeweils 13 Windungen aus einem 0,8 mm2 Kupferdraht
und die eine Windung aus einem 1,5 mm2 Kupferdraht
besteht und die eine Windung mit der Flachleitung elektrisch verbunden
ist.
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Wie
im Querschnitt dargestellt, wird die gesamte Übertragungseinheit
durch eine. GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff)-Laminierung
umschlossen, die ihrerseits die gesamte Einheit stabilisiert.
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Zur
weiteren Stabilisierung kann vorgesehen werden, dass die Übertragungseinheit
im Inneren der Kraftstoffaufbereitungseinheit in einer Schiene oder Anord nung
liegt, um das mechanische Schwingen der Übertragungseinheit
innerhalb des Hohlvolumens zu vermeiden, so dass sicher vermieden
wird, dass die Übertragungseinheit im Inneren der Kraftstoffaufbereitungseinheit
gegen die Wandung schlägt.
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6 zeigt
einen typischen Einbau der erfindungsgemäßen Einrichtung
in ein Fahrzeug, im dargestellten Beispiel ein Personenkraftwagen.
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Dabei
ist zu erkennen, dass die erfindungsgemäße Kraftstoffaufbereitungseinheit
im Motorraum in vertikaler Ausrichtung angeordnet ist, so dass der Kraftstoff
von oben durch den Deckel in das Innere der Kraftstoffeinheit strömt
und im unteren Teil wiederum die Kraftstoffeinheit verlässt
und dem Motor zugeführt wird.
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Wird
nun die erfindungsgemäße Einrichtung mit den in 3 genannten
Frequenzen beschrieben, so lässt sich eine ganz erhebliche
Reduktion der in den Abgasen üblicherweise befindlichen
Partikel – auch üblicherweise Feinstaub oder Russ
genannt – erzielen. Messungen, die an einem konkreten Fahrzeug
durchgeführt wurden belegen eine Reduktion der Partikel
gegenüber über einem Fahrzeug mit unbehandeltem
Kraftstoff von 76,8%, gleichzeitig konnte aber auch der Verbrauch
um etwa 2,3%, die Entstehung von Kohlendioxid um 2,3% sowie die
Entstehung von Kohlenmonoxid um 1,4% reduziert werden. Auch konnten
die Chlorkohlenwasserstoffe um 30,9% reduziert werden.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, nicht
nur gleichbleibende elektromagnetische Signale (Wellen) zu generieren,
sondern einen Teil als Transversalwellen und einen anderen Teil
als Longitudinalwellen zu generieren. 3 zeigt
ein solches Beispiel für die Behandlung von Diesel (vom
Dieselfahrzeug). In der linken Seite der Figur sind in zwei Spalten
verschiedene Frequenzen angegeben, nämlich in der linken
Spalte werden die elektromagnetischen Wellen (Signale) mit ihrer Frequenzangabe
gezeigt, die eine Transversalwelle erzeugen, während in
der daneben liegenden rechten Spalte die Wellen (Signale) mit ihren
Frequenzwerten dargestellt sind, die eine Longitudinalwelle erzeugen.
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Zur
Erklärung sei darauf verwiesen, dass eine Transversalwelle
(auch Quer-, Schub- oder Scherwelle genannt) physikalische Welle
ist, bei der eine Schwin gung senkrecht zu ihrer Ausbreitungsrichtung
erfolgt. Eine Longitudinalwelle (auch Längswelle) ist hingegen
eine physikalische Welle, die in Ausbreitungsrichtung schwingt und
eine Longitudinalwelle benötigt immer ein Medium (z. B.
auch den Kraftstoff), um sich fortzubewegen. Ein bekanntes Beispiel
für eine Longitudinalwelle ist ansonsten Schall in Luft
oder Wasser, während ein Beispiel für eine Transversalwelle
eine Wasserwelle ist, die eine Mischform aus Longitudinalwellen
und Transversalwellen ist.
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Die
weiteren Tabellen zeigen Prüfprotokolle zum Beleg des Erfolgs
der Schadstoffvermeidung durch die erfindungsgemäßen
Maßnahmen. Die Messungen wurden durch eine neutrale Instanz
vorgenommen, die ihrerseits keine Kenntnis darüber hatte,
was konkret in dem Fahrzeug eingebaut wurde, die Messungen wurden
wie übliche Gasmessungen vorgenommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 00/33954
A1 [0004]
- - US 2002/0152674 A1 [0004]
- - DE 19512394 A1 [0004]
- - WO 2004/025110 [0004]
- - WO 02/16024 [0004]
- - WO 00/15957 A1 [0004]
- - WO 00/33954 [0004, 0004]