DE1426222A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Einfuehrung eines Stromes in einen anderen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermengung von zwei oder mehr Fließmittelströmen, insbesondere eine Strahlpumpenaonderkonstruktion, in welcher der FIuB eingedtisten Fließmittels im wesentlichen unabhängig von dem Fluß dee Treibmittels zur Strahlpumpe verändert oder gesteuert werden kann. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einspritzen sekundärer oder Verbrennungsluft in einen fließenden Strom brennbarer Abfallprodukte, z. B. von Auepuffgasen von Verbrennungskraftmaschinen, wie Zündkerzen- Benzinmotor, Dieselmotor, Butanaotor u. dgl.

Das Bedürfnis zur Entfernung gewisser Bestandteile aus Fahrzeugauepuffgasen ist zur Zeit sehr bedeutungsvoll. Die unvermeidbar unvollständige Verbrennung von Kohlenwasseafcoffen duroh den Benzin- oder Dieselmotor führt zur Entwicklung erheblicher Meng·» unverbrannter Kohlenwasserstoffe und anderer

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unerwünschter Abfallprodukte, die in die Atmosphäre durch die Auspuffleitung ausgetragen werden. Bei der ständig steigenden. Konzentrierung von Kraftfahrzeugen, insbesondere im Stadtverkehr, kann der sich ergebende Ausstoß dieser unerwünschten Produkte in die Luft hohe Anteile erreichen. Diese Verbrennungsprodukte reagieren bekanntlich mit Luftsauerstoff unter dem Einfluß von Sonnenlicht unter Erzeugung von Qualm. Solche Abfallprodukte enthalten z. B. ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd, Aromaten, Spurenmengen, teilweise oxydierte Kohlenwasserstoffe, wie Alkohole, Ketone, Aldehyde, Säuren und Stickstoff- und Schwefeloxyde. Methoden zur Umwandlung von Fahrzeugauspuffgasen in harmlose Materialien, wie z. B. Kohlendioxyd und Wasser, können in zwei große Gruppen unterteilt werden: 1.) Katalytische Umwandlung und 2.) nichtkatalytisch^ oder thermische Umwandlung. Bei der katalytischen Methode werden die den Motor verlassenden Auspuffgase mit oder ohne Erwärmung oder Kühlung in Kontakt mit einem geeigneten Umwandlungskatalysator geführt, und die Umwandlungsprodukte der sich ergebenden Reaktionen werden dann in die Atmosphäre ausgetragen. Im allgemeinen bestehen die bevorzugten Umwandlungsreaktionen in mehr oder weniger vollständiger Oxydation von brennbaren Bestandteilen,tnd zu diesem Zweck ist es notwendig, ausreichend Sauerstoff, den man aus der Luft oder sonsbigem sauerstoff hai tigern Gas erhält, in den Auspuffgasen vor dem Kontakt mit dem Katalysator vorzusehen. Bei der thermischen Methode werden die Auspuffgase einfach auf eine ausreichend hohe Temperatur in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt oder auf dieser Temperatur gehalten, um so ohne Gebrauch eines Katalysators zu verbrennen. Bei jeder dieser Methoden ist es notwendig, mindestens eine stöchiometrische Menge, vorzugsweise einen Überschuß an Sauerstoff oder Luft, in den Auspuffgasen vorzusehen. Es ist nicht möglich, den Vergaser zu betreiben, um einen Luftsauerstoff zu liefern, da. dies in starkem Maße den Wirkungsgrad und/oder die Leistung des Motors mindern würde. Deshalb ist es gewöhnlich zweckmäßig, get eint die erforderliche Luftmenge den Auspuffgasen an einer Stelle zwischen den Auspuffventilauslässen des Motors und der katalytischen Umwandlungszone

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zuzusetzen, die auf der Abstromeeite liegt. Ein soloher Luftuberschudw4»d auoh als Sekundärluft bezeichnet im Gegensatz jra der Priwirluft, die durch den Tergaser eingesaugt wird und «or Unterstützung der Verbrennung des Treibstoffes innerhalb der eigentlichen Motorzylinder dient.

Bin bevorzugtes Mittel zur Sinführung von Sekundärluft besteht in einer Strahlpumpe oder einem Injektor, der in R_eihe geschaltet let oder einen Teil der Auspuffgasleitung darstellt und auf der Auf ströme ei te der Umwandlungszone liegt. Strahlpumpen sind in der Technik der Gas- und Flüssigeitsförderung bekannt, und es ist deshalb nur eine kurze Erläuterung ihrer Hauptelemente erforderlich. Xm wesentlichen besteht eine Strahlpumpe aus einer Einlaßdüse, die zur Abgabe in einem venturiförmigen Diffusorabschnitt dient. Der Diffusor besteht im allgemeinen aus eine« verengten Abschnitt, dessen Querschnittsfläche kleiner als der Injektorauslaß ist, und einem sich allmählioh erweiternden Abschnitt besteht, um wieder auf die Fläche des Xnjektoreinlasses anzusteigen. Bine Leitung zur Führung des einge&üsten Gases oder der Flüssigkeit steht mit dem Inneren des Injektors an einer Stelle auf der Abstromselie und nahe der Düsenöffnung in Verbindung.-Ein Strom von Treibmittel geht durch

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die Düse und wird dadurch in einen Strahl hoher Geschwindigkeit umgewandelt, der in den Diffusor geht und einen Bereich niedrigen Druckes an dessen Aufstromende erzeugt, in welches das injizierte Fließmittel mitgerissen oder angesaugt wird. Der Diffusor arbeitet unter Vermischung des Treibmittels und des injizierten Mittels und wandelt die Restgeschwindigkeit der Mischung in Druck um. Eine Strahlpumpe wird bekanntlich in verschiedener Weise und ziemlich willkürlich als Injektor, Exhaustor, Sduktor, oder Aspirator bezeichnet, je nach dem physikalischen Zustand des Treibmittels und des verwendeten ein.gedüsten Mittels, d. h. Ob Flüssigkeit, Gas oder kondensierbarer Dampf, eingedüst wird sowie auch je nach der primären Funktion der Strahlpumpe, nämlich ob sie zum Entleeren, zum Verdichten oder zum Mischen benutzt wird. Sonstruktionmäßig sind sie jedoch alle im wesentlichen identisch. Aus Gründen der Einfachheit soll hier der Aus-

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druck Injektor im allgemeinen Sinn zur Bezeichnung einer Vorrichtung benutzt werden, die zum Eindüsen eines Fließmittels in ein anderes unter Auenutzung eines Strahles hoher Geschwindigkeit des zweiten Fließmittels in der vorerwähnten Weise dient.

Fenn ein Injektor verwendet wird, um Luft in einen Auspuffgasstrom einzudüsen, dient das Auspuffgas selbst als Treibmittel, während die Sekundärluft das eingedüste Mittel ist. Venn ein Injektor auf dem Auspuffgas strom der Innenverbrennungsmaschine, insbesondere eines Zündkerzenmotors, angewendet wird, der unter stark schwankenden Beschleunigungsund Belastungsbedingungen betrieben wird, wie bei einem Motorfahrzeug, so treten besonders geartete Schwierigkeiten auf. Der Autostraßenbetrieb eines Motorfahrzeuges zerfällt gewöhnlich in vier Phasen, nämlich die Zustände des Leerlaufs, der Beschleunigung, der zügigen Fahrt und der Verlangsamung. Bei Leerlauf und Verlangsamung arbeiten die meisten Zündkerzenmotoren mit einem reicheren Verhältnis von Treibstoff zu Luft als während der Fahrt mit offener Drossel bei Beschleunigung und zügiger Fahrt. Der Bedarf an Sekundärluft für eine befriedigende Umwandlung des Auspuffgases ist daher im Verhältnis zum Auspuffgasfluß bei einem solchen reichen Gemisch im Betrieb der Maschine mit langsamer Geschwindigkeit größer; mit anderen Worten: das Massenverhältnis von angesaugter Sekundärluft zu Auspuffgas muß bei kleiner Motorgeschwindigkeit und infolgedessen bei langsamen Auspuffgasfluß größer sein als bei hoher Motorgeschwindigkeit mit entsprechend hohem Auspuffgasfluß. Wenn der Injektor so ausgelegt ist, daß die bei Leerlauf und Verlangsamung erforderliche große Sekundärlaufmenge eingedüst wird, muß die Düsengröße verhältnismäßig klein sein, tnd infolgedessen ist der Rückstau am Zündkerzenmotor hoch und ruft eine schlechte Motorleistung bei zügiger Fahrt und Beschleunigung hervor. Wenn andererseits der Injektor innerhalb der Rückstaugrenzen bei größtem Gasfluß ausgelegt ist, so ist

ea dadurch die Düsengröße etwas größer, und/wird ungenügend Luft

bei Leerlauf und Verlangsamung eingedüst. Ein Injektor mit einer

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dessen öffnung τοπ festliegender GrSBe let, kann also feel solchem Verwendungen nioht erfolgreich gebraucht werden. Die Brfinding vermeidet diese Schwierigkeit.

Gemäß der Erfindung wird ein Injektor vorgesehen, bei dem eine in einer öffnung endende Fließmittel führende Düse in Kombination alt einem hemmenden Glied vorhanden ist, das gegenüber der THXb* beweglich ist, um die öffnung teilweise asu verlegen« und an eine Betätigungseinrichtung angeschlossen ist, die die Bewegung des Hemmungsgliedes entsprechend dem Fluß dee Mittels durch die Düse bewirkt.

Bei dem Injektor nach der Erfindung ist die Düsenöffnung auf größten Fluß an Auspuffgas ausgelegt, das bezeichnend für ein typisches Treibmittel ist, und das bewegliche öffnungssperrglied arbeitet so, daß es die Düsenöffnung teilweise einschnürt, wenn der Fluß an Auspuffgas durch die Düse geringer let als ein vorbestimmter Fluß. Das Öffnung«sperrglied kann z. B. die Form einer Klage, Prallplatte, eines FlügelStückes, einer drehbaren Scheibe oder eines hin- und herbewegbaren Ringrauateilee haben und wird durch einen mehrerer Steuermechanismen, die nachstehend beschrieben sind, abwechselnd in eine geschlossene Stellung, in der das Teil die Düsenöffnung bei langsamem Auspuffgasfluß teilweise einengt, und in eine offene Stellung bewegt, in der es die öffnung in geringerem Maße einschnürt oder es bewegt sich im wesentlichen frei von der öffnung je nach seiner Ausführung bei einem hohen Auspuffgasfluß. Venn das Abschnürte!! offen ist, ist der Rückstau in der Motorauspuffverteilungsleistung gering. Venn das Abschnürteil geschlossen ist, wird die freie Öffnungsfläche verringert. Dadurch steigt die Geschwindigkeit des Auspuffgasstromes, und es wird mehr Luft injiziert. Infolgedessen ist beim langsamen Auspuffgasfluß dee Leerlaufes und der Beschleunigung die Düsenöffnung teilweise eingeschnürt, und es wird ausreichend Luft Injiziert. Unter diesen Bedingungen ist der Rückstau am Motor nioht übermäßig, weil nur ein kleiner Gasfluß duroh die eingeschnürte Düse geht* Bei hohem Auspuffgasfluß bietet sich andererseits der Düse ein Widerstand in geringerem Maße, oder sie ist prak-

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tisch ungebremst, und nur tragbarer Rückstau wird dem Motor aufgedrückt. ¥enndie Düse ao uneingeschnürt ist, wird das ' Masaenverhältnis von injizierter Sekundärluft zu Auspuffgas reduziert, aber der Luftbedarf ist auch geringer, da die Konzentration an umzuwandelnden, störenden Bestandteilen geringer ist als bei Leerlauf oder Verlangsamung.

Bei einer besonderen Ausführungefora besitzt der Injektor nach der Erfindung eine Treibmittelführungsdüse, die in einer kreisförmigen öffnung endet, in Kombination mit einem drehbaren, die öffnung einschnürenden Teil, das aus einer Kreisscheibe kleineren Durchmessers als diese öffnung besteht, und eine auf den Fließmittelfluß durch die Düse ansprechende Einrichtung ist mit dieser Scheibe verbunden und dreht sie abwechselnd erstens in eine geschlossene Stellung, in der die Scheibe konzentrisch mit der Öffnung ausgerichtet und in ihre Nähe verlegt ist, so daß die Öffnung teilweise eingeschnürt wird, und zweitens in eine offene Stauung, in der die öffnung zu einem geringeren Maße eingeschnürt ist. Bei einer anderen Ausführungsform enthält der Injektor nach der Erfindung ein hin- und herbewegbarea die Öffnung einschnürendes TiI, das sich in einer allgemein mit der zentrischen Längsachse der Treibmittel führenden Düse zusammenfallenden Richtung bewegen läßt und mit einer Antriebseinrichtung versehen ist, die auf den Fluß durch die Düse anspricht und an das Einschnürungsteil angeschlossen ist und dieses abwechselnd in eine geschlossene Stellung, in der es teilweise diese Öffnung einschnürt, und in eine offene Stellung hin- und herbewegt, in der die öffnung zu einem geringeren Maße eingeschnürt ist.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Veränderung des Massenverhältnisses von eingedüstem Mittel zu. Treibmittel während der Ansaugung des eingedüsten Mittels in eine umschlossene Niederdruckzone durch eine Einlaßöffnung derselben infolge des Austräges von Treibmittel aus einer Zone höheren Druckes als ein Strahl von eingeschnürtem Querschnitt in die niedere Zone und durch diese hindurch. Dieses Verfahren nach der* Erfindung besteht darin, daß man das Massenverhältnis von

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angesaugte· Bindttswogamittal zn auegetragenem Treibmittel

*'^v steigert, Indem man die wirksam· Querschnittsflache des Strahle

,. Jeweils reduziert ,wenn der Fluß de· Treibmittels sich auf weniger al· aln/va tlmmt an Wart vermindert.

Bin· besondere Ausfuhrungsform des Verfahrene nach der .. Erfindungbetrifft eine Verbesserung bei dem Verfahren zur Umwandlung des Auspuffgases einer Verbrennungskraftmaschine während sein·· Durchganges zuaammen mit zugesetztem sauerstoffhaltlgeai <*aa durom eine Umwandlungszone unter Freisetzung der anfallenden Umwandlungsprodukte in die Atmosphäre. Diese Verbesteht darin, daß man das Auspuffgas aus der Ausder Verbrennungskraftmaschine abzieht, das

Auspuff gas zu einem Strahl van eingeschnürtem Querschnitt gestaltet, diesen In eine NiederdruokBone und durch sie hindurchleitet t die mit einer Quelle säuerstoffhaltigen Gases kommuniziert, wedttroh daa sauerstoffnaltige Gas India Niederdruokzone angesaugt mmd darin mit dem Auspuffgas vermengt wird, und die wirksame Querschnittsflache de· Strahles jeweils reduziert, wann der Fluß an Auspuffgas sich auf weniger als einen vorbestimmten Wart vermindert, so daß das Massenverhältnis von angesaugtem säueretoffhaltigern Gas zu Auspuffgas dadurch bei elnem^olohen langsamen Fließzustand des Auspuffgases gesteigert wird. ■■■'.·■

Konstruktion und Betriebsweise nach der Erfindung kennen am besten in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben werden, die zur Erläuterung die bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung wiedergibt, jedoch nicht im Sinne einer Beschränkung zu verstehen ist.

Fig. 1 erläutert einen Injektor, in welchem das bewegliehe, die Öffnung einschnürende Teil eine drehbare* Scheibe ist;

Flg. 2 ist eine Querschnittsansicht des Gerätes nach Fig. 15

Flg. 3a und 3b erläutern eine drehbare Prallscheibe als Heemglied in geschlossener und in offener Stellung;

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Fig. 4a und 4b geben noch eine andere Ausführungsform ^u wieder, bei der das Hemmungsglied eine in Längsrichtung hin- und herbewegbare Drehungsfläche ist, in geschlossener und offener Stellung;

Flg. 4c zeigt einen Antriebsmechanismus für das Hemmungsglied, der betätigt wird, indem er auf eine von mehreren Motorrariablen anspricht.

Fib. 5a und 5b zeigen noch eine andere Ausführungeform, bei der das Hemmungsglied ein in Längsrichtung hin- und herbewegliches Ringraumhülβenteil ist, und zwar in geschlossener und offener Stellung.

Fig. 1 ist eine teilweise Schnittansicht des Injektors, und Fig. 2 eine Querschnittsansicht nach Linie 2-2 der Flg. 1 der ersten Ausführungsform. Die Einlaßleitung 1 ist an die Auspuffsammelleitung einer Verbrennungskraftmaschine angeschlossen, die nicht dargestellt ist. Düse 2 ist, z. 3. durch Schweissen, an die Innenwand der Leitung 1 angesetzt und läuft in eine kreisförmige Leitung 3 von kleinerem Querschnitt als der Injektoreinlaß aus. Bin öffnungshemmglied, das -'- bei dieser Ausfühxungsform aus einer Kreisscheibe 4,von kleinerem Durchmesser als die öffnung 3 besteht, ist dicht an der öffnung angeordnet. Die Scheibe ist in ihrer geschlossenen Lage gezeigt, in der. sie konzentrisch mit der öffnung ausgerichtet ist. Scheibe. 4 ist an eine drehbare Welle 5 angesetzt, die sich quer durch den Injektor erstreckt. Die Scheibe 4 ist frei um einen Durchmesser drehbar. Welle 5 wird an beiden Enden von Lagerstücken 6 getragen und ist am einen Ende an ein Ritzel 7 angeschlossen, das außerhalb des Injektors liegt. Ein druckbetätigter Kraftzylinder 9, der beispielsweise aus einem federbelasteten Kolbenantrieb besteht, ist auf der Außenwand des Injektors mittels eines Bandes 10 festgelegt. Der Zylinder 9 treibt eine hin- und hergehende Zahnstange 8, die mit dem Ritzel 7 kämmt. Dadurch wird die Drehbewegung der Scheibe 4 hervorgerufen. Betriebsdruck wird der Betätigungseinrichtung 9 über die Leitung 11 zugeführt, die mit dem Motorsystem an verschiedenerlei Punkten, z. B. mit der Auspuff Sammelleitung oder Stellen zwischen der Auspuff sammel- ■

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IeItone «ft4 der Leitung 3 angeschlossen sein kann» so daß die Betätigungseinrichtung in Funktion stm Auspuffgasdruck auf der Jtttfefyep weite der öffnung 3 arbeitet und damit indirekt auf den J Auspuff gasfluß anspricht. Sekundärluft wird durch Leitung 12 sageleitet, die gegen die Atmosphäre offen ist. Statt einer einsigen Öfng 12 können auch mehrere Löcher im Abstand rings ua den Umfang dee Injektors Torgesehen sein. Hoch ein anderes Mittel sttr Lieferung τοη Sekundärluft besteht darin, daß man den Diffaeorabeohnitt 13 in seitlichem Abstand getrennt von der BinlaBleitung 1 anordnet _t so daß ein offener Ringraum zwischen beiden gelassen wird. Der Diffusor 13 ist bei dieser AusftShrungsform als sich erweiternde Düse dargestellt, obgleich stattdessen auch eine konvergierende-divergierende Düse oder, wenn die Hrnnkaustratsung nicht wichtig ist, auch ein gerades Rohrstüok benutst werden kann. Der Abströmten des Diffus ore 13 kommunisiert mit einem geeigneten Reaktions- oder Umwandlungsgeftte (nicht dargestellt)_t worin die Umwandlung der Auspuffgase erfolgt.

Bei einer be vor sogt en Ausführungsform ist der Injektor mit dem Konverter in einem Stück gebaut. Beispielsweise kann das Koveergefäß in ganz dichtem Kontakt mit dem Diffusor ringsdm diesen angebaut werden. Diese Konstruktion ist vorteilhaft, wo in dem Konverter eine Katalysatorschicht in Teilchenform oder ein sonfcigee festes Kontaktmaterial enthalten ist, da die heiße Anepuffgas-Luftmischung dann zur Vorheizung der anfänglich kalten Kontaktschicht durch indirekten Wärmeaustausch durch die Wände des Diffusor β 13 hindurch ausgenutzt werden kann. Daduroh vermindert sich die zur Erreichung der Aktivierungstemperatur für den Katalysator oder der thermischen Umwandlunge temperatur erforderliche Zeit, wenn man z. B. in kaltem Zustand startet.

Im Betrieb wird das in Leitung 1 eintretende Auspuffgas su einem Strahl reduzierten, wirksamen Querschnitts durch die Öffnung 3 eingeschnürt; gleichseitig steigt die Geschwindigkeit ■ auf Koste» des Druckeβ. Die wirksame Querschnittsflache des Strahles ist definiert als die Fläche, die bei Multiplikation

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alt der Mittleren Geschwindigkeit des Strahles, gemessen bei einem üblichen Geschwindigkeitsdurchgang, die gesamte volumetrische Irließgeschwindigkeit des Gases bei dessen Temperatur und Druck an der Stelle der Geschwindigkeitsmessung liefert. Die erhöhte Geschwindigkeit des Auspuffgas strahl es führt au einem ' wesextLich niedrigeren Druck, der unmittelbar auf der Abstromseite der öffnung 3 herrscht. Durch richtige Konstruktion der Düse kann dieser Druck niedriger als Luftdruck gemacht werden. Infolgedessen wird Luft in den Injektor durch das Loch 12 eingedrückt oder angesaugt. Das entstehende Gemisch aus Luft und Auspuffgas fließt in den Diffusor 13 und durch ihn hindurch. Darin erfolgt eine innigere Durchmischung und außerdem ein Anstieg des Druckes infolge der relativ wirksamen Geschwindigkeit sreduktion, die durch die divergierende Düsengestalt des Diffusors bedingt ist. In dem P 11, wo Leitung 11 an die Aus-

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puff Sammelleitung des Motors angeschlossen ist, spricht die Betätigungseinrichtung 9 auf den Auspuffgasdruck auf der Aufstromseite der Öffnung 3 an. Bei niedrigem Auspuffgasfluß ist der Aufstromdruck niedrig, und di· Betätigungseinrichtung 9 treibt die Scheibe k in die in Fig. 1 und 2 gezeigte, geschlossene Stellung, wo die Scheibe die Öffnung 3 durch Bildung eines Hingraumes von kleinerem Querschnitt als diese Öffnung teilweise einschnürt. Die wirksame Querschnittsfläche des Gasstrahles wird so reduziert, was zu einer Steigerung seiner Geschwindigkeit und damit zur Einführung von mehr Luft durch Öffnung 12 führt. Bei hohem Auspuffgas fluß ist der Auf stromdruck hoch; er steigt ungefähr mit dem Quadrat der Fließgeschwindigkeit, und die Betätigungseinrichtung 9 dreht die Scheibe k mittels des Zahnstangentriebes um einen Winkel von etwa 90 , so daß nur die verhältnismäßig kleine Scheibendicke die öffnung einengt. In dieser offenen Stellung schnürt die Scheibe die Öffnung in wesentlich kleinerem Maße ein, und der Druck der Auspuff Sammelleitung wird auf einem annehmbaren ¥ert gehalten. Die wirksame Querschnittsflache des Gasstrahles ist damit erhöht, aber da der Gesamtflufi hoch ist, ist die Strahlgesohwindigkeit noch genügend hoch, um Binsaugung der erforderlichen Luftmenge zu bewirken.

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■ta . Ät· Bet&tlgungeeinriohtung kann proportional ausgelegt

••in, «* Aue dl· Winkelstellung der Scheibe k ein« kontinuierlich· Stadctlon. 4·· St«uerparametera, und »war In d iesem Fall 4*8 Amff^omdrttofcfts, 1st. Stattdessen kann die Betätigungsein-' rlehtung 9 β«β1* «it einer Schnapp schaltung arbeiten, also bot wred 3t*ll«mgeii haben, 00 daß die Scheibe k entweder TSllif •ffen oder r*Xl±4S geschlossen/ Sine solche Ausführung wird be- -romgt, wmsm, ·!» echeibenartlges Widerstandsglied für die öffnng b«&fttst wird» weil das Fliefibild des aas Strahles gewShn-

iet, wefin die Soheibe *|»e bleibende Stellung sswi-

Voll WMl 90 einnehmen sollt·» und dadurch die Injektions- ^•scIkwI itdi <lreit der Sekundärluft nachteilig vermindert werden kann« ' ~

Fig. 3a und 3b ist eine andere Auefuhrungsform des Injektor* unter VerWÄndung einer abweichenden Form eines drehbaren Teiles eur Binschnüruns der öffnung dargestellt. Gremftß Iff· 3* iKMtttltt das Yiderstandsglied für die öffnung aus einem Paar «ohrmg verlaufender Schalenteile 1^ mit offenem Knde, die beide an dem Injektor durch Zapfen 15 schwenkbar angelenkt sind. Die Zapfen. I5 liegen seitlich quer zum Injektorinneren und sind an der Wand der Leitung 1 befestigt. Die Schalenteile Ik können eine kegelstumpffBrmige, parabolische, hyperbolische oder sonstlge hohle Rotationsfläche haben, die sich im wesentlichen der j·weiligen. Gestalt der Düse 2 anpassen läßt. Xn Fig. 3a befinden sieh die Schalftn I^ in Schließstellung, und sie befinden sich dabei in auerüokbarem Eingriff unter Bildung eines überlappenden Aneatees der Düse 2. Der offene Auslaß der Schalen 12 hat ein· kleinere Querschnittsflache als die öffnung 3. Diese Art der Öffnuagseinsohnüreinrichtung ist insofern vorteilhaft, als ein äußeres Antriebsmittel, wie die Betätigungseinrichtung 9 der Fig. 1, nicht erforderlich ist: Die Schalen lh werden durch die Kraft des aus <*r öffnung 3 austretenden Auspuffgases in die offene Stellung getrieben; wie in Fig. 3b dargestellt, befinden eich die Schalen lh in ihrer vollen Offenstellung, in der sie sich bei. hohem Auspuffgasfluß so weit gedreht haben, daß die öffnung 3 praktisch frei ist. Wenn der Auspuffgasfluß abnimmt, können die Schalen in ihre Schließstellung durch nicht dar ge-

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■teilte Rückholfedern zurückgedreht werden, die verwendet werden können, um die Rückkehr der Schalen in ihre Schließstellung zu unterstützen und die Charakteristik der Schalen bezüglich ihrer Stellung gegenüber dem . Fluß einzustellen. Da die Schalen Tom Auepuffgas selbst bewegt werden können, wird so bewirkt, daß die wirksame Querschnittsfläche des AuspuffgasStrahles sich gemäß der linearen Geschwindigkeit des durch die Leitung 1 und Düse 2 gehenden Gases verändert; diese Querschnittsfläche nimmt bei niedrigerer Geschwindigkeit ab und wachs tybei hoher Geschwindigkeit.

Eine andere Ausführungsform des Einechnürungsmittels für die Öffnung nach Fig. 3a und 3b sieht nur ein drehbares Schalenteil, z. B. die obere Schale der Fig. 3a, vor. Bei dieser Aueführungsform ist die untere Schale ein fester Ansatz oder ein Teil der Düse 2. Bei langsamem Auspuffgasfluß bleibt die obere Schale auf der unteren Schale und bildet eine eingeschnürte Kreisöffnung an ihrem Auslaß. Venn der Fluß ansteigt, hebt sich die obere Schale von der unteren Schale ab und bildet eine unrunde öffnung von größerem Querschnitt.

Fig. 4a, 4b und 4c zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Einschnürmittel für die öffnung in der Längsrichtung hin- und herbeweglich statt drehbar ist. Das Einschnürungsteil 24 ist in Fig. 4a in seiner Schließstellung und in Fig. 4b in der offenen Stellung geaigt. Es kann, wie dargestellt, eine tropfenförmige Rotationsfläche oder aber auch die Gestalt einer Kugel, eines abgeflachten Spheroids, Ellipsoids, einer gekrümmten Prallplatte oder überhaupt irgendeiner teilweise oder voll entwickelten Rotationsfläche haben, die zui^ioittieren L&ngsachee der Düse symmetrisch und gegen den Injektoreinlaß konvex ist. Die mittlere Längsachse ist definiert als eine Linie, die durch die Mitte der runden Öffnung 3 geht und parallel zu den Außenwänden der Düse 2 und der Leitung 1 verläuft. Das Eins chnürungs teil 24 ist an eine hin- und hergehende Stange 16 angesetzt, die wiederum in der Lagerhülse 17 geführt ist. Das Lager 17 ist zentriech ausgerichtet und wird durch radiale Strebt.«ile 18 getragen, die an der Fand der Leitung 1 angebracht

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eind. Derjenige Teil der Stange 16, der in AufStromrichtung Ton der Lagerhülse 17 liegt, ist gezahnt und bildet einen Zahntrieb 19, der Bit dem Ritzel 20 in Eingriff gehalten ist. Das Ritsel 20 ist auf eine drehbare Welle 21 aufgesetzt, die seitlich durch den Injektor ragt und durch die Treibeinrichtung der Fig. 4c gedreht wird. Die Stange 16 schiebt das Einschnürungsteil in einer Richtung vor und zurück, die praktisch Kit deär zentrischen Längsache der Düse zusammenfällt. Xn Fig. ka. ist die Stange 16 nach rechts vorgeschoben und hat das Teil Zk so verlagert, daß es teilweise die Öffnung 3 einschnürt. Xn Fig. 4b ist die Stange 16 nach links zurückgezogen und hat das Teil Zk in die Düse'von der öffnung 3 zurückgezogen, so daß die Öffnung praktisch nicht eingeschnürt ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Teil 2k statt nach rechts auch aus der Düse 2 heraus und in den Diffusor 13 bewegt werden, Uli in seine Offenstellung zu gelangen.

Der Betätigungsmechanismus der Fig. k besteht aus einem druckbetätigten Kraftzylinder 23, der auf der Außenseite des Injektors mittels eines U-Streifens 25 festgelegt ist. Der Arbeitsdruck wird auf die Betätigungseinrichtung 23 durch Leitung 29 übertragen. Die Einrichtung 23 treibt eine hin- und hergehende Welle 26, die zu einem Zahntrieb 27 ausgebildet ist. Letzterer kämmt mit dem Ritzel 22. Das linke Ende der Stange Z6 ist in der Lagerhülse 28 geführt. Das Ritzel 22 sitzt auf der Welle 21, so daß eine Bewegung der Stange 26 nach links das Binschnürteil Zk in seine offene Stellung zurückzieht und umgekehrt. Ia Zusammenhang mit dem Gerät nach Fig. 1 wurde schon ausgeführt, daß die Treibeinrichtung durch den Aufstromdruck dee Auspuffgases betätigt werden kann. Eine solche Methode findet eich in Fig. kc wieder, wo die Leitung 29 beispielsweise mit einer Druckanzapfung 30 verbunden ist. Die Bewegung des Einechnttrungsteiles durch Aufstromdruck sowie unmittelbar durch Treibmittel ist eilgemein anwendbar bei jedem Injektioneaystem, bei dem das Verhältnis von injiziertem Fließmittel zu Treibmittel gesteuert werden muß.

Xa dem besonderen Falle der Behandlung von Auspuffgas

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eines Verbrennungsmotors können gewisse andere Variable verwendet werden, die in mittelbarer Beziehung zu dem tatsächlichen Fluß an Auspuffgas stehen und auch direkt proportional zum Auspuffgasfluß sind. Mehrere Methoden stehen zur Wahl, die schematisch in Fig. 4c angedeutet sind. Beispielsweise kann Leitung 29 an Leitung 31 angeschlossen werden, die mit dem Treibstoffeinlaßverteilungskopf des Verbrennungsmotors in Verbindung steht. Es ist ein Kennzeichen einer solchen Maschine, daß ein hohes Vakuum (Unterdruck) in dem Verteilerrohr in Leerlauf- und Verzögerungszustand herrscht, während ein niedriges Vakuum (hoher Druck) unter den Bedingungen der zügigen Fahrt und Beschleunigung herrscht. Die Wirkung des Betätigungsmittels 23 wird derart gewählt, daß bei hohem Vakuum das Einschnürungsteil 24 in seine Schließstellung und bei niedrigerem Vakuum in seine Offenstellung gebracht wird, so daß die wirksame Querschnittsfläche des Auspuffgasstrahles bei hohem Vakuum abnimmt und bei niedrigem Vakuum steigt. Das Vakuum im Einlaßverteilerrohr ist tai&chlich eine erwünschtere Steuervariable als der Auspuffgasdruck, weil bei ersterem eine Druckspanne von etwa 6*35 mm Quecksilber entsprechend niedrigsten und höchsten Auspuffgasfließgeschwindigkeiten zur Verfügung steht, während bei letzterem eine Druckspanne von nur etwa 178 mm Quecksilber oder weniger entsprechend denselben Fließgeschwindigkeiten vorhanden ist. Eine größere Empfindlichkeit und Betätigungskraft wird also durch Ausnutzung des Vakuums im Einlaßverteiler erhalten.

Eine andere Technik besteht in der Benutzung der Auspuffgastemperatur als Kontrollvariable, beispielsweise durch Verbindung von Leitung 29 mit Leitung 32, die wiederum an ein mit Gas oder Flüssigkeit gefülltes Temperaturmeßgerät oder einen thermischen Kolben angeschlossen ist, der in der Auspuffgasleitung im Aufstrom zur Stelle der Lufteindüsung oder in der AuspuffSammelleitung selbst angeordnet ist. Bei Verbrennungskraftmaschinen ist auch kennzeichnend, daß die Auspuffgastemperatur unter den Bedingungen des Leerlaufes und der Verlangsamung relativ niedrig 1st, aber bei zügiger Fahrt und Beschleunigung merklich ansteigt. Daher ist die Wirkung der Betätigungseinrichtung 23 so gewählt, daß bei niedriger Temperatur

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das Sli^eJhnttiruttga^teil 24 in seine Schließstellung gebracht wird und bei hoher Temperatur in seine Offenstellung gelangt, -so dad dia wirksame Querschnittefläche des Auspuffgasstrahle» bei ml#drig>r Temperatur verringert und bei hoher Temperatur rergrtlfiert wird.

Bs liegt auoh im Rahmen der Erfindung, die Stellung des Binsehwurmngeteilea Zk gemäß der Drosselstellung der VerbrenmmgakraftaaasoM ne zu verändern, so daß die wirksame Querschnlttefläehe des Aaspuff gas Strahles bei geschlossener Drosselung entsprechend dem langsamen Fluß des Auspuffgases kleiner 1st al« bei offener Drossel entsprechend hohem Auspuffgasfluß» Dies kann s. B. dadurch erreicht werden, daß man einen hydraulischen Stallungsüberträger an den Drosselarm anschließt und auf die Betätigungseinrichtung 23 ein Druckkommando entspreohend der Drosselstellung überträgt, oder daß man die Betätigungseinrichtung 23 fortläßt und die drehbare ¥elle 21 mechanisch an das Beschleunigungspedal des Fahrzeuges anlenkt.

Sis let natürlich durchaus möglich, als Antrieb für das Sinsöhnurtingeteil eine Betätigung mittels elektrischen Solenoids statt «Iner druckbetätigten Einrichtung 23 zu verwenden. In diesem ,Fall würde Zweistellungsdruck, Vakuum, Temperatur oder ein-duroh Auspuffgasdruck betätigter Grenz schalt er, Vakuum der Einlaßverteilungeleitung, Temperatur des Auspuffgases oder Drosselatellung das Betätigungskommando hierfür liefern. '

Fig. 5a und 5b erläutern eine andere Abwandlung eines ' hin·· und. herbeweglichen Einschnürungsteiles. Hier ist das Ein- ' schnürungateil 33 ^ein hohler, am Ende offener Ring oder Kragen, der kegeletumpffiJriaig oder sich in anderer Weise verjüngend ausgebildet sein kann, um sich in der Gestalt im allgemeinen der inneren Sohrägfläche der Düse anzupassen; dieses Teil 33 ist eye·©trieoh but mittleren Längsachse der Düse angeordnet. ; Das offene Abströmende des Teiles 33 hat einen kleineren Innen- j durchmoeser, als die öffnung 3. Das Teil 33 ist an die Stange 1<5 durch geeignete Streben angesetzt. In Fig. 5a findet sich . das Sineohnürongsteil 33 in seiner weitesten rechten oder Schließ-

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stellung und in Fig. 5b in seiner weitesten linken oder Offen-8teilung.

Jede der vorstehenden Ausführungsformen des Injektors kann verwendet werden, um andere Stoffe als Luft oder in Verbindung mit Luft in den Auspuffgasstrom einzudüsen. Beispielsweise kann es erwünscht sein, die Gase chemisch zu behandeln. In diesem Fall kann ein Vorratsbehälter mit einem geeigneten chemischen Reaktionsmittel an Leitung 12 angeschlossen sein. Da der Rauch aus dem Kurbelgehäuse einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderdurohblasung eine Ursache der Luftverunreinigung durch Ausblasen über die Entlüftungsleitung darstellt, kann es häufig vorteilhaft sein, das Kurbelgehäuse, z. B. durch die Atmungsleitung, an den Injektor anzuschließen, so daß derartiger Rauch zusammen mit Luft zur Umwandlungszone geleitet wird.

Obgleich die Erfindung besonders an ein Verfahren zur Einführung von Sekundärluft in das Auspuffgas einer Verbrennungskraftmaschine angepaßt ist und in stärkstem Maße befähigt ist, die vorerwähnten, eigentümlichen Probleme, die mit einer solchen Anwendung zwangläufig verbunden sind, zu umgehen, ist. es nicht beabsichtigt, daß der Gebrauch des vorliegenden Gerätes und Verfahrens in dieser Weise eingeschränkt sein sollte. Allgemein gesprochen, kann die Erfindung bei jedem Verfahren angewandt werden, bei dem kontinuierlich zwei oder mehr Fließmittel, also Gas oder Flüssigkeit, vermengt werden und das Massenverhältnis des einen Fließmittels zum anderen in Übereinstimmung mit einer Verfahr ens variablen verändert oder gesteuert werden soll, die mit dem VermischungsVorgang in Beziehung steht, insbesondere wenn die Druckerhaltung wichtig 1st. Beispielhafte Anwendungsgebiete sind die katalytisch^ Oxydation von Abgasen aus Industrieöfen oder Regeneratoren, insbesondere, wo solche Gase hinsichtlich ihrer Menge und bzw. oder ihres Gehaltes an Verbrennbarem schwanken, die katalytisehe Umwandlung giftiger Abgase, die aus chemischen Prozessen, wie Oxydation von Naphthalen zu Phthalsäureanhydrid, der Halogenierung von Kohlenwasserstoffen durch Vermischung von Kohlen-

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wasserstoff und Halogen, gesteuert alt hoher Geschwindigkeit unter HalogeÄierbedingungen und vielen anderen, staeeen.

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Claims (1)

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   P a t ent an sprü ehe

   1. Verfahren zur Steuerung des Massenverhältnisees von eingedüstem Fließmittel zu Treibmittel während der Ansaugung injizierten Fließmittels in eine umgrenzte Niederdruckzone durch deren Einlaßöffnung bei Austrag des Treibmittels aus einer Zone hohen Druckes als Strahl von eingeschnürtem Querschnitt in die NiedErdruckzone und durch diese hindurch, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenverhältnis von angesaugtem, injiziertem Fließmittel zu ausgestossenem Treibmittel dadurch gesteigert wird, daß man die wirksame Querschnittsfläche des Strahles reduziert, wenn der Fluß des Treibmittels unterhalb eines vorbestimmten Wertes vermindert wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, während die Größe der Einlaßöffnung für das injizierte Fließmittel praktisch konstant bleibt, die wirksame Querschnittsfläche des Strahles in unmittelbarer oder mittelbarer Abhängigkeit von der linearen Geschwindigkeit des Treibmittels derart verändert wird, daß die Querschnittfläche bei niedriger linearer Geschwindigkeit vermindert und bei hoher linearer Geschwindigkeit vergrößert wird.

   3 * Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein sauerstoffhaltiges Gas als angesaugtes, injiziertes Fließmittel mit einem im wesentlichen aus dem Auspuffgas aus einem Treibstoffverbrennungsprozeß bestehenden Treibmittel vermengt wird, indem das Auspuffgas als Strahl von eingeschnürtem Querschnitt in eine Niedrdruckzone und durch diese hindurch geleitet wird, die mit einer Quelle des sauerstoffhaltigen Gases in offener Verbindung steht und das Maaeenverhältnie von angestautem sauerstoffhaltigem- Gas zu Auspuffgas dadurch gesteigert wird, daß die wirksame Querschnitt sflach· des Strahles reduziert wird, wenn der Auspuffgasfluß unter einen vorbestimmten Vert sinkt.

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   k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Quersehnittsflache dee Auspuffgasstrahleβ in. Abhftngigkeit von dem Druck des Auspuffgases verändert wird, der an einer Stelle auf der Aufstromseite der Niederdruckzone herrscht, *® daß die Querschnittsflache bei niedrigem Druck abnimmt and bei hohem Druck vergrößert wird.

   5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Querβchnittsflache des Auspuf%asStrahles entsprechend de« Vakuum in der Einlaßverteilerleitung eine Verbrennungskraftmae chine verändert wird, aus der das Auspuffgas •tarnt, so daß die Querschnittsfläche bei hohem Vakuum in der Einlaßverteilerleitung verkleinert und bei niedrigem Vakuum in der Binlaßverteilerleitung vergrößert wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß dl« wirksame Querschnittsfläche des AuspuffgasStrahles in Abhängigkeit von der Temperatur des Auspuffgases verändert wird, so daß die Querschnittsfläche bei niedriger Temperatur verkleinert und bei hoher Temperatur vergrößert wird.

   7* Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Querschxiittsfläche des Auspuffgasstrahles in Abhängigkeit von der Drosselstellung einer Verbrennungskraftmaschine, di_§-das Auspuffgas erzeugt, verändert wird, so daß die Quersehnittsflache bei geschlossener Drosselstellung kleiner als bei offener Drosselstellung ist.

   8. Injektor mit einer das Treibmittel führenden Düse, die in eine öffnung ausläuft, gekennzeichnet durch ein Einschnürungemittel für die Öffnung, das gegenüber der Düse zur teilweisen Hemmung der Öffnung beweglich und an eine Betätigungseinrichtung angeschlossen ist, die die Bewegung des Einschnürungsteiles in Abhängigkeit von dem Fließmittelfluß durch die Düse bewirkt.

   9«^Injektor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein drehbares Binschnürungsteil für die Düse, das auf teilweise Einschnürung der öffnung eingestellt werden kann und m eine

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   Betätigungseinrichtung angeschlossen ist, die eine Drehung des Einschnürungstelies entsprechend dem Fließmittelfluß durch die Düse bewirkt.

   10. Injektor nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Einschnürungsteil aus einer Kreisscheibe kleineren Durchmessers als die Öffnung besteht und eine auf dem Pließmittelfluß durch die Düse ansprechende Treibeinrichtung an die Scheibe derart angeschlossen ist, daß sie die Scheibe 1.) in eine geschlossene Stellung, in der sie. konzentrisch nahe der Öffnung mit dieser ausgerichtet ist und dadurch die Öffnung teilweise einschnürt, und 2.) in eine Offenstellung, in der die Öffnung zu einem geringeren Maße eingeschnürt ist, dreht.

   11. Injektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschnürungsteil aus einem Paar verjüngter Schalenteile mit offenen Enden besteht, die beide schwenkbar am Xn-. jektor angesetzt sind und 1 . ) eine Schließstellung, in der sie unter Bildung eines Überlappungsansatzes der Düse in Eingriff treten und dadurch teilweise die Düsenöffnung einschnüren, und 2.) eine Offenstellung haben, in der sie praktisch frei von der Öffnung gedreht sind.

   12. Injektor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein hin- und herbewegliches Einschnürtingsteil, das in ed,ne allgemein mit der zentrischen Längsachse der Düse zusammenfallenden Richtung beweglich ist, und gekennzeichnet durch eine Treibeinrichtung, die auf den Pließmittelfluß durch die Düse anspricht und an das Einschnürungsteil so angeschlossen ist, daß es dieses abwechselnd in eine Schließstellung, in der es die Öffnung teilweise einschnürt, und in eine Offenstellung, in der die Öffnung zu einem geringeren Maße eingeschnürt ist, hin- und herbewegt.

   13· Injektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsclinürungsteil aus einer Rotationsfläche besteht, die um die zentrische Längsachse symmetrisch und konvex gegen das Aufstromende der Düse ist.

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   , 1Λ. Injektor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Binsohnürungsteil aus einem verjüngten Ring mit offenen Enden besteht, der zur Längsachse symmetrisch angeordnet ist, wobe,&dae Abströmende des Ringes einen kleineren Innenal» die Öffnung hat.

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