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Vorrichtung zur Nachverbrennung von aus Abgasrohren an Brennkraftmaschinen
austretenden Gasen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachverbrennung von
aus Abgasrohren an Brennkraftmaschinen austretenden Gasen, mit einem länglichen;
an beiden Enden offenem Gehäuse, wobei das eine vordere Gehäuseende an eine Abgasleitung
anschliessbar ist, während: das andere hintere Gehäuseende zum frei nach aussen
Münden bestimmt ist, mit mindestens einer ins Gehäuseinnere ragenden elektrischen
Zündvorrichtung sowie lokalisierten Verengungen und Erweiterungen des lichten Gehäusequerschnittes
zur Beeinflussung der Gasströmung, und mit mindestens einer vor der Zündvorrichtung
ins Gehäuseinnere mündenden Leitung für Frischluft.
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Derartige Vorrichtungen sind zum Beispiel durch die französischen
Patentschriften 1 279 334 und 1 302 561 sowie durch die österreichische Patentschrift
210 217 bekannt. Bei allen- diesen Vorrichtungen wird der von der Brennkraftmaschine
wegführende Abgasstrom der Vorrichtung in Längsachse zugeführt und die Frischluft
wird von r'a;'ial alis_>c@n zugeführt. Bei svmnietr
ischer Anordnung
der Fr ischlllft 1e itung liegt dann die zugeführte Frischluft ringförmig um einen
innen liegenden Abgasstrom. Der Abgasstrom dient als Strahlenpumpe zum Ansaugen
der z.13. atmosphärischen Frischluft. Dieses Arbeitsprinzip ist wohl bekannt. Je
höher die Geschwindigkeit des Abgasstromes ist, desto geringer wird der Druck rin
dieser Stelle und desto mehr wird Frischluft angesaugt. 1;11l man die Geschwindigkeit
des Abgasstrories erhöhen, muss rian den Leitüngsduerschnitt verkleinern. Dies ist
in der erwähnten französischen Patentschrift 1 279 334 und der genannten
österreichischen Patentschrift auch offenbart. Um die vorteilhafte erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
:les Abgasstromes zu erhalten, muss dann aber auch zusätzlich zur Verengung seiner
Leitung die radial aussen liegende Wandung zur Führung des Frischluftstromes ebenfalls
verengt werden, damit sich kein erweiterter Ringraum für die Frischluft ergibt.
In der Praxis wird hierbei meistens so vorgegangen, dass die aussen liegende Gehäusewandung
zur Führung der Frischluft etwa in'gleicher Weise konisch verjüngt wird, wie die
innen liegende Rohrleitung für den Abgasstrom. Es ist klar verständlich, dass eine
derartige konische Ausbildung eines im Durchmesser nicht unbedeutenden Gehäuseteils
in der Praxis bezüglich der sonst billigen Konstruktionen von Auspufftöpfen, verhältnismässig
teuer zu realisieren ist. Da man auch heute noch Auspufftöpfe aus billigem, meistens
verzinktem Stahlblech herstellt, das z.B. nach 50 000 km Fahrstrecke eines Automobils
regelmässig durchgerostet ist, also aus Preisgründen noch kein rostfreier Stahl
Verwendung findet, solang kann man auch keinen Auspufftopf billig auf den Markt
bringen, der eine tiefgezogene äussere Gehäusewand aufweist. Auch die sonst notwendige
Schweissarbeit eines zu einem Kegelmantel geformten Stahlbleches ist zu teuer. Die
bekannten Konstruktionen sind also schon hinsichtlich dieses einen erwähnten baulichen
Merkmals nicht billig herzustellen, so dass sie si.di n i`ht auf dem Markt durchsetzen
könnten.
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Des weiteren erfordern die bekannten Vorrichtungen zii viel Pauteile,
bzw. konstruktiven Aufwand, um eine gute
Vermischung der Abgase
mit der Frischlift züt gewährleisten, oder sie weisen überhaupt keine solche Verwirbelungshelfer
auf; So
dass auch die Vermischung es Abgases mit der Frischluft nicht vollkommen
sein kann. Die (vriscluufbereitung muss ausserhalb der eigentlichen Brennhammer
erfolgen, damit eine gleichmässige ungestörte Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer
aufrechterhalten bleibt. Unmittelbar an cler Mündung der (las Abgas in die Vorrichtung
führenden Leitung, also unmittelbar ir, Bereich der Strahlenpumpe, ist die Vermischung
zwischen dem Abgasstrom uni de.i- Frischluft noch nicht vollständig. Dies wird bei'
den be-Lannten Vorrichtungen zu wenig beachtet. Es ist entweder ein grosser
konstruktiver Aufwand notwendig (österreichische' Patentschrift 210 217) , oder
aber man hat mit einer zweiten I:ngstelle des lichten Gehäusequerschnittes, die
der ersten Engstelle nachgeschaltet ist, wobei die letztgenannte Engstelle an der
Mündung der den Abgasstrom führenden Leitung liegt, versuchte eine bessere Vermischung
des Abgases mit der Frischluft zu erzielen (französische Patentschrift 1 279 33:1).
Diese Massnahme kann aber nicht ausreichend sein, da der in der Längsachse der Vorrichtung
liegende Abgasstrom nahezu ungehindert von dieser zweiten Engstelle geradlinig zur
Brennkammer strömt, ohne dass vorher eine intensive Vermischung mit der Frischluft
stattgefunden hat. Das zu lösende Problem ist somit nach. wie vor #i#arhanden Es
wird bezweckt eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die vorerwähnten Machteile vermieden
werden können: Diese Vorrichtung soll also billig herzustellen sein, im Durchmesser
nicht zu gross bauen, eine gute Anreicherung des Abgases mit Frischluft gewährleisten;
eine intensive Vermischung des Abgases mit dieser Frischluft sicherzustellen, so
dass eine gleichmässige Verbrennung in der Brennkammer statt- . finden kann. Die
erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Engstellen des
lichten Gehäusequerschnittes vor 'der Zündvorrichtung liegen, diese beiden Engstellen-voneinander
distanziert sind un-d im Bereich der vordersten
Engstelle und zentrisch
im Gehäuse die Mündung der Frischluftlei.tung liegt, und radial ausserhalb dieser
Frischluftleitung der zum Durchströmen der Abgase bestimmte ringförmige Gehäusequerschnitt
liegt..
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Vorrichtung im Längsschnitt dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist aus vier zylindrischen
Rohrstücken 2,3,4 und 5 aufgebaut. Die beiden Rohrstücke 2 und S können 'gleichen
Durchmesser und gleiche Länge haben. Die Vorrichtung 1 weist zwei Mündungen 2a und
Sa auf. Das vordere GeHiuseende 2 ist an eine nicht dargestellte Abgasleitung einer
ßrennkraftmaschine anschliessbar. Das hintere Gehäuseende 5 ist zum freien nach
aussen Münden bestimmt. Natürlich kann an das Rohrstück 5 noch ein weiteres nicht
dargestelltes Auspuffrohr angeschlossen werden. Das Rohr 4 ist stirnseitig mit Ringwänden
19 und 29 versehen, an die die Rohre 3 und 5 angeschweisst sind. Am Uebergang vom
Rohr 3 zum Rohr 4 ist eine mit mehreren Durchbrüchen versehene Blende 14 angeordnet.
Am Uebergang vom Rohr 4 zum Rohr 5 ist im Beispiel ein Sieb 16 vorhanden, das aber
nur bei Anschluss der Vorrichtung an einen Dieselmotor vorgesehen wird, Ins Innere
des Rohres 4, das in später erläuer ter Weise als Brennkammer dient, ragen zwei
Zündkerzen 15. Innerhalb des Rohres 3 liegt ein konisches Rohr 10, das an
seiner Mündung eine Engstelle 12 bildet. Am Uebergang vom Rohr 2 zum Rohr 3 liegt
ebenfalls eine Engstelle 11, Letztere bestimmt den Durchflussquerschnitt einer Düse
9. 2u beiden Seiten der Engstelle il weint die Düse Erweiterungen 18 auf.
Im Rohr 2 ist eire abgewinkelte Frischluftlcitung 6 gehalten, deren Schenl@el 7
in der Längsachse der Rohre 2 - 5 liegt, Der andere Schenkel 8 der Leitung 6 durchdringt
das Rohr 2 radial nach aussen und ist an diesem angeschweisst. Die freie Mündung
13 der Leitung 6 liegt im Bereich der Engstelle 11, Das andere Ende der Leitung
6 trägt ein Rücl:sclilagventil e Letztexe$- weist einen dentilsitz 21 und einen
belveglichenchiiesslärer 17 auf, Das
Rückschlagventil erlaubt einen
Eintritt von Frischluft in die Vorrichtung, wobei der als Kugel ausgebildete Verschlusskörper
17 stirnseitig auf den mit Einlassschlitzen 17a versehenen Rohrschenkel 8 aufliegt.
Im geschlossenen Zustand ist die Kugel 17 abdichtend am Ventilsitz 21 angedrückt.
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Die beiden Engstellen 1l und 12 sind voneinander distanziert und liegen
beide vor der Zündvorrichtung 15. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird die
Verringerung des Strömungsquerschnittes für den Abgasstrom im Rohr 2 sowohl durch
die konische Verjüngung des Ringes 9 bis zur Engstelle 11 als auch durch den in
der Längsachse liegenden Rohrschenkel 7 erzielt. In der Engstelle 1l ergibt sich
somit ein ringförmiger Strömungsquerschnitt für, das Abgas. Durch die vorderste
Engstelle 11 des lichten Gehäusequerschnittes wird die .Strömungsgeschwindigkeit
des Abgases erhöht, so dass im Bereich der Mündung 13 der Frischluftleitung 6 ein
Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck auftritt; so dass über die beiden Schenkel
7 und 8 der frei nach aussen mündenden Leitung 6 selbsttätig Frischluft angesaugt
wird. Infolge der erweiterten Düse 18 des Ringes J nach der Mündung 13 expandiert
das Abgas-Frischluftgemisch, und durch die auftretende Verwirbelung werden beide
Gase innig vermischt: Der an die Mündung 13 anschliessende Raum stellt :somit eine
Wirbelkammer dar. Das Abgas-Luftgemisch wird dann innerhalb des konischen Ringes
10 beschleunigt und tritt durch die Engstelle 12. Nach dieser findet eine plötzliche
Raumvergrösserung entsprechend des lichten Durchmessers des zweiten Gehäuseabschnittes
3 statt, so dass eine vorteilhafte weitere Verwirbelung der Abgase mit der Frischluft
erfolgt. Das so vermischte brennbare Gemisch strömt durch die Blende 14 n die Brennkammer
4 und wird hier mittels der Zündvorrichtungen 15 verbrannt. Die Abgase treten durch
den Röhrstutzen 5 nach aussen ins Freie.
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Durch die sich in den einzelnen Gehäuseabi schnitten 2-5 einstellenden
Drücke wird die Zufuhr von Frisch'-luft über die Leitung 6 selbsttätig gesteuert
und um Rückschläge des Verbrennungsraumes nicht nach aussen treten zu lassen, ist
das Rückschlagventil 17, 17a, 21 vorhanden. Bei einer
nach aussen
wirkenden Druckwelle wird die Ventilkugel 17 nach oben auf den Ventilsitz 21 gedrückt
und die Leitung 6 ist geschlossen. Mit dem Aufbau der dargestellten Vorrichtung
wurden zahlreiche Versuche bei Personen-Automobilen vorgenommen. Es -hat sich gezeigt,
dass reit einem solchen Vorrichtungsaufbau den gestellten Anforderungen an besten
nachgekommen werden kann, wenn auch diese Aubildung der Vorrichtung zwangsläufig
eine Kompromisslösung sein muss, cla eigentlich nahezu für jede auf dem Markt befindliche
Brennkraftmaschine zur maximalen Verbrennung ihrer Abgase eine ganz spezifisch auf
diese Brennkraftmaschine abgestimmte Vorrichtung erarbeitet werden müsste. Da.diese
Vorrichtung aber auch als zusätzlich zu kaufender Autozubehör gedacht ist, soll
aus Kostengründen eine zu grosse Lagerhaltung vermieden werden. Der dargestellte
Vorrichtungsaufbau ist für alle miteinander vergleichbaren Personen-Automobile,
also Motore irn Bereich bestimmter Leistungsabgabe, sehr geeignet. Line bessere
Anpassung an einzelne Motorentypen kann durch Auswechseln des Ringes 9, des konischen
Rohres 10 und der Blende 11 gegen andere entsprechende Bauteile erfolgen. Das Sieb
16 hat sich bewährt, wenn die Vorrichtung bei einem Dieselmotor angebaut wird. Sonst
kann auf das Sieb 16 verzichtet werden. Die gesamte Vorrichtung ist also sehr gut
geeignet, die Abgase aus Brennkraftmaschinen nochmals zu verbrennen und kann auch
gleichzeitig als Schalldämpfer dienen. Mit dieser Vorrichtung können also unverbrannte
Kohlenwasser-Stoffe und das Kohlenmonoxydgas, das besonders im Teillastgebiet erheblich
sein kann, gut verbrannt werden. Die Vorrichtung kann somit so ausgelegt-werden,
dass die Zündvorrichtung 15 nur im Teillastgebiet der Brennkraftmaschine oder bei
Leerlauf öder nur bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit erregt wird. Bei höheren
Geschwindigkeiten Sind die Auspuffgase reiner, da die Verbrennung vollsti:Lrdiger
ist. Es kann daher zweckmässig sein, mit Hilfe einer nicht dargestellten Einrichtung
die Zündvorrichtung 15 nach Erreichen einer bestimmten Fahrzeugeschwindigkeit
abzuschalten.
Diese Einrichtung kann ü.ß. so eingestellt sein, dass die Zündung der Zündvorrichtung
15 ab einer Fahrzeuggeschwindigkeit von z.B: 70 km pro Stunde abgeschaltet wird.
Die Zündvorrichtung 15 kann eine Zündkerze sein, die wie die Zündherzen beim
Motor einen Zündfunken intermittierend erzeugen. Die Zündvorrichtung 15 kann aber
auch als Glühkerze ausgebildet sein. die z.F, mit der Zündvorrichtung für den Fahrzeugmotor
gekuppelt. sein kann. Sobald also die Zündung im Fahrzotig eingeschaltet wird, würde
dann auch die Glühkerze 15 erregt und bleibt so lang erregt, bis die vorgewählte
Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht ist, nenn dies erreicht ist, wird die @tromzufuhr
zur Giühkerz-e 15 unterbrochen, und die Glühherze wird erst dann wieder erregt,
wenn die Fahrzeuggeschc..#indigkeit unter die vorbestimmte Geschwindigkeit sink.!
Der Lastbereich der Brenn" kraftmaschine kann in gleicher Heise zum Steuern der
Zündvorrichtung 15 herangezogen werden,.