DE1476528A1

DE1476528A1 - Nachbrenner fuer die Auspuffanlagen von Verbrennungsmotoren

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Publication number: DE1476528A1
Application number: DE19661476528
Authority: DE
Inventors: Gary Wright W
Original assignee: GARY WRIGHT W
Current assignee: GARY WRIGHT W
Priority date: 1965-05-20
Filing date: 1966-05-20
Publication date: 1970-03-19
Also published as: GB1137321A; US3276202A

Description

Pofenfanwölfe Dn-Ing. HANS RUSCHKE DipWng. HEINZ AGULAR 1 / 7 e c ο Q 2 OL M β 11965

B München 27_fPienzenau*rS*r. 2 IH /004 Q

Wright W. Gary, Beverly Hills, California

NACHBRENNER FÜR DIE AUSPUTFANLAGEN VON VERBRENNUNGSMO TOREN

Die Erfindung bezieht sich auf Nachbrenner zur Verwendung in Auspuffsystemen von Verbrennungsmotoren, um die Oxydation vorher unoxydierter oder nur teilweise oxydierter Bestandteile der Auspuffgase zu fördern, die schädlich sind, wenn sie in die freie Luft abgelassen werden, wie etwa Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd, und die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein neuartiges Verfahren und einen Nachbrenner zum Erzielen dieser Oxydation bei einer wesentlich geringeren Temperatur und in einem kleineren Volumen oder einem kürzeren Zeitraum, als das bei früheren Nachbrennereinrichtungen erforderlich ist.

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Während zahlreiche Einrichtungen entwickelt wurden, um schädliche Auspuff abgaben aus den Motoren von Kraftfahrzeugen, Lastwagen und Omnibussen zu verringern, können diese Systeme ganz allgemein entweder als Wärme·· Verbrennungssysteme oder als katalytische Oxydationssysteme eingeteilt werden.

Die Wärmeverbrennungssysteme umfassen solche Geräte, wie etwa Flammennachbrenner und das Einspritzen von Luft in den Auspuffkrümmer an Punkten in der Nähe der Auslaßventllöffnungen. Derartige Wärmeverbrennungssysteme machen jedoch die Arbeit bei hohen Auspuff gastemperaturen in der Größenordnung von ungefähr 1O9J5°C notwendig, so daß schwierige strukturelle Probleme auftreten und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung von Teilen des Fahrzeuges, und derartige Systeme haben im allgemeinen einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad, wie im einzelnen nachstehend beschrieben wird.

Katalytische Oxydationssysteme arbeiten mit wesentlich geringeren Temperaturen als übliche Wärmeverbrennungsmaschinen, sind aber dennoch im allgemeinen unwirksam bei niederen Auspuffgastemperaturen, wie etwa während dem Warmlaufen der Motoren· Ebenso sind katalytische Oxydationssysteme verhältnismäßig kostspielig und erfordern einen besonderen kataly ti sehen Auspuff topf und einen

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periodischen Austausch des darin befindlichen Katalysator« bettes.

Die vorliegende Erfindung wurde als "Niedertemperatur·· Nachbrenner" bezeichnet, weil sie näher mit den Nachbrennervorrichtungen verwandt 1st als mit den Katalysatoren -Oxydationsvorrichtungen. Die Verbrennung wird jedoch bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen in der vorliegenden Erfindung eingeleitet in der Größenordnung der Temperaturen, bei der katalytisehen Oxydation« durch Verwendung eines neuartigen und ganz besonders einfachen Aufbaus und einer neuartigen Arbeitsweise, die die Verbrennung einleitet, indem sie den Auspuff strom auf eine genügende Menge von freien Radikalen entwickelt und ihn ihnen aussetzt, wobei diese von einigen der Kohlenwasserst off moleküle in dem Auspuffstrom gebildet werden.

Um den Fortschritt am besten zu verstehen, wie er durch die vorliegende Erfindung In der Kontrolle der Luftverunreinigung zur Verfugung gestellt wird, ist es notwendig, einige der derzeitigen Probleme, Verfahren und Geräte zu besprechen, wie sie heute in dem Versuch verwendet werden, diese Probleme zu lösen.

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Zahlreiche Nachforschungen und Berichte wurden von maß·* gebenden Ingenieuren der Automobilindustrie bezüglich des Problems der Oxydation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd der Auspuffgase, nachdem sie die Verbrennungszylinder des Motors verlassen haben, durchgeführt und erstellt. Um eine solche Oxydation zu erreichen, ist es als notwendig festgestellt worden: 1.) Luft in das Auspuffsystem einzuführen, 2.) die Oxydation bei sehr hohen Temperaturen durchzuführen (oder wahlweise eine chemische katalytische Wirkung zu verwenden und J>,) ein

™ wesentliches Volumen in dem Auspuffsystem zu schaffen, um genügend Zeit zu lassen, damit die Reaktion stattfinden kann. Bezüglich 2.) und 3·) kann gesagt werden, daß je kleiner das Volumen ist, das für einen gegebenen Prozentsatz der Verringerung des Kohlenwasserstoffes und des Kohlenmonoxydgehaltes ist, desto höher die Temperatur sein muß. Um eine genügende Verringerung an Kohlenwasserstoff«· und Kohlenmonoxydgehalt zu erzielen, um die offiziellen Anforderungen zur Luftverunreinigungskontrolle zu erfül-

t len, wie sie etwa vom Staat Kalifornien in den Vereinigten Staaten aufgestellt wurden* sind bei praktischen Volumenverdrängungen im Auspuffsystem Temperaturen der zu oxydierenden Auspuffgase erforderlich, die bei den Nachbrennervorrichtungen nach dem Stand der Technik sich 1O93°C nähern. Es ist daher als notwendig festgestellt worden, verhältnismäßig komplizierte Wärmeaustauschergeräte in Nachbrennervorrichtungen zu schaffen, um die hereinkommenden Auspuffgase bis zur erforderlichen Verbrennungstemperatur zu steigern und die äußerst heißen oxydierten Auspuffgase zu kühlen,

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die die zusätzliche Hitze in sich tragen« die sich aus der Kohlenwasserstoff·· und Kohlenmönoxydverbren·· nung im Nachbrenner ergibt. Die sehr hohen in Frage kommenden Temperaturen verursachen ernsthafte strukturelle Probleme, selbst bei den teuren modernen Legierungsmaterialien.

Die logischste Stellung für einen Nachbrenner ist in Folge der Wärmeerzeugung und der Platzbeschränkun·« gen in einem Kraftfahrzeug eine Stellung, bei der der akustische Auspufftopf ersetzt wird. Je weiter jedoch der Nachbrenner vom Motor entfernt angebracht wird, umso kühler sind die Auspuffgase, die in den Nachbrenner eintreten, und je größer und komplizierter wird auch der Nachbrenner, der erforderlich ist. So verliert der Durchschni Ifasauspuffgasstrom durch ein Auspuffrohr von 5 cm Durchmesser Wärme durch Abstrah« lung nach der Außenseite des Auspuffrohres mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1,2°C je cm Länge des Auspuffrohres. Obwohl zahlreiche Nachbrennervorrlch·» tungenc den kalifornischen Luftverunreinigüngskontrollbehörden zur Genehmigung als Mock-Kontrolleinrichtungen unterbreitet wurden, hat nur ein Nachbrenner die Anfor« derungen erfüllt, wobei dies ein Nachbrenner ist, der einen ziemlich großen Wärmeaustauscher enthält. Dieser Wärmeaustauscher führt die Auspuffgase an der Stellung des Auspufftopfes durch eine Vielzahl von Venturi-Rohren

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die genügend Luft einsaugen, wobei die Venturi«Rohre einen Wärmeaustauscher bilden« um die hereinkommende Luft» und Auspuffmischung vorzuerhitzen. Bei Abgabe von diesen Venturi-Wärmeaustauscherrohren laufen die Gase an einer Zündkerze zur Zündung vorbei, und die Verbrennung findet in der Kammer um die Venturi-Rohre herum statt, und die Gase verlaufen dann an der Außenseite der Venturirohre und bewirken einen Wärmeaustausch und treten dann aus dem hinteren Auspuffrohr aus· Unter gewissen Bedingungen 1st die Wärmeerzeugung in dieser Vorrichtung so groß, daß eine Umleitung erforderlich wird· Zusätzlich zu dem ernsthaften Wärmeproblem in dieser Vorrichtung haben Rückstände aus den Bleiverbindungen, die heute in fast allen Benzinsorten vorhanden sind, die Neigung, den Wärmeaustauscher unbrauchbar zu machen, indem sie seinen Wirkungsgrad verringern und es schwieriger machen, die hereinkommende Luft-Auspuffgasmischung auf die erforderliche Verbrennungstemperatur an der Zündkerze vorzuerhitzen·

Es hat sichherausgestellt, daß mit dieser einen Nachbrennervorrichtung, die von den kalifornischen Luftverunreinigungsbehörden genhemigt wurde, ein Kraftfahrzeugmotor ganz besonders auf eine reichere Brennstoffmischung eingestellt werden muß, als sie normalerweise für ein Kraftfahrzeug erforderlich ist, um die Verbrennung angemessen zu halten, um die technischen Bedingungen des

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Staates Kalifornien zu erfüllen. Diese reichere Einstellung bewirkt einen Mehrverbrauch von ungefähr 5 % in km/1 in Folge einer reicheren Einstellung des Leerlaufes. Um diese reiche Leerlaufmischung auszugleichen, müssen dünnere Düsen in den Vergaser für die Reisegeschwindigkeit und die Beschleunigung eingebaut werden. Die Kraftfahrzeug-Kontrollbehurde des Staates Kalifornien veröffentlichte anläßlich ihrer Sitzung vom 16.12. 1964 einen Bericht« worin sie zu der Schätzung kommt, daß in Folge der Kosten der Sondereinstellung und der Instandhaltung eine Jährliche Mehrausgabe von 140.— DM vom Kraftfahrer erwartet werden kann, dessen Fahrzeug mit dieser besonderen Nachbrennereinrichtung ausgerüstet ist.

Eine andere Maßnahme auf dem Gebiet der Nachbrenner, die viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, 1st, die Oxydation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd zu fördern, durch Verwendung der hohen Temperaturen der Auspuffgase sofort nachdem die Gase die Zyllnderauspuffventile des Motors verlassen, indem die für die Verbrennung notwendige Zusatzluft In den Auspuffkrümmer in der Nähe der Auspuffvent!Ie eingeblasen wird. Ein Bericht über dieses Thema wurde dem Verband der Automobilingenieure (Soolety of Automotive Engineers Inc.) (4Ö6 N) von D.A. Brownson und anderen von General Motors, datiert März 1962, unterbreitet. Da es sich gezeigt hat, daß

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die Wärmeverbrennung des Kohlenwasserstoff« und Kohlen« monoxydgehaltes der Auspuffgase, die die Zylinder des Motors verlassen, sehr hohe Temperaturen erfordern, befinden sich die heißesten Gase offensichtlich direkt an den Auspuffventilen, wenn diese sich öffnen, um die Auspuffgase abzugeben. In der Tat schlägt, wenn jedes Auspuff Ventil sich öffnet, die Flamme aus dem entsprechenden Zylinder in den Auspuffkrümmer. Verschiedene Stellungen des Luftabgaberohrpunktes wurden studiert, und es zeigte sich, daß das Resultat umso besser war, je näher der Luft« rohrauslaß sich beim Auspuffventil befand. Demgemäß be« nötigt jedes Auspuffventil ein getrenntes Rohr von einem LuftabgabekrUmmer her. Luftwirbel von einer Luftpumpe ge« liefert, die vom Generatortreibriemen des Motors mit an« getrieben wird.

Sowohl General Motors als auch Ford planen, dieses System für alle ihre 1966er Modelle zu verwenden, die in Kalifornien verkauft werden sollen, wobei General Motors sein System "ManAirOx" nennt, während Ford das seinige als "ManOx" bezeichnet.

In dem vorstehend genannten Bericht von D.A. Brownson vor der Society of Automotive Engineers, zeigt S, 10, Tabelle IV, einen Vergleich der Auspuffabgaben mit und ohne "ManAirOx" zu jedem Zeitpunkt gemäß dem California Chassis Dynamometer/Cycle (was im einzelnen noch anschlies« send beschrieben werden wird.) Die gewogene Gesamtverringe«

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des Kohlenwasserstoffgehaltes belief sich auf 14 *, und die Verringerung an Kohlenmonoxyd 25 %$ wenn Luft in der Nähe der Auspuffventile eingeblasen wurde, ver« gliohen mit dem Betrieb ohne das Einblasen von Luft.

Kürzliche Dynamometer-Tests mit dem kalifornischen Zyklus bei Wagen, die mit diesem System ausgerüstet waren, zeigen eine Verringerung mit einem gewogenen Durohschnitt von 11 * für Kohlenwasserstoffe und 40 % für Kohlenmonoxyd, wobei die Einzelheiten der Verände« A

rungen an Kohlenwasserstoff« und Kohlenmonoxyd-Verringerung für die verschiedenen Arten des Fahrzeigbetriebes in Übereinstimmung mit dem"California Chassis Dynamometer Cycle" wie folgt sind:

Tabelle I	Kohlenmonoxyd·· verringerung
Kohlenwasser stoff verringerung	55*
40 *	50 *
19*	29*
29 %	77 *
j>3*	26 *
42 %	25 *
11 %	71 %
0 *

Arbeitsweise

Leerlauf

0-40 km/h

48 km/h

48-24 km/h

24 km/h

24 - 48 km/h

80-22 km/h

gewogener Durchschnitt 11 * 40

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Bei der Verwendung dieses Systems hat die Automobil·· Industrie festgestellt, daß es notwendig ist, große Mengen an Luft zu verwenden, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen, was eine verhältnismäßig große Luftpumpe erforderlich macht und einen verhältnismäßig großen entsprechenden PS-Verbrauch zum Antrieb der Pumpe. Die Kraftfahrzeugprototypen für die 1966er Modelle verwenden ungefähr 4 χ die stöchiometrische Menge an Luft, die erforderlich ist, um den vorher unverbrannten Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxydgehalt des Auspuffs zu verbrennen.

Derartige übermäßige Mengen an Luft gegenüber der stöchiometrlsehen Menge erzeugt ein anderes Problem, das noch nicht voll erforscht ist. Die technischen Bestimmungen in Kalifornien umfassen noch keine Hinweise auf Stickstoffoxyde als Kriterium für die Beschränkung, aber die vorgeschlagenen zukünftigen technischen Be-Schreibungen enthalten Hinweise auf derartige Verbindungen, und es 1st bereits bewiesen, daß diese Stickfcoffoxyde äußerst schädlich vom Standpunkt der Smog-Bekämpfung sind. Die Wirkung übermäßiger Mengen von Luftzufuhr in Verbrennungsgase wurde in einem Bericht von Dr. Nlcol H. Smith von dem Franklin Institute erforscht, herausgegeben von der Luftverunreinigungsstiftung 28, datiert 14. September 1959, worin synthetische Mischungen von Gasen

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verwendet wurden. In allgemeinen wird, wenn die Temperaturen hoch sind und ein SauerstoffÜberschuß vorhanden ist« die Bildung von Stickstoffoxyden stark vermehrt· Daher scheint es. daß die großen Mengen an Luft, die in den Nachbrennersystemen verwendet werden sollen, die bei vielen der 1966er Prototypwagen verwendet werden neue Smog-Gefahren erzeugen« während sie die alten verringern.

Es 1st Wohl-bekannt, da8 die Konzentration eines durchsohnlttllohen Automobilauspuffe bei ungefähr 900 Zellen je Million Kohlenwasserstoff und einem Durchschnitt von Kohlenmonoxyd von ungefähr 3,0 % wesentlich unter dem automatisch zündbaren Bereich für die Wärmezündung liegt, es sei denn, dafl die Zündung in der Nähe der Auspufföffnungen erfolgt, wo die Temperaturen bereits sehr hoch sind, oder daS dieTemperaturen der Auspuffgase auf sehr hohe Niveaus angehoben werden, etwa mit Hilfe.von Wärmeaustauschern. Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in Mischung mit Luft oder Sauerstoff und neutralen Gasen.in veränderlichen VerdUnnungsgraden wurde von vielen Wissenschaftlern während langen Jahren Btudlert. Eine Zusammenfassung einiger der Feststellungen findet sich auf S. 824 von Langes "Handbook of Chemistry". Die ZUndtemperaturen von verschiedenen Substanzen und Grenzen der Entflammbarkeit von Gasen sind tabellenförmig

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dargestellt. Beispielsweise erfordert Hexan, einer der Kohlenwasserstoffe, der sich in den Auspuffgasen befindet, eine Temperatur von 487⁰C oder darüber mit einer Mindestkonzentration daran von 1,3 % oder höher, um spontan zu zünden, während Kohlenwasserstoff eine Mindesttemperatur von 644⁰C bis 658⁰C erfordert bei einer Minimumkonzentration von 6,3 %· Wasserstoff, der eich stets in den Auspuffgasen von Automobilen befindet, erfordert eine Mindesttemperatur von 58O⁰C bis 39O⁰C bei einer Mindeetkonzentration von 6,2 Jt. Als ein weiteres Beispiel erfordert Benzin, ebenfalls ein Bestandteil der Automobilauepuffgase, eine Mindestteraperatur von 74O°C bei einer Minimumkonzentration von 1,4 Ji. Wenn Kohlenwasserstoffe in Auspuffgasen als Teile je Million ausgedrückt werden, dann stellt 1^10 000 Teile je Million dar. Es ist so ohne weiteres klar, daß die Konzentration des durchschnittlichen Kraftfahrzeugauspuffs bei ungefähr 900 Teilen Je Million Kohlenwasserstoff und ungefähr 3,0 % Kohlenmonoxyd weit unter dem automatisch zündbaren Bereich bei normalen Auspufftempraturen liegt. Gemäß dem Verfahren und G&rät nach der Erfindung wird eine spontane Verbrennung von vorher unverbrannten oder nur teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd in der Auspuffleitung bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen durch die kontinuierliche Erzeugung

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von kleinen Mengen von freien Kohlenwasserstoffradikalen gefördert, die sehr hohe Niveaus an Energie tragen und die Freigabe dieser freien Radikalen in den Auspuffstroni, worauf sie mit anderen KohlenwasserstoffmolekUlen zusammenstoßen, um eine Kettenreaktion hervorzurufen, die mehr und mehr freie Radikalen schafft, bis die gesamte Menge der freien Radikalen den Punkt erreicht, an dem eine spontane Verbrennung von im wesentlichen allen verbrennbaren Materialien in dem Auspuffstrom stattfindet.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren der Verringerung schädlicher Auspuffgase aus Verbrennungsmotoren, wobei dieses Verfahren die Schritte umfaßt, Luft mit dem Strom der Auspuffgase aus dem Motor zu mischen, eine Zone aufzubauen, die vom Hauptstrom der Auspuffgase Isoliert sind, wobei ein kleiner Teil dieser Mischung langsam durch diese Zone fließt und eine Menge an freien Radikalen In dieser Zone erzeugt durch Umwandeln, von einigen der Kohlenwasserstoffmoleküle in der genannten Zone in freie ^

Kohlenwasserstoffradikale und Freilassen der genannten freien Radikalen in denHauptstrom des Auspuff-Luftstromes, um eine Kettenreaktion von freier Radikalerzeugung In dem Hauptstrom zu fördern, was zum spontanen Verbrennen der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem Hauptstrom führt.

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Die vorliegende Erfindung schafft auch einen Nieder» temperatur-Nachbrenner für ein Auepuffsystem von Verbrennungsmotoren mit Auspuffleitungen, In die Luft ein·· gespritzt wird« um eine Auspuff-Luftmischung zu schaffen, die hindurchfließt, wobei der genannte Nachbrenner einen Reaktor aufweist, der in der genannten Leitung stromab von dem Punkt der Lufteinfuhr gehalten wird, und einen im allgemeinen tassenförmlgen Körper aus hitzefestem Material hat, der eine Kammer darin darstellt,

™ mit einem stromabwärts gerichteten Ende und einem im allgemeinen geschlossenen und aufwärts gerichteten Boden, wobei der genannte Körper eine Öffnung durch seine Wandung hat, die mit der genannten Kammer stromauf von dem genannten offenen Ende in Verbindung steht zum Zulassen eines kleinen Teiles des Stromes der genannten Auspuff-Luftmischung in dem Reaktor und einer Einrichtung, die in der genannten Kammer angeordnet ist, um gewisse der Kohlenwasserstoffmelektile in der genannten Kammer zu loni-

| sieren, um so eine Menge von freien Radikalen in der Kammer zu erzeugen, wobei die freien Radikalen aus dem genannten offenen Ende des Körpers des Reaktors in den Hauptstrom des Auspuff-Luftstromes strömen, um eine Kettenreaktion der Erzeugung freier Radikale in dem Hauptstrom zu fördern, was zur spontanen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd stromab vom Reaktor führt.

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Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist, daß e|>ne Verringerung der Smog-bildenden Bestandteile in dem Auspuffstrom um einen großen Prozentsatz erfolgt, ohne dafl übermäßige Temperaturen vorhanden sind und unter Verwendung von Auspuffsystembestandteilen von normaler Größe. Zusätzlich brauchen keine groien Überschufimengen an Luft in die Auspuffleitung gemäß der vor·· liegenden Erfindung eingebracht zu werden, und alles, was erforderlich 1st, 1st etwas mehr als das stöchiometrische Volumen. So vermeldet die vorliegende Erflndung Probleme übermäßiger Temperatur, übermäßig großer AuspuffSystembestandteile und die Bildung unerwünschter Stiokstoffoxyde. Selbstverständlich und dennoch 1st, wie das aus den Leistungetabellen hervorgeht, die nachstehend wiedergegeben sind, die vorliegende Erfindung hochgradig wirksam zur Verringerung der Kohlenwasserstoff« und Kohlenmonoxyd-A uspuffabgaben und bringt derartige Abgaben.wohl in die Grenzen der technischen Erfordernisse des Staates Kalifornien und anderer Behördern·

Gewisse andere Merkmale der Erfindung umfassen die Erzeugung von freien-Radikalen durch elektrische Stromerregung, Die genannte Erregung kann von einem elektrischen Stromkreis durch einen Widerstandsdraht verursacht werden, um den Draht auf eine Temperatur zu bringen, die wesentlich höher liegt als die Durchschnittstemperatur der Auspuff-Luftmischung. Die genannten freien Radikalen können auch

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durch die örtliche Anwendung intensiver Hitze auf einen Teil der Auspuff-Luftmischung erzeugt werden. Das Verfahren und Gerät nach der vorliegenden Erfindung kann auch die Maßnahme umfassen, daß die genannte Auspuff-Luft mischung durch eine poröse Wärmeumwandlungsvorrichtung stromab von dem genannten Reaktor geführt wird, um Wärme aus der Mischung während Arten des Motorenbetriebes zu speichern, bei«dem die Auspuffgase verhältnismäßig warm sind, wobei diese gespeicherte Hitze bei der Fortpflanzung der genannten Menge freier Radikale während einer Arbelteweise des Motors hilft, bei der die Auspuffgase verhältnismäßig kühl sind. Die genannte Wärmeurawandlungsvorrichtung kann ein katalytisches Oxydationsmaterial umfassen, um den Wirkungsgradodes Betriebes weiter zu erhöhen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels·

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Verbrennungsmotor«, wobei insbesondere das Auspuffsystem gezeigt ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert,

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Pig. 2 ist ein vergrößerter waagerechter Sehnitt nach der Linie 2 - 2 in Fig. 1, worin die vorliegende Erfindung bei einem Auspufftopf angewendet gezeigt ist.

Fig. 2 ist ein weiterer vergrößerter bruohstüokweiser Sohnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 2, worin Einzelheiten der Bauweise und Montage des zur Zelt bevorzugten Reaktors gezeigt sind, der gemäß der Erfindung verwendet wird.

Fig. 4 ist eine Sohnlttansicht dnach der Linie 4-4 der Flg. 3» worin weitere Einzelheiten des Reaktors gezeigt sind,

Fig. 5 ist eine Seitenansicht eines Auspuffs nach der vorliegenden Erfindung, der sich besonders zur Verwendung in einem Volkswagen eignet, von der Hinterseite des Fahrzeuges gesehen, und wobei ein Teil des Gehäuses weggebrochen ist, um innere Ein- " zelhelten zu zeigen,

Fig. 6 ist ein waagerechter Sohnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 5,

Flg. 7 ist ein senkrechter Sehnitt nach der Linie 7 ** der Fig. 5.

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71g. 1 zeigt einen Üblichen Verbrennungsmotor 10 mit einem Auspuffsystem 12 und einem Auspuffkrümmer 13, einem Auspuffrohr 16, das sich vom Krümmer zu einem Auspuff topf 18 erstreckt, und einem hinteren Auspuff·· rohr 20, das sich vom Auspufftopf 18 nach hinten erstreckt ·

Die Luft, die erforderlich 1st, um die vorher nicht oxydierten oder nur teilweise oxydierten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd in dem Auspuffsystem zu oxydieren kann reit jeder beliebigen geeigneten Einrichtung zugeführt werden. So kann beispielsweise die Luft mit Hilfe einer kleinen Luftpumpe oder eines Kompressors 22 eingeführt werden, der von dem Ventilatorriemen 24 angetrieben wird, während die Pumpe 22 eine Einlaßleitung 26 aufweist, die frische Luft vom Motorluftansaugsystem entnimmt. Die Pumpenausgangsleitung 28 ist mit dem Auspuffrohr 16 vorzugsweise in dessen oberem Teil verbunden, so daß die eingeblasene Luft gut mit den Auspuffgasen in dem Zeitpunkt gemischt wird, wo die Kombination den Reaktor nach der vorliegenden Erfindung erreicht. Es wird bevorzugt, ein Rückschlagventil in der Leitung 28 vprzusehen, um eine Beschädigung der Pumpe durch den Durchlaß der Auspuffgase zu verhüten, falls die Pumpe oder der Treibriemen /versagen sollte. Eine besonders wünschenswerte Art

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von Pumpe zur Verwendung zur Zufuhr von Luft In das vorliegende Auspuffsyβtem ist eine kleine Pumpe mit einem Hutschkupplungseingangsantrieb gemäß dem US-Wiederauagabepatent Np. 25 787 für "katalytisches Wandler» system für Verbrennungemotoren" des gleichen Anmelders. Die Luftpumpe mit dem Rutschkupplungsantrieb, wie In dem genannten Wlederausgabepatent definiert, führt Luft zum Auspuffsystem Im allgemeinen in Übereinstimmung mit den etOohlometrlsohen Anforderungen für die verschiedenen AuafUhrungearten des Motorenbetriebes· Es 1st vorzuziehen» gemäß der vorliegenden Erfindung Luft In einer Menge zuzuführen, die wenig größer ist als das stöchiometrische Volumen, das erforderlich ist, um eine optimale Oxydation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds zu erreichen, aber die Menge 1st wesentlich geringer als das, was in Systemen wie "NanAlrOx" erforderlich ist.

Es wird bevorzugt, den Reaktor zur Erzeugung der freien Radikale im Auspufftopf 18 unterzubringen, der den üblichen akustischen Auspufftopf ersetzt und im wesentlichen von 'der gleichen QrOSe ist wie der übliche akustische Auspufftopf.Wie jedoch aus der weiteren Beschreibung hervorgeht, kann der Reaktor wirkungsvoll in andere Stellungen in der Auspuffleitung gebracht werden. Der Auspufftopf 18 umfaßt zwei Abschnitte, einen stromauf gelegenen Nachbrennerabschnitt

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30 und einen stromab gelegenen akustischen Auspuff« topftell 32. In der Tat hat der Nachbrennerabschnitt 30 gut akustische Eigenschaften und arbeitet mit dem akustischen Auspuffte!labschnitt 32 zusammen, um ein akustisches Dämpfen zu erreichen« das im allgemeinen in Übereinstimmung mit angenommenen Werten steht. Die beiden Abschnitte 30 und 32 sind durch eine quer liegende Trennplatte 34 getrennt« die eine mittige öffnung 36 aufweist.

Die Mischung der Auspuffgase und der Luft tritt in den Nachbrennerabschnitt 30 durch eine Mittige öffnung 40 in der vorderen Endplatte 38 des Auspufftopfes ein« mit dem das Auspuffrohr 16 verbunden ist. Die Oase dehnen sich In dem Auspufftopfgehäuse aus und verlaufen dann durch eine quer angeordnete Prallplatte 42« die eine kurze Strecke stromab vom vorderen Ende der Platte 38 Hegt. Die Prallplatte 42 hat einen durchbrochenen peripheren Teil 44 und einen Im allgemeinen festen oder nicht durchbrochenen Mittelabschnitt 46 mit einer kleinen mittigen öffnung 48.

Im allgemeinen auf der zentralen Längsachse des Auspuff topf gehäuses« eine kurze Strecke stromab von der Prallplatte 42 und vorzugsweise« aber nicht notwendigerweise in allgemeiner Auerichtung mit der kleinen

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mittleren Öffnung 48 befindet sich der Reaktor 50. So 1st der Reaktor 50 außerhalb des Hauptstrowes des Auspuffgases und der Luftmisohung, dl· In Lungs« rlohtung durch das Auspuffgasgehäuse verläuft« ob« wohl der Reaktor 50 eiοher let, etwa· von der Mischung zu erhalten wegen der kleinen mittigen öl*, nung 48 in der Platte 42. Einzelheiten des Reaktors werden nachstehend beschrieben.

In einem Abstand stromabwärts von Reaktor 50 befindet sich eine Wärmeumwandlungselnriohtung 52, die sich quer über das Auspufftopfgehäuse erstreokt und vor·· zugsweise ein poröses Bett aus Wärmeumwandlungsuaterial 54 hat, das zwischen einem Paar von quer an» geordneten axial in einem Abstand voneinander liegen·· den durchbrochenen Halteplatten 56 und 58 angeordnet ist. Um ein Verstopfen der Löcher in der stromab gelegenen Halteplatte 58 durch das Wärmeumwandlermaterial zu vermelden, wird es bevorzugt, ein Drahtsieb §0 gegen die stromaufwärts gelegene Seite der stromabwärts gelegenen Platte 58 anzuordnen· Das Bett 54 kann aus Jedem beliebigen geeigneten Material von guter Wärmekapazität sein, wie etwa Keramik (Tonerde)-Kugeln, Wolle oder Spänen aus rostfreiem Stahl oder einem beliebigen katalytischen Material. Wenn das Wärmewandlermaterlal aus Teichen besteht, wie etwa

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bei den keramischen Kugeln oder katalytischem Ma terial, ist es vorzuziehen, verhältnismäßig große Teilchen zu verwenden, wie beispielsweise Keraeik- kugeln in der Größenordnung von ungefähr 1,3 c« Durch·» nesser, um ziemlich viel Zwischenraum su lassen. Venn das Wärmeumwandlerbett 5* oder zu dlesemZwecke die durchbrochenen Halteplatten 56 und 58 nicht porös genug sind, dann haben sie die Neigung, die Verbrennung abzutöten, und insbesondere die des Kohlenmonoxyds·

Ein Kraftfahrzeug verläuft sehr schnell durch die verschiedenen Betriebsarten, und einige dieser Betriebsarten erzeugen wesentliche Kohlenwasserstoff-und Kohlenmonoxydgehalte und zu solchen Zeiten bewirkt die Oxydation einen sofortigen und ausgesprochenen Temperaturanstieg. Durch Verwendung der Wärmeumwandlung wird diese Wärme .gespeichert, umbel der Oxydation der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds bei anderen Fahrwelsen zu helfen, bei denen die Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd verhältnismäßig niedrig sind, und die demgemäß schwieriger zu verbrennen sind. Der Gesamtwirkungsgrad des Gerätes wird demgemäß verbessert, indem diese Wärmewandlereinrichtung eingebracht wird, obwohl sie für die Arbeitsweise der Erfindung nicht wesentlich ist, wie sich das aus den Testdaten ergibt, die nachstehend wiedergegeben sind. Die Verwendung eines Katalysators in der Wörraeumwandlungs-

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einrichtung führt normalerweise zu einer gleichmäßigen weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades der Vorrichtung.

Quer Über das Auspufftopfgehäuse zwischen der Wärme« wandlervorriohtung 52 und der Trennplatte 34 befindet sich eine weitere Prallplatte 62 mit ein·* per-^:. for!erten perlpheren Teil 64 und einem festen oder nicht durohbroohenen Mittelteil 66. Die beiden durchbroohenen Prallplatten 42 und 62 wirken zusammen, um einen Gasstrom durch die Verbrennungszone des Nachbrennerabsohnltts 30 des Auspufftopfes zu schaffen, der im Querschnitt*so gleichmäßig als möglich ist. Die Verbrennungszone in dem Maohbrennerabschnitt 30 1st der Bereich direkt stromab vom Reaktor 50 und erstreckt sich gleichmäßig in und durch den Wärmeumwand·· ler 52.

Der akustische Auapufffcpfteil 32 kann von jeder beliebigen geeigneten Bauart sein, wie etwa die Art des akustischen Auspufftopfs, der gestaffelte akustische Prallplatten 68 aufweist. Am hinteren Ende des akustischen Abschnittes 32 befindet eich eineEndplatte 70·, an der das hintere Auspuffrohr 20 befestigt ist, wobei die Platte 70 eine öffnung 72 darin hat, durch die die Auspuffgase In das hintere Auspuffrohr 20 verlaufen.

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Fig. 3 und 4 zeigen die Baueinzelheiten der zur Zelt bevorzugten Ausführungsform des Reaktors 50. Der Reaktor 50 hat einen becherförmigen Körper 74, der vorzugsweise aus keramischem Material besteht, das gegen Wärmeschocks widerstandsfähig ist. So ist der Körper 74 aus einem elektrisch isolierenden Material und auch aus hitze·· beständigem Material· Der tassenförmige Körper 74 umfaßt einen im allgemeinen zylindrischen Seltenwandungs·* teil 76 und einen im allgemeinen geschlossenen Boden·· teil 78, die zusammen eine freie Radikalerzeugungekammer 80 bilden. Der im allgemeinen zylindrische Sei·· tenwsndteil J6 1st in im Allgemeinen koaxialem Verhält·· nie mit der Längsachse des Auspufftopfee angeordnet, wobei der Bodenwandteil 78 stromauf oder auf die Prallplatte 42 zu gerichtet ist, und wobei das offene Ende des tassenförmlgen Teils 74 Im allgemeinen stromab oder auf die Wärmeumwandlereinriohtung 52 zu gerichtet ist· Der stromauf liegende oder im allgemeinen geschlossene Boden 78 des Bechers hat eine kleine Öffnung 82, um einen kontinuierlichen Strom der Auspuff-Luftmischung durch den Reaktor sicherzustellen, um Kohlenwasserstoffmoleküle in den Reaktor zur ständigen Produktion von freien Radikalen zu liefern. Die Größe dieser kleinen Öffnung 82 hängt von der Geschwindigkeit der Auspuffgase ab, die durch den Reaktorteil laufen. Wenn beispielsweise der Reaktor in das normale Auspuffrohr von ungefähr 5 cm

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OWGlNAL INSPECTED

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tr"-

Durchmesser dort eingebaut wird, wo der Auspuff-Luftstrom sehr schnell fließt, muß die öffnung 82 sehr klein sein. Wenn Jedoch der Reaktor in den Bereich vergrößerten Querschnitts innerhalb des Nachbrennerabsohnittes 30 des Auspufftopfee eingebracht wird, der einen Quersohnittsbereioh hat« der in allgemeinen 10 χ dem Bereich des Auspuffrohres entspricht, dann muß die öffnung größer sein in folge der Tatsache, daß die Auspuffgase durch den Reaktor mit nur ungefähr 1/10 der Geschwindigkeit verlaufen, die diese Gase im Auspuff- "

rohr haben. Obwohl nichts kritisches bezüglich der Größe des Reaktors vorhanden 1st, wurden ausgezeichnete Ergebnisse erzielt unter Verwendung eines Reaktors mit einem Innendurchmesser von ungefähr 1,3 cm, einer Tiefe des Hohlraumes in dem Becher von etwas über 1,3 cm und einer öffnung von nahezu 1,5 mm Durchmesser· Der Strom der Auspuffgase um den Reaktor hält einen veränderlichen Grad verringerten Drucks in der Höhlung der Tasse aufrecht, und die Auspuffgase, die in den Reaktor j durch die öffnung 82 einströmen, erfüllen teilweise dieses Luftleermaohen« Die kalifornischen Kriterien der Arbeitswelse und die Zeit ihrer Dauer gibt einen Auspuff volumendurohschnitt bei Temperaturen von ungefähr 1,4 rn^/Min. und Tests, die bei 1,4 nP/Min. geführt wurden, zeigten einen verringerten Druck in dem Reaktor bei einem 50 mm Auspuffrohr von ungefähr 3*8 cm Quecksilbersäule, während in einem Querschnitt gleich den

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eines üblichen akustischen Auspufftopfes das Vakuum etwa 0,5 cm Quecksilbersäule entsprach. Aus verschiedenen Dynamometer»Durchlaufen mit Offnungen verschiedener Größen in den beiden Stellungen (Auspuffrohr und Auspufftopfstellungen) zeigt sich« daß die optimale Größe der öffnung eine solche ist, daß 5 bis 10 cnr Auspuff-Luftvolumen je Sekunde durch die Öffnung verlaufen. Das führt zu einer Verweilzeit der Auspuff-Luftmoleküle in der Erzeugerkammer 80 von ungefähr 1 Sekunde,und diese Durchflußgeschwindigkeit scheint eine besonders zufriedenstellende Menge von freien Radikalen zu erzeugen, um die Kettenreaktion zu schaffen, durch Aussetzen gegenüber einer kleinen elektrischen Spule 84, die in dem Hohlraum des Reaktors untergebracht ist. Der im allgemeinen nicht durchbohrte Mittelabschnitt 46 der Prallplatte 42 verhütet, daß die öffnung 82 im Reaktor direkt den größten Teil der weiten Veränderungen im Auspuff-Fluß aufnimmt, die axial in den Auspufftopf vom Auspuffrohr geleitet wird, sondern die kleine mittige öffnung 48 in der Prallplatte zu allen Zeiten eine vernünftige Quelle der Auspuff-Luftmischung bildet, die zum Reaktor fließt, mit einer genügend großen öffnung 82 Im Reaktor, so daß diese öffnung nicht möglicherweise verstopft werden kann.

Bei einer AusfUhrungsform der Erfindung, die sich im Testbetrieb als zufriedenstellend herausgestellt hat,

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besteht die elektrische Spule 84 aus einer schraubenförmigen Spule aus 25 Umgängen von 28 B und S "Kanthai" Widerstandsdraht, aufgewickelt auf einen Kern von 1,6 mn· Diese'schraubenförmige Widerstandsspule wurde auf eine Lange von leicht Über 1,2 cm gedehnt und dann In eine ovale oder hufeisenförmige Form gebogen, wie an besten in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt, wobei die Endklemmen 86 und 88 der Spule ungefähr 3 an voneinander entfernt lagen. Diese Spule wurde gegen die Im allgemeinen zylindrische Seitenwandung 76 innerhalb der Tasse angeordnet und durch einen geeigneten keramischen Klebstoff angeklebt, der In genügend flüssiger Form zur Anwendung gebracht wurde, um leicht zwisohen die einseinen Umgänge der wände zu f Heften, so dafi beim Erharten der keramische Zement die artliche Lage eines Jeden Umganges des Drahtes festlegte, so daß dieser seine Lage Infolge der Wärmebeanspruchung nloht verändern konnte.

In dem Beispiel des gerade erwähnten Reaktors hatte die ⁿKanttoal^tt*jleaktor8pu% einen Leistungsfaktor von ungefähr 50 Watt mit einer 12-VoIt^Batterie. Mit dieser Menge an elektrischem Stromfluß duroh die Spule war der Betrag der Abstrahlung und Ionenemission von der Spule genügend, um eine ausgezeichnete freie Radikalerzeugung Je Einheit Oasstrom durch den Reaktor zu erzeugen,

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was zu der gewünschten Kettenreaktion freier Radikalprodukt lon führte, und der darauffolgenden spontanen Verbrennung der unverbrannten und teilweise verbrannten Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd in dem Auspuffgas luftstrom.

Es ist selbstverständlich klar, daß jeder beliebige geeignete Widerstandsdraht verwendet werden kann, beispielsweise wurde in einigen der frühen Versuche ^ für dieses Patent Platindraht verwendet, und ebenso

kann Wolframdraht verwendet werden. Kanthai, das eine Eisen-Aluminium-Legierung ist, hat jedoch einen sehr hohen Widerstand, ist verhältnismäßig billig und steht

leicht zur Verfügung und hält Temperaturen über 1371⁰C ohne Verschlechterung aus. Aluminium oxydiert auf der Oberfläche bei hohen Temperaturen, um so einen Aluminiumoxydüberzug zu bilden, der das Eisen schützt. Es ist wünschenswert, eine kleine Menge Thorium in den Widerstandsdraht der elektrischen Spule 84 einzubrin-W gen, die nach ständiger Einwirkung von Strom auf die Spule Thorlumoxyd bildet, das den Widerstandsdraht bedeckt. Es 1st auf dem Gebiet der Elektronik nachgewiesen worden, daß Thoriumoxyd auf - einem gewundenen Draht den Ionenfluß von dem Draht bei einer gegebenen Temperatur stark vergrößert, und dieses Prinzip wird für die Endspulen von Neon- oder "Kaltlicht" angewen-

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det, In denen Wolframdraht verwendet wird. Solch ein erhöhter Ionenfluß von der Spule erhöht die Erzeugung der freien Radikale In Übereinstimmung mit der vor·· liegenden Erfindung.

Es 1st klar» daß die Spulengestalt und -Dimensionen

je nach dem betreffenden Kraftfahrzeug verändert wer·· den können* bei dem die Erfindung angewendet wird, und auch die Abmessungen und der Widerstand des Drahtes können gemäß der Spannung des Systems verändert werden» M so daß ein 6-Volt-System eine andere Spule benutzt als ein 12-VoIt-System, um die gewünschte Menge an Emission und demgemäß freier Radikalerzeugung zu verändern.

Der Reaktor 50 wird vorzugsweise mit Hilfe einer Keramlkstange 92 gehalten, die an einem Ende vollständig mit dem tassenförmigen Körper 7^ verbunden ist und sich daraus im allgemeinen im rechten Winkel im Verhältnis zur Achse des Bechers "Jh erstreckt. Die Stange 92 erstreckt sich durch das Auspufftopfgehäuse heraus '

und wird in einer geeigneten Stopfpackung 9^ gehalten, wie am besten in Fig. 3 gezeigt. Die StopfbUchspackung 94 weist eine Platte 96 an, die abnehmbar an dem Auspuff topf gehäuse befestigt ist und eine Öffnung 98 in dem Auspufftopfgehäuse von genügender Größe bedeckt, um das Herausnehmen und den Austausch des Reaktors 50 In dem Auspufftopfgehäuse zu gestatten. Ein Paar

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elektrischer Leiter 100 und 102 erstrecken sich In Längsrichtung durch die Stange 92 in einen Abstand und Isoliert voneinander, wobei der Leiter 100 an einem Ende der elektrischen Spule anderen Endklemme 86 verbunden ist und der Leiter 102 mit dem anderen Ende der Spule 84 an deren Endklemme 88 verbunden ist. Der Leiter 100 ist mit der Fahrzeugbatterie durch eine geeignete Schalteinrichtung verbunden, die zur bequemeren Handhabung vorzugsweise der Zündschalter 1st, und der Leiter 102 ist an einer geeigneten Stelle entweder an oder nahe dem Auspufftopf geerdet. Auf diese Art und Weise wird die elektrische Spule 84 zu allen Zeiten während des Betriebes des Fahrzeuges unter Strom gesetzt. Durch Verwenden einer Spule 84, die etwa 25 - 30 Watt Leistung verbraucht, wird die Größe der Kraftabgabe an der Spule ungefähr gleich der einer Scheinwerferlampe, und das elektrische System des Fahrzeuges wird nicht übermäßig beansprucht. Bei dieser Leistungsabgabe hat die Spule eine Temperatur Im allgemeinen Bereich von ungefähr IO93 C, so daß eine Spule aus Kanthai od. dgl., die über 1371⁰C aushält, eine länge Lebensdauer hat.

Die besonderen Anwendungsgebiete nach der vorliegenden Erfindimg an verschiedenen Kraftßhrzeugauspuffsystemen ändert sich natürlich weltgehend. Die Anordnung, die Im allgemeinen Ln Flg. 1 - 5 dargestellt Ist, Ist eLne

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solche, die sich für zahlreiche Kraftfahrzeuge eignet, die in den Vereinigten Staaten hergestellt werden. Die besondere, In Fig. 5, 6 und 7 dargestellte Anordnung wurde entwickelt, um die Erfindung am Volkswagen anwenden zu können, der in Westdeutschland hergestellt wird, wobei die Erfindung hler aus einem Auspufftopfgehäuse 104 besteht, das den üblichen querliegenden Volkswagen -Auspufftopf ersetzt und im wesentlichen dessen Gesamtabmessungen hat·

Das Volkewagenauspufftopf gehäuse 104 hat Endwände 106 und 108 *md in das Gehäuse 104 kommen vier Auspuff leitungen 109, 110, Hl und 112 von den vier einzelnen Zylindern des Motors herein. In dem üblichen Volkswagen-Auspuffzylinder blasen zwei der Zylinder in durchbrochene Kegel in dem Auspufftopf ein, während die anderen beiden Zylinder in innere Rohre mit Lochungen an ihren Enden einblasen· Bei der Anpassung der vorliegenden Erfindung an den Volkswagenauepufftopf geben alle vier Auspuffleitungen 109, HO, 111 und 112 in einen gemein- { samen Krümmer 114 In den Auspufftopf ab. Der Krummer erstreckt sich im allgemeinen Über die Länge des Auspuff- i topfgehäusee 104, und die Auspuffgase sammeln sich von ! den einzelnen Auspuffleitungen und Ausgang von einem offenen Ende 116 des Krümmers, der Ie allgemeinen in der Nähe der Endwandung 108 des Auspuffgehäuses angeordnet ist.

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Die Luft wird vorzugsweise bei dieser Ausführungsform der Erfindung durch eine Luftleitung 118 eingeführt, die mit der Einzelauspuffleitung 110 in Verbindung steht, die ihrerseits mit dem Krümmer 114 in der Nähe des Endes entgegengesetzt der Öffnung 116 verbunden ist· Auf diese Art und Meise werden die Luft und die Auspuffgase sorgfältig gemischt, bis sie das offene Ende 116 des Auspuffkrümmere verlassen,und sie treten in den Hauptteil des Auspufftopfgehäuses 104 in der

^ Nähe der Endwand 108 ein· Luft kann der Leitung 118 durch jede beliebige geeignete Art zugeführt werden, beispielsweise mit Hilfe e'ines kleinen Rutschkupplungskompressors ähnlich dem, der in dem US-Wiederausgabe-· Patent No. 25 787 dee gleichen Anmelders beschrieben 1st und von dem bestehenden Treibriemen des Motors angetrieben wird. Falls erwünscht können dexGenerator und die Luftpumpe von der gleichen Stelle aus getrieben ' werden, wobei der Rutschkupplungsantrieb Kraft vom

Treibriemen sowohl auf die Pumpe als auch auf den Ge-

* nerator überträgt. Im letzteren Falle könnte die derzeitige AntrleberiemensdBlbe auf dem Generator von kleine« rem Durchmesser sein, und bejAiedrigen Geschwindigkeiten würde der Generator schneller "zum Arbeiten kommen",aber würde bei höheren Geschwindigkeiten keinerlei vorher bestimmte Umlaufzahlgrenze überschreiten wegen des Rutschens in der Rutschkupplung. Die Einstellung der Drehgrenze kann erreicht werden durch Verstellen der Viskosität der

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Silitconflüssiglceit in der Rutschkupplung.

Die Volkswagenanpassung der Erfindung u«falt weiterhin die folgenden Elemente« die in Längsrlohtung entlang dem Auapufftopfgehäuee 104 in im allgemeinen der gleichen Art und Weise verteilt sind und in der gleichen Art und Welse arbeiten wie die entsprechenden Elemente des Gerätes» das in Fig. 1 bis 4 gezeigt istt eine Prall«· platte 42a, ein Reaktor 50a, der auf einem Schaft 92a gehalten wird, der sich aus den Auspufftopfgehäuse 104 durch eine Stopfbüchspackting 94a erstreckt, elektrische Leiter 100a und 102a, die den elektrischen Strom zur Glühspule 84a im Reaktor 50a fUhren und eine Hitze·* umwandlervorrichtung 52a. Der einzige wesentliche bau» liehe Unterschied zwischen diesen Elementen und den ent« sprechenden Elementen in dem Gerät nach Flg. 1 bis 4 ist, daß der Auspuffkrümmer 114 durch geeignete öffnungen in der Prallplatte 42 a und der· Wärmeumwandlung 52a verläuft· Ebenso sind die Abstände, Größen der Einzelteile und elektrische Merkmale od. dgl· nach Bedarf verschieden, um eine optimale Leistung zu erreichen, wie das der Fall für jede beliebige Anpassung der Erfindung

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Die Auspuffgase werden* In die Außenluft durch das hintere Auspuffrohr 20a abgeblasen, das mit dem Auspufftopfgehäuee 104 in der Mähe der Endwandung 106 verbunden 1st. Ein entfernbarer Beschickungsstöpfel 120 auf dem Auspufftopfgehäuee 104 gestattet die Entfernung und den Austausch des Wärmeumwandlungsmaterials in der Wärmeumwandlungsvorrichtung 52a.

Um die Erfindung besser verstehen zu können, wird angenommen, daß es wUnsdaenswert ist, den Reaktor 50 nach der Erfindung mit der Benutzung einer zündkerze zu vergleichen, die normalerweise in Nachbrennervorrichtungen verwendet wird, wie beispielsweise in dem vorstehend genannten Nachbrenner.!, der der einzige 1st, der bis jetzt von den kalifornischen Behörden genehmigt wurde· Im Falle einer Zündkerze arbeitet diese mit einer hohen Abgabespannung· Daher 1st eine Zündspule, ein Kondensator und ein Unterbrecher notwendig, und es ist ein Zeltfaktor für die Hochspannungsansammlung vorhanden. Daher entstehen bei der Arbeit mit Z^ündkerzen betrachtIiehe Kosten In Zubehörteilen, eine größere Batterleentladung als bei dem vorliegenden Reaktor und die Zündkerze 1st nicht kontinuierlich in ihrer Arbeit, sondern arbeitet mit Unterbrechungen. Bei einer offenen¹ Zündkerze im Auspuffrohr von etwa 50 mm Durchmesser und einem durchschnittliehen Abgasvolumen von 1,4 nr/Min., die hindurchlaufen, ist die Dauer der Kontaktzelt mit dem Funken geringer al· 0,01 Sek., und bei dem Mangel an

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K76528 3b-

Kontinuität der Zündkerze würde keine genügende Induktionsperiode zur Erzeugung von freien Radikalen und Fortpflanzung von diesen In einer Kettenreaktion vorhanden sein· Mit der Reaktortasse naoh der Erfindung, und wenn die kleine aufwärts gelegene Öffnung nur ein verhältnismäßig geringes Volumen von Abgasen hindurchläßt, wird eine Verweil» oder Kontaktzeit im Reaktor erzeugt, die in der Größenordnung von ungefähr 1 Sek. liegt, oder ungefähr einem Hundertfachen der Zelt, bei einer offenen Zündkerze· Dies schafft die notwendige Induktlonszelt zur Erzeugung der freien Radikale und eine Schaffung einer Kettenreaktion in der Erzeugung der freien Radikale bis zu dem Punkt, an dem die spontane Verbrennung der vorher unverbrannten Auspuffgasbestandteile erfolgt· Es ist darauf hinzuweisen, daß, obwohl die freien Radikalen, die gemäß der vorliegenden Erfindung gesohaffen werden, Kohlenwasserstoffradikale sind, und diese freien Radikale nicht aus Kohlenmonoxid erzeugt werden können, dennoch die Verbrennung, die sich aus der Kettenreaktion freier Kohlenwasserstoffradikale ergibt', das Kohlenmonoxyd mitnimmt, so daß das Kohlenmonoxyd ebenfalls verbrannt wird.

Während es möglich ist, daß freie Radikale so mit dem Funken einer Zündkerze erzeugt werden können, wenn der Funkenteil der Kerze innerhalb einer mit öffnung ver-

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ob

sehenen Tasse angeordnet wurde, die ähnlich dem Reaktor« becher ¹Jk ist, dann ist dennoch der Reiz so vorzugehen nicht groß infolge der Kosten, der verbrauchten Kraft und dem Mangel an Kontinuität des Funkens·

Die Luft« und Auspuffgase mischen sich, während sie rück« wärts durch die Auspuffleitung verlaufen, aber es findet eine geringe, falls Überhaupt, Oxydation in der Auspuff« leitung lediglich infolge dieser Mischung statt· Der Durchechnlttsauspuffgaeetrom durch ein 50 mm Auspuffrohr verliert Temperatur durch Strahlung aus dem Auspuffrohr mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 1,2°C je cm Länge des Auspuffrohres, und bei der Auspuffgas-Luftmischung schwankt die Temperatur an einem Punkt, der der Lage des Auspufftopfes entspricht, von ungefähr 204°C bei Leer« lauf bis zu ungefähr 55Ö°C bei einer ständigen Reisege« schwindigkeit von 126 km/h. Während Versuchen mit der Erfindung, und um eine maximale Auspuffgas«Lufttempera« tür am Reaktor zu erhalten, wurde der Reaktor in das Aus« puffrohr ungefähr 91 am stromauf vom Auspufftopf eingebracht, und Prüfmuster der Abgase wurden 6l cm stromab vom Reaktor analysiert. Das Ergebnis war, daß die Verrin« gerung des Kohlenwasserstoffgehaltes Im wesentlichen Null war, mit Ausnahme der höheren negativen Beschleunigungs« art von 80 « J>2 km/h, wobei 65 % Verringerung stattfand,

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und die Kohlenmonoxydverringerung betrug 22 %. Während des gleichen Versuches wurde eine PrUfmusteranalyse an dem hinteren Auspuffrohr unter dem akustischen Auspufftopf durchgeführt, und die Verringerung sowohl von Kohlenwasserstoffgehalt als auoh Kohlenmonoxyd war wesentlich. Die Verringerung unter Verwendung des Reaktors wie Reaktor 50 verglichen mit dem nicht erfolgenden Gebrauch des Reaktors war wie folgt:

Tabelle II	Kohlenmonoxyd verringerung
Kohlenwasserstoff- verringerung	63*
78*	38 *
37 *	15*
8*	69*
71 *	58*
56*	43*
26 *	74 %
78 *

Fahrweise

Leerlauf

0-40 km/h

48 km/h

48 - 24 km/h

24 km/h

24 - 48 km/h

80 - 32 km/h

gewogener Durchschnitt 38 * 50 *

Das Kubikvolumen des Auspuffrohres zwischen dem Reaktor und dem oberen Prüfmusterentnahraepunkt, der 61 cm stromab vom Reaktor lag, betrug nur ungefähr 1180 cnr, während das gesamte Auspuffsystem unter dem Reaktor ungefähr 11 470 car betrug. Demgemäß zeigen die Ergebnisse dieses Tests Über«

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zeugend, daß, obwohl der Reaktor die Erzeugung von freien Radikalen begann, die Zelt am oberen Prüfmusterentnahmepunkt ungenügend war, um di.e Ketten·· reaktLon mit Lhrem zunehmenden Wachstum an freien Radikalen zu gestatten, um zu dem Punkt zu gelangen, bei dem eine wesentliche spontane Oxydation erfolgt. Wenn die Reaktion Jedoch während der ZeLt weiterlief", die In dem größeren Volumen des akustischen Auspufftopfes zu« erkannt wurde, erhöhte die Kettenreaktion die Menge an freien Radikalen bLs auf einen Punkt, wo eLne wesentliche Oxydation stattfand. Während andere Testdaten, die nachstehend erläutert werden* zeigen, daß andere Stellen wesentlich höhere Verringerungen sowohl von Kohlenwasserstoff als auch Kohlenmonoxyd ergeben, 1st es dennoch Interessant, den VergleLch zwischen den Ergebnissen festzustellen, die In der Tabelle II aufgeführt sind, mit den Testergebnissen der "ManAirOx"-Anlage, wie in Ta·· belle I gezeigt. Bei diesem Vergleich war die Kohlenwasserstoff verringerung über dreimal so wirksam mit dem Reaktor nach der vorliegenden Erfindung als mit "Man-AIr-Ox". Dies 1st wichtig wegen der Tatsache, daß die schärfste Anforderung gemäß den kalifornischen Bestimmungen die des Kohlenwasserstoffgehaltes ist.

Die Leistung der vorliegenden Erfindung und der Vergleich mit den früheren Nachbrennervorrichtungen wird

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am beaten verstanden durch Hinweis auf die offiziellen kalifornischen Kriterien zur überprüfung von Kraftfahrzeugen. Die kalifornischen Behörden und Ihre technischen Komitees studierten die Fahrgewohnheiten des durchschnittlichen Kraftfahrers einschließlich der Zeiten, die bei den verschiedenen Fahrarten zum Tragen kommen, und maßen sie als Durchschnitt bezüglich ihrer Bedeutsamkeit und Dauer. Nach ausgedehnten Studien wurden die offiziellen Kriterien zum Überprüfen von Kraftfahrzeugen wie folgt gewählt:

	Min.	Tabelle	III	Zeit
Fahrweise	0		Kumulative	Sek.
Leerlauf	0	Sek.	Min.	54
o-48 km/h	0	20	0	49
48 km/h	1	34	0	00
48-24 kffl/h	1	49	1	15
24 km/h	1	00	1	44
24-80 km/h	2	15	1	o9
80-52 km/h	44	2	17
52-0 km/h	09	2

(Dies stellt einen Zyklus dar und der nächste Zyklus folgt sofort darauf und ist ein Duplikat des ersten Zyklus in der Zelt, wie folgt:)

" 2 ⁹ " BAD ORIGINAU

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Leerlauf	2	17	2	37
0-48 km/h	2	37	2	51
48 km/h	2	51	3	06
48-24 km/h	3	06	3	17
24 km/h	3	17	3	32
24-80 km/h	3	32	4	01
80-32 km/h	4	01	4	26
32-0 km/h	4	26	4	3^

Am Ende des zweiten Zyklus wird der dritte Zyklus sofort begonnen« worauf der vierte, fünfte, sechste und siebente folgt. Daher sind für die Gesamtdynamometertests sieben mal zwei Minuten und siebzahn Sekunden erforderlich oder fünfzehn Minuten und neunundfünfzig Sekunden. Bei der Aufzeichnung der Abgaben eines jeden Zyklus, hört die Fahrweise von bis 30 ( 0-48 km/h) mit ihrer Abgabetabellierung bei 40 km/h auf und bei der 24-80 km/h Fahrweise bei 48 km/h. Die 32-0 km/h-Fahrweise ist nicht aufgezeichnet. Der fünfte Zyklus, obwohl er durchgeführt wurde, ist nicht aufgezeichnet, weil die Aufzeichnungsinetrumente auf "null" gestellt werden, wenn kein Auspuffgasstrom vom Wagen zu diesem Zeltpunkt zu ihnen erfolgt, so daß ein Korrekturfaktor für Instrument "Anhalten" eingebracht werden kann.

Die offizielle Testmethode der kaliforni schen Behörden verlangt einen kaltstartenden Wagen und

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die ersten vier Zyklen fUr jede Fahrwelse werden Im Durchschnitt genommen und als "Aufwärmperlode" bezeichnet und die letzten beiden Zyklen werden als Durohschnltt genommen und als "HeißzyklusZeitraum" bezeichnet.

Versuche in der Praxis und zahlreiche Landstrassenversuche Überzeugten die kalifornischen Staatsbehörden» daß die endgültig berechnete Wagenabgabe im Durchschnitt 35 % beim Anwärmen und 65 % im heissen Zyklus 1st.

Dies war teilweise auf die Wirkung des Choke des

Wagens in der frühen Perlode des Arbeitens des Wagens ■

im kalten Zustand zurückzuführen.

Ein Grund zur Beschreibung dieser ziemlich komplizierten KriteAen der kalifornischen Behörden liegt darin, die Bedeutung der verschiedenen Arten der Kohlen« wasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Verringerungen zu erläutern, weil jede Art bei der Herstellung der gesamtzulHsslgen technischen Regel in ihrem Auswiegefaktor weltgehend verschieden ist. Das Auswiegen für die verschiedenen Arten sowohl für Kohlenwasserstoff als auch für (

Kohlenmonoxyd ist wie folgt:

Tabelle IV

Auswiegefaktor sowohl für Kohlenwasserstoffe als auch für Kohlenmonoxyd

Leerlauf 4.2 56

0-40 km/h 24.4 %

48 km/h 11.8 %

48-24 km/h 6.2 %

24 km/h 5.0 %

24-48 km/h 45.5 #

80-32 km/h 2.9 %

loo.o %

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Es 1st besonders darauf hinzuweisen, daß zwei Beschleunlgungsarten 0-40 und 24-48 km/h 69·9 % der Gesamtheit ausmachen. Daher muß jede beliebige Antismogeinrichtung eine gute Leistung für diese beiden Arten zeigen um die Anforderungen des Staates von Kalifornien zu erfüllen, die einen Maxima!durchschnitt von 275 Teilen je Million Kohlenwasserstoffen und 1.5 56 Kohlenraonoxyd gestatten.

Unter Hinweis auf die "ManAirOx" Daten wie In der obigen Tabelle I gezeigt, 1st auch darauf hinzuweisen, daß die Kohlenwasserstoffverminderung bei 0 bis 40 km/h 19 % betrug und für die schwere gewogene 24 - 48 km/h- Fahrweise nur 11 ^. Zur Zelt 1st dies für den durchschnittlichen gebrauchten Kraftwagen nicht gut genug, um die Erfordernisse der kalifornischen Behörden zu erfüllen. Demgemäß wurden bei den neuen 1966er-Kraftfahrzeugmodellen , die mit dem "ManAlrüx" ausgerüstet sind, die Kraftfahrzeugsteller gezwungen, die Brennstoffmischung durch kleiner Vergaser magerer zu machen, eine negative Beschleunigungsfunkenzelt eins te llung hinzuzufügen usw., um den Kohlenwasserst off spiegel des neuen Wagens so niedrig als möglich zu bekommen als Hilfsmittel zu dem "ManAirOx" Auspuff od. dgl., um die Bestimmungen zu erfüllen.

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original

Unter Hinweis auf die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung, wie In der Tabelle II erläutert, und wenn der Reaktor Im Auspuffrohr vor dem Auspufftopf angeordnet 1st« und wenn die PrUf must er entnahme an dem hin·· teren Auspuffrohr unter dem Auspufftopf erfolgt, ist darauf hinzuweisen, daß die Beschleunigungsart von 0 - 40 km/h yj % Verringerung des Kohlenwasserstoffs zeigte und die Beschleunigung von 24 bis 48 km/h 26 % Kohlenwasserstoffverringerung· Bei einem weiteren Test, der durchgeführt wurde, um eine größere Kohlenwasser·· f stoffverringerung während dieser Beschleunigungsarten zu erhalten, wurde der Reaktor im Auspuffrohr in eine Stellung direkt am Eingang des akustischen Auspuff« topfee gebracht« Bei diesem Test wurde das Kraftfahr·· zeug durch die verschiedenen Zyklen getrieben, wobei die elektrische Schaltung der Spule des Reaktors abgedreht war und die Abgaben wurden auf diese Art und Weise entnommen. Danach wurde der Reaktor angeschaltet, die Zyklen wiederholt und aufgezeichnet. Auf diese Art und Welse konnte die Verringerung in den Abgaben zwischen den "kein Reaktor" und "Reaktor*¹-Bedingungen in einer Serie von aufeinanderfolgenden Zyklen verglichen werden. Die Ergebnisse waren wie folgt: \

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^BAD origi_Nal

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Fahrweise

Leerlauf
O -40 km/h
48 km/h
48-24 km/h
24 km/h
24-48 km/h
80-32 km/h

gewogener
Durchschnitt

Tabelle V

Kohlenwasserstoff, verringerung

94 % 26 % 20 # 71 % 77 Ji

69 # ,

95 %

Kohlenmonoxydverringerung

85 % 0 %

54 % 70 <f> 76 % ο % 80 %

68 %

Es ist darauf hinzuweisen« daß die negative Beschleunigung und Leerlauffahrweise sehr hoch in ihren Verringerungen sowohl bei Kohlenwasserstoffen als auch bei Kohlenmonoxyd waren, aber die starke Erhöhung in dem gewogenen Gesamtdurchschnitt, wie von den kalifornischen Staatsbehörden verlangt, ist in der Schwerdurchschnittsfahr« weise von 24-48 km/h mit 69 % Verringerung. Obwohl die Fahrweise 0-40 km/h etwas niedriger in demLauf der Tabelle V verglichen mit dem der Tabelle II war, war die größere Wirksamkeit bei der 24 - 48 km/h Fahrweise stark verantwortlich beim Anheben des gewogenen Kohlenwasserstoff Wirkungsgrades von 58 % Verringerung bis zu 68 % Verringerung. Der gewogene Wirkungsgrad für die Kohlenmonoxydverringerung war bei 50 % unverändert, obwohl die Verteilung beträchtlich verschieden war. Die beiden

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Beschleunigungsarten zeigten keine Kohlenwasserstoff·· verringerung, wenn der Reaktor am Eingang zum akustischen Auspuff topf lag, aber dies ist kein schwerwiegen-· der Nachteil, weil diese Beschleunlgungsarten ständig in Kohlenmonoxydabgaben bei DurohschnLttsautomobLlen niedrig sind.

Der Grund für den wesentlich höheren Wirkungsgrad von 24-48 km/h Beschleunigungsart In dem Test nach TAbelle V ist nicht vollständig klar, aber eine mögliche Erklärung könnte folgende sein: In der oberen Stellung, wie in Tabelle II gezeigt, wenn die Auspuff-Luftmischung durch den Reaktor verläuft und die Durchsetzung mit freien Radikalen begonnen wird, wurde durch den unteren Auspufflei tungsprüf musteren tnahmepunkt nachgewiesen, daß praktisch keinerlei Oxydation oder Wärmeerzeugung bewirkt wurde, bis die Gase den Auspufftopf erreichten, da die Zunahme an Radikalen keine Zelt hatte, bis zu der Konzentration zuzunehmen, die für eine spontane Verbren- nung erforderlich war. Während dieses Zeltraumes jedoch und nach dem Durchlaufen durch den Reaktor, aber vox* dem Erreichen des Auspufftopfes nahm durch die Abstrahlung vom Auspuffrohr die Temperatur auf ungefähr 149°C ab. Diese KUhlwirkung kann teilweise die Kettenreaktion der freien Radikale unterbrochen und verlangsamt haben oder einige der freien Radikale zerstört haben, die dann wieder nach dem Mischen in dem Auspufftopf "ausgeglichen"

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werden muüten. Es wurde beobachtet, daß, wenn der Reaktor sLch am Eingang zum Auspufftopf oder innerhalb des Auspufftopfes befindet, der Temperaturanstieg auf ein höheres Niveau erfolgt, aLs wenn der Reaktor sich stromauf befindet. Dies trifft für Jeden beliebigen Auspufftopf zu und Insbesondere bei einem schwer isolierenden gerade durchlaufenden Typ von Auspufftopf, wie etwa dem ¹¹GLas-Pack-Auspufftopf". So zeigt sich, daß die durch Oxydation selbst erzeugte Temperatur entweder eine schnellere freie Radikalerzeugung fördert oder eine Kombination von freier Radikalen- und Wärmeverbrennung und Wärmeisolationqualitäten des Auspufftopfes bei diesem Aufbau höherer Temperatur und besserer Reaktionsgeschwindigkeit helfen.

Da der Zyklus des Staates Kalifornien durch 7 verschiedene Arbeitsarten des Fahrzeuges wähjend eines Zeitraumes von nur zwei Minuten 17 Sekunden geht, schwankten die Abgasvolumen bei Standardbedingungen der Temperatur und des Druckes und auch bei den hohen Betriebstemperaturen weitgehend während des Zyklus. Bei einem Durchsohnlttswagen wie etwa einem Chevrolet, Ford oder Plymouth sind diese Auspuffvolumen etwa folgende:

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	Tabelle VI	Hohe Betriebstemperaturen	Durchfluß
Standardtemperatur und Druck		Arbeitsweise	0,51 n?/M
Arbeltswelse	Durchfluß • *	Leerlauf	4,9 m^/M c tn /rn
Leerlauf	0,25 a?/H	0-25 30	0,6 rP/M
0-40 km/h 48 km/h	i ,0 in /OT 0,76 n?/n	30-15	0,9 nr/M
48-24 km/h	0,25 n?/H	15	0,7 rP/M
24 km/h	0,4 ti?/Vi	15-30
24-48 km/h	1,7 «n³

Die Öffnung 82 im Reaktor 50 muß die sich schnell ändernden Volumen vertragen können. Wenn der Reaktor sich inner*« halb des Auspuffrohres von ungefähr 50 ran Durchmesser befindet, wie bei dem Beispiel, das in Tabelle II gegeben 1st, wird angenommen, daß die 0-40 km/h und 24-48 km/h Fahrwelsen mit ihren sehr hohen AuspuffgasdurchflUssen die Neigung haben, den Reaktor durch übermäßigen Durchfluß durch die öffnung au Überlasten, was eine Verringerung der Bildung freier Radikale verursacht. Das erfordert, daß, wenn der Reaktor Im Auspuffrohr angeordnet 1st, die Öffnungsgröße sehr klein sein muß, um diese Beschleunigungsarten verkraften zu können, insbesondere, da in Tabelle IV gezeigt 1st, daß der Wiegefaktor ganz besonder:, schwer für diese beiden Arten ist, nämlich 24,4 % für 0-40 km/h und 45,5 £ für die Art und Weise 24 - 48 km/h. Wenn andererseits solch eine kleine öffnung vorhanden ist.

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um den Hooligesohwindigkeitszustand der Beschleunigung zu schützen* dann ist während der Leerlauf und negativen Be£5chleunigungsarten der Strom in dem Reaktor unter dem Minimum.

Die in den Zeichnungen dargestellte Anordnung, wobei der Reaktor innerhalb des Auspufftopfgehäuses angeordnet ist und hinter,einer Prallplatte, die den Strom der Auspuffgase, die aus dem Auspuffrolir kommen, daran hindern, direkt auf den Reaktor aufzutreffen, verringert dieses Problem der Erzielung von ungefähr der richtigen 3trommenge in dem Reaktor unter den verschiedenen Arbeitsweisen auf ein Minimum, Es zeigtssich, daß das Verbringen des Reaktors in verschiedene Stellungen in der Auspuffleitung und in verschiedene Stellungen in dem Auspufftopf oder im Zusammenhang mit verschiedenen Auspufftopfgestalten veränderliche Ergebnisse für die verschiedenen Arten bringt. Das wichtige ist, genügend wirkeame Produktion von freien Radikalen und ein Kettenreaktionsanwacheen davon zu erhalten, um eine gute Verbrennung während der schwerer bewerteten Arten zu erzielen.

Weitere Tests wurden durchgeführt, wobei der Reaktor in einen kombinierten Verbrennungs- und Akustik-Auspuff topf eingebracht wurde, im allgemeinen entlang der Weise wie in Fig. 2 der Zeichnungen gezeigt,

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aber ohne die Verwendung einer Wärmeumwandlungselnrichtung und wobei der Reaktor zwischen ein Paar von Prallplatten eingebracht war, Im allgemeinen ähnlich den Platten 42 und 62. Die Dynamometerlaufe ergaben die folgenden Ergebnissei

Fahrwelse

Leerlauf

0-40 km/h

48 km/h

48 - 24 km/h

24 km/h

24-48 km/h

80-22 km/h

gewogener Durohschnltt 59 % 59 Jt

Durchschnittsabgaben: 241 ppm Kohlenwasserstoff

o.73 % Kohlenmonoxyd

Die Wärmeumwandlungsvorrichtung 52, wie In Pig. 2 gezeigt, wurde danach hinzugefügt mit ungefähr ein Drittel Pfund (150 g) rostfreier Stahlwolle, die das tatsächliche Bett 54 des Wärmeumwandlungsmaterials bildete und die folgenden Ergebnisse wurden dann erzielt!

Tabelle VII	KohlenmonoxyU
Kohlenwasser··	verringerung
stoffverringerung	97 Si
99 %
40 %	17 %
15 %	84 Jt
92 %	92 %
54 *	2o Ji
29 %	94 Si
97 %

	Tabelle VIII	Kohlenmonoxyd verringerung
Fahrweise Leerlauf	Kohlenwasserstoff« verringerung 96 £	o*
o-4o km/h	55 %	Io %
48 km/h	39 *	84 %
48-24 km/h	88 %	82 Jt
24 km/h	95 %	ο %
24-48 km/h	39 Ji	94 jt
8o-32 km/h	98 ·%	51 %
gewogener Durchschnitt 66 %	ORIGINAL.

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Es wird darauf hingewiesen, daß eine wesentliche Verbesserung bei den Deschleunlgungsarben von O bis 4ü km/h und 24 - 4b¹ km/h vorhanden ist, wobei diese Verbesserung durch das Hinzufügen dieser geringen Menge an Wärmeumwandlungsmaterlal erzLelt wurde, wie Ln den Ergebnissen der Tabelle VIII gegenüber den Ergebnissen der Tabelle VIE gezeigt. Es Ist aber auoh darauf hinzuweisen, daß eLn Abfall In der Kohlenmonoxydverrlngerung vorhanden Ist, war» zu geschehen scheint, wenn die Wärmeumwandlungsvorrlch» tung entweder zu nahe am Reaktor oder zu dicht und nicht porös Lst, Veränderungen In der Wärmeumwandlungsvorrichtung bezüglich Korrosltät und Stellung können durchgeführt werden, um einen zufriedenstellenden Ausgleich zwischen Kohlenwasserstoff und KohlenmonoxydverrLngerung zu erhalten»

Es Ist auoh darauf hinzuweisen, daß clLe vorstehenden TestergebnLsse der Erfindung, wie Ln den Tabellen II, V, VII und VIII dargestellt, die Prozentsatzverringerungen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd für den"Helßzykluszeitraum" Im kalLfornLschen Chassisdynamometertest ergeben. Der folgende weitere Test wurde durchgeführt unter Verwendung eines Gerätes Wie dem Ln FLg. 1 bis 4 der Zeichnungen^zöfeten, worin die Wärmewandlervorrlchtung ein wenig mehr als 450 g eines aus Teilchen bestehenden Katalysatormaterials enthielt, das in einem Katalysator-auspufftopf während mehr als 4o.ooo Kilometern Betrieb verwendet worden war und viel von seiner katalytIschen Wirksamkeit verloren hatte. Die Einzelheiten der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxydverrlngerung für die verschiedenen Fahrweisen während des "Heißzykluszeitraums" sind in der nachstehenden Tabelle IX gezeigt. Die Tabelle X darunter zeigt die DurchschnittsprozentsatzverringerungBzahlen sowohl für den "Anwärmzeitraum" und den "Warmzykluszeitraum" sowohl für Kohlenwasserstoffe als auch für Kohlenmonoxyd

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und zeigt auch don gewogenen Durchschnitt zwischen dem Anwärm- imd Heißzykluazeiträum (wobei 35 % äem Anwärm- und 65 % dem Heißzyklus zugewiesen werden). Die Tabelle XI unten zeigt die Teile ,je Ml 111 cn Kohlenwasserstoffe IUr die AnwUrm- undHelßzyklusperioden \mu den gewogenen Durchschnitt davon, beides ohne die vorliegende Erfindung und mit der vorliegenden Erfindung. Und weiterhin den Prozentsatz des Kohlenmonoxyds in dem Auspuffstrom sowohl während des Anwärrozeitraumes als auch dem HeiSzyklusZeitraum und dem gewogenen Durohschnitt davon mit und ohne die vorliegende Erfindung.

Tabelle IX

Fahrwelee

Leerlauf
(MO kra/h
4 b¹ km/h
18-24 km/h
24 km/h
24-48 km/h
80-52 Km/h

Kohlenwasserstoff- verringerung	Kohlenmonoxyd verringerung
9B %	71 %
89*	0%
71 %	6 %
92 %	.83%
38 56	25 %
45 *	29 %
*96 '**	84 %

Gewogener Durchschnitt 73 %

Tabelle X

Kohlenwass ers t offverringerung

Aufwärmen 57 %

Wärmzyklus 73 % Gewogener Durchschnitt 66 %

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Kohlenmonoxyd· verringerung

28% 44 % 39%

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Tabelle XI

Kohlenwasserstoffe Kohlenmonoxyde (Teile je Million) ( # )

Oline Erfindung Anwärmzeit 840 ppm 1,77 % HeißzykluB 602 ppm 1.81 % Gewogener Durchschnitt 686 ppm 1,80 % Mit der Erfindung Anwärmzeit »363 ppm 1,27 % Heißzyklus 161 ppm 1.02 % Gewogener Durchschnitt 2^2 ppm l,10,#

Aus dem vorstehenden Test 1st klar, daß der gewogene Gesamt·· durchschnitt gut ist, wenn die vorliegende Erfindung verwen- *det wird, und wesentlich überlegen den besonders abgestimmten und ausgerüsteten Nachbrennersystemen der amerikanischen Kraftfahrzeuge, so wie etwa "ManAirOx". Alle vorstehenden Tests der Erfindung wurden ohne jegliche Angleichung und ohne Jegliche Spezial-negative-Beschleunigungs- und ZeitabstiMBungeausrüstung durchgeführt oder ohne mager« Düsen im Vergaser. Außerdem wurden alle diese Tests mit einem Fahrzeug gemacht, das als ein Durchschnittekraftfahrzeug angesehen werden kann, einem 1959er Baujahr Chevrolet in 80800 km Altersbereich.

Während der intensiven Testvorgänge der Erfindung zeigte es sich, daß die kleine Öffnung 82 in dem Reaktorbecher

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sich nicht verstopft oder auch nur schmutzig wird. Das Lst wahrscheinlich deswegen der Fall, weLl der Reaktor während des BetrLebes so heiß 1st» daß nichts von den Bestandteilen Im Auspuffstrom daran anhaften kann. Nichts von Teer, Gummi oder ähnlichen organischen Stoffen kann In fester Form bei den Betriebstemperaturen des Reaktors bestehen· Das Bleloxyd, das sich gewöhnlich Im Auspuffgasstrom befindet, 1st ent·· weder In einer solch fein verteilten Form, daß es die öffnungen nicht verstopft, oder es ist flüchtig, wenn es durch den Reaktor verläuft.

Während die Erfindung hierin In einer AusfUhrungsform gezeigt und beschrieben wurde, von der angenommen wird, daß sie am praktischsten und daher zu bevorzugen 1st, muß doch anerkannt werden, daß Abweichungen davon innerhalb des Rahmens der Erfindung getroffen werden können, die daher nicht auf die darin beschriebenen Einzelheiten begrenzt 1st, sondern die im vollen Umfang der Ansprüche anerkannt werden muß.

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Claims

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Patentansprüche :

sssssssssansssssssBS=as=3=ssnr:=

l.) Verfahren zur Verringerung schädlicher Abgase aus Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, (lau Luft mit dom Strom der Auspuffgase des Motors ge» mischt wird, eine Zone errichtet wird, die vom Hauptdurchfluüntrom der Auspuffluftmlschung Isoliert wird, wodurch ein kleiner Teil der genannten Mischung langsam strömt, wobei eine Menge an freLen Radikalen In dieser Zone geschaffen wird, Indem einige der Kohlenwasserstoffmoleküle In der genannten Zone In freie Kohienwasserstoffradlkale umgewandelt werden und diese freien Radikale In dem Hauptstrom des Auspuff-Luftstromes freigelassen werden, um eine Kettenreaktion von freier Radikalerzeugung in dem Hauptstrom zu schaffen, was zu einer spontanen Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxyds in dem Hauptstrom führt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzelchret, daß die genannten freien Radikale durch elektrische Stromerregung in dieser Zone erzeugt werden.

3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Erregung erzeugt wird, indem elektrischer Strom durch einen Widerstandsdraht 84 in der

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genannten Zone gelÄtet wird, um den Faden auf eine Temperatur zu erhitzen, die wesentlich htfher 1st aIn die Durchschnittetemperatur der Auspuffgas-Luftmischung.

4.);!Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten freien Radikale In der ge« nannten Zone durch die lokalisierte Anwendung Intensiver Hitze auf den Teil der Auspuff-Luftmischung in der genannten Zone erzeugt werden.

5·) Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 - H₉ dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Luft-Auspuffgasnd schung durch eine poröse Wärraewandlervor« rlchtung (52, 53a) stromab von der genannten Zone geleitet wird, um Wärme aus der Mischung während Fahrwelsen des Motorbetriebes zu speichern, bei denen die Auspuff·· gase verhältpisnäSlg heu sind, wobei die genannte gespeicherte Hitze bei der Fortpflanzung der genannten freien Radikale während Arbeltsweisen des Motors hilft, wenn die Auspuffgase verhältnismäßig kühl sind.

6.) Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Wärneumwandlerelnrichtung (52, 52a) ein katalytisches Oxydationsnaterlal (54) enthält, wodurch von der durch Hitze erzeugten Verbrennung

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durch die freie Radikalförderung und die Hitze, die in der Wärmewandlervorrichtung gespeichert ist, genügend wirksame katalytische Arbeitstemperaturen erzeugt werden, um die Oxydation von früher nicht oxydierten Auspuff bestandteilen zu fördern.

7.) Nachbrenner niedriger Temperatur für ein Auspuffsystem von Verbrennungsmotoren mit Auspuffleitungen, in die Luft eingeführt wird, um eine Auspuff-Luftmischung zu schaffen, die durch dieses System fließt, wobei der genannte Nachbrenner durch einen Reaktor gekennzeichnet ist (50, 5Oa), der in der genannten Leitung stromab von dem Punkt der Lufteinbringung gehalten ist, und der einen im allgemeinen becherförmigen Körper (74) aus wärmefestem Material hat, der eine Kammer (80) darin bildet mit einme offenen abwärts gerichteten Ende und einem im allgemeinen geschlossenen Boden (78),der aufwärts gerichtet ist, wobei der genannte Körper eine öffnung (Ö2) durch die Wand (78) hat, die mit der Kammer stromauf von dem genannten offenen Ende in Verbindung steht, um einenkleinen Teil des Stromes der Auspuffluftmlsehung in den Reaktor zu leiten, und eine Einrichtung (84), die innerhalb der genannten Kammer angeordnet ist, um einige der Kohlen-Wasserstoffmoleküle in der genannten Kammer zu ionisieren, um so eine Menge an freien Radikalen in der Kammer zu erzeugen, wobei die genannten freien Radikale aus

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dem genannten offenen Ende des Körpers des Reaktors in den Hauptstrom des Auspuff-Luftstromes fließen, um eine Kettenreaktion von freier Radikalerzeugung In dem Haupt» strom zu fördern, was zu einer spontanen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid stromauf vom Reaktor führt.

8.) Ein Niedertemperatumachbrenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Reaktor aus keramischem Material besteht.

9.) Ein Niedertemperatumachbrenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte öffnung sich durch die genannte Bodenwandung des Reaktorbechers erstreckt.

10.) Ein Niedertemperatumachbrenner nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß er Prallplatteneinrichtungen (42, 42a) aufweist, die direkt stromauf von dem genannten Reaktor angeordnet und im allgemeinen quer zur Flußrichtung des Stromes ausgerichtet sind, wobei die genannte Prallplatt eneinrichtung den Hauptauspuffluftstrom um den Reaktor ableitet, so daß der direkte Pluß des Stromes nicht gegen die genannte öffnung in dem Reaktor schlägt.

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11.) Ein Niedertemperaturnachbrenner nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Prallplattenelnrlchtung eine kleine üfffiing (4b) aufweist, im allgemeinen in der Linie des Auspuff-Luftstromes im Verhältnis zu dem genannten Reaktor, um eine abgemessene Zufuhrmenge der Auspuff-Luftmischung zum Reaktor zu führen.

12.) Ein Niedertemperaturnachbrenner nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Ionisierungseinrichtung unter elektrische Energie gesetzt wird.

15.) Ein Niedertemperaturnachbrenner gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ödie unter elektrische Energie gesetzte Einrichtung einen Widerstandsdraht aufweist, der innerhalb der genannten Kammer gehalten wird.

14.) Niedertemperaturnachbrenner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Widerstandsdraht aus einer kleinen schraubenförmigen Wende von Widerstands draht besteht, der zu einer Schlaufe gebildet und an der Seitenwandung (76) des Bechers in der genannten Kammer befestigt ist.

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15·) Niedertemperaturnachbrenner nach einem beliebigen der Ansprüche γ - IH₉ dadurch gekennzeichnet, daß er eine poröse Wärmewandlereinrichtung (52, 52a) hat« die in der genannten Leitung stromab von dem genannten Reaktor angeordnet 1st.

16.) Niedertemperaturnachbrenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daS die genannte Wärmeumwandlervorrichtung katalytisches Oxydationsmaterial (54) enthält.

17·) Niedertemperaturnachbrenner nach einem beliebigen der Ansprüche 7-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffleitung ein Auspuffrohr umfaßt, wobei die Auspuff-Luftmischung durch mindestens einen Teil des genannten Auspuffrohres fließt und der genannte Nachbrenner ein Auspufftopfgehäuse aufweist mit einem Einlaß, der mit dem genannten Auspuffrohr verbunden ist, und einen Auslaß hat, wobei das genannte Auspufftopfgehäuse Wände aufweist, die einen Fließpfad für die ' Auspuff-Luftmischung von dem genannten Einlaß zum Auslaß darstellen und der genannte Reaktor In dem genannten Auspufftopfgehäuse in einem Durchflußpfad montiert ist, wobei dieser Durchflußpfad in dem Auspufftopf sich über eine wesentliche Strecke stromab von dem genannten Reaktor erstreckt und eine Verbrennungskammer innerhalb

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des Auspufftopfes direkt stromab vom Reaktor bildet, in welcher die genannte Kettenreaktion und die spontane Verbrennung stattfinden.

18·) Nledertemperaturnaohbrenner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Durchfluflpfad innerhalb des Auspufftopfes in der Nähe des Reaktors und in Bereich der genannten Verbrennungska«Hii] einen Querschnittsbereich hat, der wesentlich gröfler ist als der des Auspuffrohres und der des Reaktors.

- 19.) Nledertenperaturnaohbrenner nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Frallplatt«einrichtung (42, 42a) in den genannten Auspufftopf«· gehäuse gehalten wird.

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