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Die
Erfindung bezieht sich auf eine katalytische Verbrennungsvorrichtung,
die geeignet in einem Heizsystem oder einem Trocknungssystem eingesetzt
wird.
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Herkömmlich war
eine katalytische Verbrennungsvorrichtung bekannt, die mit einer
Kraftstoffzuführvorrichtung
zur Zufuhr von Kraftstoff und einer Luftzuführvorrichtung zur Zufuhr von
Luft ausgestattet ist, wobei ein Gemisch aus dem durch die Kraftstoffzuführeinrichtung
zugeführten
Kraftstoff und der durch die Luftzuführeinrichtung zugeführten Luft durch
einen Katalysator verbrannt wird. In der katalytischen Verbrennungsvorrichtung
wird keine Flamme erzeugt und daher tritt kein Ruß auf. Darüber hinaus unterdrückt die
katalytische Verbrennungsvorrichtung die Abgasemission zum Zeitpunkt
der Zündung oder
des Auslöschens
stark, wie sie bei einer Flammenverbrennung hervorgerufen würde, so
daß sie bemerkenswert
wirkungsvoll als ein Heizsystem eines Elektrofahrzeuges ist, bei
dem es erforderlich ist, daß die
Abgase sauber sind.
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Zur
Aufrechterhaltung der katalytischen Verbrennung in der zuvor erwähnten katalytischen
Verbrennungsvorrichtung ist es erforderlich, daß die Luft zur Verbrennung
immer vorgeheizt wird, um den Katalysator anzuregen. Wenn ein derartiges
Vorheizen durch eine elektrische Heizeinrichtung ausgeführt wird,
steigt der verbrauchte elektrische Strom an. Insbesondere ist es
bei dem Elektrofahrzeug nicht geeignet, die elektrische Heizeinrichtung
aufgrund der Beschränkung
der Batteriekapazität
einzusetzten, die einen erhöhten
elektrischen Stromverbrauch erfordert.
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Wenn
die Luft zur Verbrennung durch einen Brenner vorgeheizt wird, beschlägt der Katalysator mit
Ruß, so
daß ein
Verbrennungswirkungsgrad durch den Katalysator verschlechtert werden
kann. Darüber
hinaus ist beim Zünden
der Katalysator zu kalt, um hinreichend angeregt zu werden. Folglich besteht
ein Problem darin, daß die
durch den Brenner erzeugte Abgasemission möglicherweise unverändert ausgestoßen wird.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist, wie in der JP 60-30908 A offenbart ist, ein
Abgaszirkulationsrohr zur Verbindung der stromaufwärtigen Seite
mit der stromabwärtigen
Seite der katalytischen Verbrennungsvorrichtung vorgesehen, und
die Luft für
die Verbrennung wird vorgeheizt, indem ein Teil der Abgase zur stromaufwärtigen Seite
der katalytischen Verbrennungsvorrichtung rückgeführt wird.
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Andererseits
ist in der JP 4-320710 A eine katalytische Verbrennungsvorrichtung
vorgeschlagen, bei der das vorgemischte Gas aus Kraftstoff und Luft,
das einem Gasdurchtritt in einer Katalysatorschicht zugeführt wird,
beschleunigt wird, indem es durch eine Einspritzdüse tritt,
so daß ein
Teil des Abgases aufgrund einer durch die Beschleunigung hervorgerufenen
Entspannungswirkung zirkuliert werden kann, und das vorgemischte
Gas wird vorgeheizt.
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Gemäß diesen
herkömmlichen
Verbrennungsvorrichtungen kann die Luft zur Verbrennung vorgeheizt
werden, um die Verbrennung zu stabilisieren, ohne daß eine getrennte
Heizeinrichtung wie beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung
oder ein Brenner erforderlich ist.
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Es
ist jedoch bei der herkömmlichen,
in der JP 60-30908 A offenbarten Vorrichtung unvermeidbar, daß die Verbrennungsvorrichtung
große
Abmessungen annimmt, weil das Abgaszirkulationsrohr außerhalb
der Verbrennungsvorrichtung angeordnet ist. Entsprechend besteht
ein Problem darin, daß es schwierig
ist, das Heizsystem auf einem Fahrzeug mit einem begrenzten Raum
zu montieren.
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Da
es andererseits bei der herkömmlichen, in
der JP 4-320710 A offenbarten Vorrichtung notwendig ist, die Luft
und den Kraftstoff vorab zu vermischen, ist ein zusätzliches
Gerät zum
Mischen erforderlich. Außerdem
ist eine Vielzahl von Gasdurchtritten in der Katalysatorschicht
ausgebildet und eine entsprechende Anzahl von Einspritzdüsen sollte
vorgesehen sein. Dadurch steigt die Anzahl der Bauteile unvermeidbar
an, der Aufbau wird kompliziert und die Herstellkosten steigen an.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf die vorstehend beschriebenen
Probleme und hat zur Aufgabe, eine katalytische Verbrennungsvorrichtung zu
schaffen, die einen vereinfachten Aufbau mit kleinen Abmessungen
hat, während
die Luft zur Verbrennung durch Zirkulieren des Abgases vorgeheizt
wird, so daß eine
zufriedenstellende katalytische Verbrennung verwirklicht ist.
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Erfindungsgemäß ist ein
ringförmiger
Katalysatorkörper
zum katalytischen Verbrennen eines Gemisches aus Kraftstoff und
Luft in einem Verbrennungszylinder angeordnet und Zuführeinrichtungen zur
Zufuhr des Kraftstoffs und der Luft sind an einer Endseite des Katalysatorkörpers angeordnet,
während
eine Vorgemischkammer zur Vorbereitung eines Gemischs des Kraftstoffs
und der Luft an der anderen Endseite des Katalysatorkörpers angeordnet
ist. Darüber
hinaus werden der Kraftstoff und die Luft in einer Vorgemischkammer
vermischt, indem der Kraftstoff und die Luft von der einen Endseite
des Katalysatorkörpers
durch ein Durchgangsloch zugeführt
werden, das in einem mittleren Abschnitt des Katalysatorkörpers ausgebildet
ist. Eine Strömungsrichtung
des Gemisches wird in der Vorgemischkammer umgedreht, so daß das Gemisch
durch den Katalysatorkörper
von der anderen Endseite zur einen Endseite strömt und ein Teil des durch den
Katalysatorkörper hindurch
getretenen Abgases wird an der anderen Endseite des Katalysatorkörpers in
die Luft zirkuliert.
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Durch
das Zirkulieren eines Teils des Abgases in die zu verbrennende Luft
kann die Luft mit der Wärme
des Abgases vorgeheizt werden, so daß der Katalysator durch diesen
Vorheizvorgang angeregt werden kann, um die katalytische Verbrennung durchgehend
zu stabilisieren. Darüber
hinaus kann der gesamte Mechanismus zum teilweisen Zirkulieren des
Abgases in die Luft in dem Verbrennungszylinder angeordnet sein,
so daß die
Abmessungen der katalytischen Verbrennungsvorrichtung verkleinert werden
können.
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Darüber hinaus
führt der
Kraftstoff und die Luft in der Vorgemischkammer eine Wendung in U-Form
aus, nachdem sie durch das Durchgangsloch in dem mittleren Abschnitt
des ringförmigen
Katalysators durchgetreten ist, so daß das Gemisch durch den Katalysatorkörper von
der anderen Endseite zu der einen Endseite strömt. Im Vergleich mit der katalytischen
Verbrennungsvorrichtung, die mit einer Vielzahl Durchtritte im Katalysator
zur Bildung von Schichten für
das Gas und mit Einspritzdüsen ausgestattet
ist, kann die Anzahl der Bauteile stark verringert werden, um den
Aufbau zu vereinfachen und die Herstellkosten der katalytischen
Verbrennungsvorrichtung zu verringern.
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Die
Aufgabe sowie Merkmale der Erfindung werden leichter aus der folgenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen verständlich,
die in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen zu lesen ist.
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1 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes erstes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine elektrische Regelung beim erfindungsgemäßen ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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3 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
eines Betriebs des erfindungsgemäßen ersten
Ausführungsbeispiels;
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4 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes zweites
Ausführungsbeispiel zeigt;
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5 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes drittes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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6 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes viertes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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7 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes fünftes Ausführungsbeispiel zeigt;
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8A ist
eine Querschnittsansicht, die einen wesentlichen Abschnitt einer
Kraftstoffdüse
beim fünften
Ausführungsbeispiel
zeigt, und 8B ist eine Draufsicht, die
ein erstes Plattenelement der Kraftstoffdüse zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, das die Betriebseigenschaften der in 8 gezeigten
Kraftstoffdüse zeigt;
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10A ist eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes sechstes
Ausführungsbeispiel zeigt,
und 10B ist eine Draufsicht auf
eine Ablenkplatte beim erfindungsgemäßen sechsten Ausführungsbeispiel;
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11 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes siebtes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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12 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes achtes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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13A ist eine Längsschnittansicht,
die einen Startkatalysator beim achten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
zeigt, und 13B ist eine vergrößerte Ansicht,
die einen Abschnitt des Startkatalysators zeigt;
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14 ist
ein Diagramm zur Erläuterung
eines Betriebs des erfindungsgemäßen achten
Ausführungsbeispiel;
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15 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes neuntes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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16 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes zehntes
Ausführungsbeispiel zeigt;
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17 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes elftes
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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18 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes zwölftes Ausführungsbeispiel zeigt;
und
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19 ist
eine Längsschnittansicht,
die ein erfindungsgemäßes dreizehntes
Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
nun beschrieben.
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
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In 1 ist
eine Verbrennungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels in einem Heizsystem für ein Elektrofahrzeug
eingesetzt, und eine Auf- und Abwärtsrichtung der 1 fällt mit
der Vertikalrichtung zusammen, wenn die Verbrennungsvorrichtung auf
einem Fahrzeug montiert ist. Die Verbrennungsvorrichtung 1 ist
in einer zylindrischen Form mit einer vertikalen Achse ausgebildet.
Ein Hauptkatalysatorkörper 2 ist
in der Verbrennungsvorrichtung 1 eingebaut und in einer
Ringform (oder zylindrischen Form) mit einem durchbohrten mittleren
Abschnitt ausgebildet. Ein Startkatalysatorkörper 3 ist benachbart
zu einer unteren Stirnseite des Hauptkatalysatorkörpers 2 angeordnet
und bildet hiermit einen schmalen Spalt A. Der Startkatalysator 3 ist ähnlich wie
der Hauptkatalysatorkörper 2 in
einer Ringform ausgebildet. Durchgangslöcher 2b und 3b sind
in den mittleren Abschnitten dieser Ringe ausgebildet.
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Eine
Größe des Startkatalysatorkörpers 3, d.h.
ein thermisches Volumen, ist kleiner als die des Hauptkatalysatorkörpers 2,
so daß dessen
Temperatur leichter ansteigt. Des weiteren ist zur Anregung des
Startkatalysators 3 bei einer geringen Temperatur (beispielsweise
200°C) eine
getragene Menge (d.h. das Gewichtsverhältnis des Katalysators zum Gesamtgewicht
des Katalysatorkörpers)
eines Edelmetallkatalysators (beispielsweise Pt oder Pd) größer als
die des Hauptkatalysatorkörpers 2.
Andererseits ist der schmale Spalt A zwischen dem Hauptkatalysatorkörper 2 und
dem Startkatalysatorkörper 3 beispielsweise
auf ungefähr 5 mm
gesetzt. Andererseits werden die Katalysatoren des Hauptkatalysatorkörpers 2 und
des Sturtkatalysatorkörpers 3 jeweils
durch Träger 2a und 3a in
Wabenform getragen, die aus Keramik oder dergleichen hergestellt sind.
Darüber
hinaus sind die äußeren Umfänge des Hauptkatalysatorkörpers 2 und
des Startkatalysatorkörpers 3 durch
ein (nicht gezeigtes) elastisches Element aus beispielsweise Keramik
oder Metallfasern gelagert und an der Innenwandfläche eines
Verbrennungszylinders 4 befestigt. Dieser Verbrennungszylinder 4 bildet
eine Körperform
der Verbrennungsvorrichtung 1 und ist aus einem hitzebeständigen Metall wie
beispielsweise einem rostfreien Stahl in einer zylindrischen Form
mit einem Boden ausgebildet. Eine Verbrennungskammer ist durch den
Abschnitt des Verbrennungszylinders 4 definiert, der die
Katalysatorkörper 2 und 3 unterbringt.
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Ein
Abgasmischzylinder 5 ist aus einem hitzebeständigen Metall
wie beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt und dessen Gesamtform
ist im allgemeinen zylindrisch. Der Abgasmischzylinder 5 ist durch
ein (nicht gezeigtes) elastisches Element aus beispielsweise Keramik
oder Metallfasern in den mittigen Durchgangslöchern 2b und 3b des
Hauptkatalysatorkörpers 2 und des
Startkatalysator-körpers 3 befestigt
(preßgepaßt), so
daß er
einstückig
mit den Innenumfängen
der beiden Katalysatorkörpern 2 und 3 verbunden
ist. Der Abgasmischzylinder 5 ist an seiner einen Endseite
(an einer Eintrittsseite der verbrannten Luft und des verbrannten
Kraftstoffes) mit einem Mischabschnitt 5a versehen, der
sich aus einem runden Rohrabschnitt mit einer gleichmäßigen Querschnittsfläche und
am anderen Ende mit einem Druckanstiegsabschnitt 5b zusammensetzt,
der aus einem runden Rohr zusammengesetzt ist und einen leichten
Aufweitungswinkel (beispielsweise ungefähr 5 bis 10 Grad) hat. Am Endabschnitt
der Eintrittsseite des Mischabschnitts 5a ist auch ein
zugespitzter Aufweitungsendabschnitt 5c vorgesehen.
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Eine
Hauptdüse 6 ist
in dem Verbrennungszylinder 4 und benachbart zur einen
Stirnseite des Hauptkatalysatorkörpers 2 angeordnet.
Diese Hauptdüse 6 ist
aus einem hitzebeständigen
Metall hergestellt und an ihrer unteren Endseite mit einem trichterförmigen Drosselabschnitt 6a versehen.
Die Luft zur Verbrennung und der Kraftstoff werden von dem unteren
Endabschnitt der Hauptdüse 6 in
den Abgasmischzylinder 5 eingeführt. Im vorliegenden Fall wird die
Luft zur Verbrennung durch eine Luftpumpe 7 von einem Lufteinlaß 8 in
einen Innenraum 60 der Hauptdüse 6 zugeführt.
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Andererseits
ist der Drosselabschnitt 6a der Hauptdüse 6 mit einer vorbestimmten
Länge in
den zugespitzten Aufweitungsendabschnitt 5c des Abgasmischzylinders 5 eingefügt. Zwischen
dem kegelförmigen
Aufweitungsendabschnitt 5c und dem Drosselabschnitt 6a ist
eine ringförmige
Nebendüse 6b ausgebildet.
Diese Nebendüse 6b ist
vorgesehen, um das von einer Abgaskammer 9 zirkulierende
Abgas, die um einen Außenumfang
der Hauptdüse 6 ausgebildet
ist, in den Abgasmischzylinder 5 zirkulieren zu lassen.
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Der
Innenraum 60 der Hauptdüse 6 ist
von der Abgaskammer 9 an Abschnitten getrennt, die sich
von der Öffnung
mit kleinem Durchmesser am oberen Ende des Drosselabschnitts 6a unterscheiden.
Anders ausgedrückt
dient die Hauptdüse 6 zur Unterteilung
zwischen einem Innenraum (dem Raum an der Kraftstoff/Luftzuführseite) 60 und
der Abgaskammer 9.
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Eine
Kraftstoffdüse 10 dient
zum Einsprühen von
flüssigem
Kraftstoff (beispielsweise Kerosin), der durch eine Kraftstoffpumpe 12 von
einem Kraftstoffbehälter 11 zugeführt wird,
zu einem mittleren Abschnitt des inneren Raums 60 der Hauptdüse 6.
Das heißt,
daß der
Lufteinlaß 8 von
der Luftpumpe 7 und die Kraftstoffdüse 10 in dem inneren
Raum 60 der Hauptdüse 6 münden. Bei
diesem Ausführungsbeispiel
bilden die Kraftstoffdüse 10 und
die Kraftstoffpumpe 12 eine Kraftstoffzuführeinrichtung.
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Eine
Vorgemischkammer 13 dient zum Mischen des flüssigen Kraftstoffs
und der verbrannten Luft. Diese Vorgemischkammer 13 ist
in dem Verbrennungszylinder 4 und an der anderen Seite
(an der unteren Endseite) des Hauptkatalysatorkörpers 2 und des Startkatalysatorkörpers 3 angeordnet.
Eine Kraftstoffabsorptionseinrichtung 14 in Drahtgitterform ist
aus einem hitzebeständigen
Metall hergestellt und über
einem breiten Bereich der Bodenwandinnenseite bis zu den Seitenflächen der
Vorgemischkammer 13 angeordnet. Die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 kann
nicht nur als das Element in Drahtgitterform (oder in Dochtform)
verkörpert
sein, sondern auch als geschäumtes
metallisches Element oder als ein poröses keramisches Element in
einer dünnen
Plattenform.
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In
der Vorgemischkammer 13 steht der Bodenwandabschnitt, der
der unteren Seite des Startkatalysatorkörpers 3 gegenüberliegt
in der Form eines Hügels
in ihrem mittleren Abschnitt vor, so daß das Gemisch des Kraftstoffs
und der Luft glatt strömen
kann und radial auswärts
von dem mittleren Abschnitt gelenkt wird. Der vorstehende Abschnitt
ist durch Bezugszeichen 13a gezeigt.
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Eine
elektrische Heizeinrichtung 15 ist in der Vorgemischkammer 13 angeordnet
und durch spiralförmiges
Winden einer ummantelten Heizeinrichtung aufgebaut, um den Startkatalysatorkörper 3 und
die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 beim Start zu heizen.
Verbindungsanschlüsse 15a und 15b dienen
zur Verbindung der elektrischen Heizeinrichtung 15 mit einem
externen Schaltkreis.
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Ein
Abgasauslaß 16 dient
zum Ausstoßen des
Abgases von der Abgaskammer 9 zur Außenseite. Ein Temperaturfühler (Thermistor) 17 ist
in der Abgaskammer 9 und in der Nähe des Abgasauslasses 16 angeordnet.
Ein Isolator 18 ist um den gesamten Verbrennungszylinder 4 herum
angeordnet und eine Abdeckung 19 ist darauf angeordnet.
Eine obere Endplatte 20 dient zum Abdichten von oberen
Endöffnungen
des Verbrennungszylinders 4 und der Abdeckung 19 und
die Kraftstoffdüse 10 und
der Lufteinlaß 8 sind
an der oberen Endplatte 20 angebaut.
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Das
aus dem Abgasauslaß 16 ausgestoßene Abgas
wird zu einem (nicht gezeigten) Wärmetauscher geleitet, indem
ein Wärmeaustausch
zwischen dem Abgas und dem Wasser (als Heizmedium) ausgeführt wird,
um das Wasser aufzuheizen. Das aufgeheizte Heißwasser wird in den Heizkern
einer Klimaanlage gepumpt, so daß die Luft durch den Heizkern
aufgeheizt wird, um eine Fahrgastzelle des Fahrzeuges zu heizen.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine elektrische Regelung des ersten Ausführungsbeispieles zeigt.
Eine Regeleinheit 21 dient zur Regelung der zuvor erwähnten elektrischen
Vorrichtungen 7, 12 und 15 in der Verbrennungsvorrichtung
und Bezugszeichen 22 bezeichnet einen Betätigungsschalter
der Verbrennungsvorrichtung 1.
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Ein
Betrieb des zuvor beschriebenen Aufbaus wird nun beschrieben. Wenn
der Betätigungsschalter 22 AN-geschaltet
wird, wird zunächst
die elektrische Heizeinrichtung 15 unter Strom gesetzt, so
daß der
Startkatalysartorkörper 3 und
die Kraftstoff absorptionsvorrichtung 14 durch die Hitze
der elektrischen Heizeinrichtung 15 vorgeheizt werden. Wenn
eine vorbestimmte Zeitspanne t1 (wie in 3 gezeigt
ist) verstrichen ist, nachdem der Betätigungsschalter 22 AN-geschaltet
worden ist, werden die Luftpumpe 7 und die Kraftstoffpumpe 12 unter
Verwendung des Zeitgebers in der Regeleinheit 21 unter Strom
gesetzt, so daß die
Zufuhr der Luft zur Verbrennung und des Kraftstoffes gestartet wird.
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Zunächst werden
die Mengen der Luft zur Verbrennung und des zuzuführenden
Kraftstoffes herabgedrückt
(auf beispielsweise ungefähr
ein Zehntel der Menge bei der stärksten
Verbrennung), indem die Drehzahlen der beiden Pumpen 7 und 12 mit
Hilfe der Regeleinheit 21 abgesenkt werden. Wenn von Anfang
an eine große
Luftmenge zur Verbrennung strömen
würde,
würden
der Startkatalysatorkörper 3 und
die Kraftstoffabsorptionsvorrich-tung 14 gekühlt werden
und die katalytische Reaktion würde
nicht auftreten.
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Der
flüssige
Kraftstoff wird aus der Kraftstoffdüse 10 in den mittleren
Abschnitt des Innenraums 60 der Hauptdüse 6 eingesprüht, während die
Luft zur Verbrennung durch den Lufteinlaß 8 in den Innenraum 60 der
Hauptdüse 6 zugeführt wird.
Der von der Düse 10 eingesprühte flüssige Kraftstoff
wird nach unten in den Abgasmischzylinder 5 eingespritzt
und auf der Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 in der Vorgemischkammer 13 zerstäubt, so
daß der
Kraftstoff mit der Luft zur Verbrennung vermischt wird. Die Richtung
des Gemisches wird umgedreht (d.h. sie macht eine Wende in U-Form)
in der Vorgemischkammer 13, um nach oben in den Startkatalysatorkörper 3 zu
strömen,
und reagiert zur Verbrennung im Startkatalysatorkörper 3.
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Der
Hauptkatalysatorkörper 2 wird
allmählich durch
die Strahlung und das Reaktionsgas mit hoher Temperatur vom Startkatalysatorkörper 3 aufgeheizt. Wenn
eine vorbestimmte Zeitspanne t2 verstrichen ist, wie in 3 angedeutet
ist, seitdem die Zu fuhr des Kraftstoffs und der Luft gestartet worden
ist, oder wenn die erfaßte
Temperatur des Temperaturfühlers 17,
der in der Abgaskammer 9 angeordnet ist, einen vorbestimmten
Wert T1 erreicht (beispielsweise ungefähr 300°C für den Fall der Verwendung von
Kerosinkraftstoff), wird darüber
hinaus die Drehzahl der beiden Pumpen 7 und 12 allmählich durch
die Regeleinheit 21 erhöht,
so daß die
Verbrennungsmenge ansteigt. Das in dem Startkatalysatorkörper 3 und dem
Haupt-katalysatorkörper 2 ansteigende
Gas strömt
in die Abgaskammer 9 und wird durch den Abgasauslaß 16 zur
Außenseite
ausgestoßen.
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Wenn
die erfaßte
Temperatur des Temperaturfühlers 17 ein
zweites vorbestimmtes Niveau T2 erreicht (beispielsweise ungefähr 500°C im Fall
der Verwendung von Kerosinkraftstoff), wird bestimmt, daß der Hauptkatalysatorkörper 2 angeregt
worden ist, so daß die
Zufuhr von elektrischem Strom zu der elektrischen Heizeinrichtung 15 durch
die Regeleinheit 21 abgestellt wird. Von diesem Zeitpunkt
an verschiebt sich die Verbrennung in eine stabile Betriebsart.
Anstelle der Bestimmung, daß die
erfaßte
Temperatur des Temperaturfühlers 17 größer als
die vorbestimmte Temperatur T2 ist, kann eine vorbestimmte Zeitspanne
t3, wie in 3 angedeutet ist, durch einen
Zeitgeber gesetzt werden, so daß die
Zufuhr von elektrischem Strom zu der elektrischen Heizeinrichtung 15 ansprechend
auf das Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne t3 abgestellt
werden kann.
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Bei
der zuvor beschriebenen stabilen Verbrennung wird die Luft zur Verbrennung
beschleunigt und von dem Drosselabschnitt 6a der Hauptdrossel 6 in
den Mischabschnitt 5a mit einer gleichmäßigen Querschnittsfläche des
Abgasmischzylinders 5 eingespritzt. Durch die Einspritzwirkung
des beschleunigten Verbrennungsluftstroms wird die Umgebung der
Nebendüse 6b entspannt,
so daß ein
Teil des Abgases in der Abgaskammer 9 in den Abgasmischzylinder 5 durch
die Nebendüse 6b zirkuliert.
In diesem Fall ist der Abgasmischzylinder 5 an einer stromabwärtigen Seite
des Mischabschnitts 5a mit einem Druckan-stiegsabschnitt 5b ausgestattet,
der aus einem runden Rohr mit einem leichten Aufweitungswinkel hergestellt
ist, so daß das
Gemisch der Luft zur Verbrennung und des Kraftstoffes wieder Druck aufnimmt,
während
es durch den Druckanstiegsabschnitt 5b tritt, indem eine
Geschwindigkeitskomponente in Druck umgewandelt wird.
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Bei
der Verbrennungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels, das zuvor
beschrieben ist, kann durch Rezirkulieren eines Teils des Abgases der
Abgaskammer in die Luft zur Verbrennung eine derartige Luft zur
Verbrennung durch das Abgas mit hoher Temperatur vorgeheizt werden,
um eine Anregung der Katalysatoren 2 und 3 aufrechtzuerhalten, so
daß die
katalytische Verbrennung zufriedenstellend fortgesetzt werden kann.
Darüber
hinaus ist die Hauptdüse 6,
der die Luft zur Verbrennung zuzuführen ist, in dem mittleren
Abschnitt der Abgaskammer 9 angeordnet, so daß die Luft
zur Verbrennung und der Abgasstrom als Gegenströme innerhalb und außerhalb
der Hauptdüse 6 vorliegen.
Daher kann mithilfe der Wärmeleitung
durch die Hauptdüse
(als Teilungselement) 6, die aus Metall hergestellt ist,
die Luft zur Verbrennung durch das Abgas vorgeheizt werden, so daß die Vorheizwirkung
weiter verbessert ist.
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Zum
Abschalten der Verbrennung wird der Betätigungsschalter 22 AUS-geschaltet.
Ansprechend auf das AUS-Schalten stoppt die Regeleinheit 21 sofort
die Kraftstoffpumpe 12; sie ermöglicht aber, daß die Luftpumpe 7 noch
eine vorbestimmte Zeitspanne t4 weiter arbeitet, so daß der in
dem Verbrennungszylinder 4 verbleibende Kraftstoff ausgebrannt wird
und der Verbrennungszylinder 4 abkühlt (Nachentleerungsvorgang).
Nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeitspanne t4 werden alle
Bauteile gestoppt, indem die Luftpumpe 7 gestoppt wird.
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Da
gemäß dem zuvor
beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel
der Kraftstoff zugeführt
wird oder gestoppt wird, während
die Katalysatorkörper 2 und 3 angeregt
sind, werden zum Zeitpunkt der Zündung
oder des Auslöschens
kaum Schadstoffe ausgestoßen,
so daß eine
saubere Verbrennung erreicht werden kann. Zum Startzeitpunkt werden
der Kraftstoff und der Katalysator wirkungsvoll durch die einzige
elektrische Heizeinrichtung 15 vorgeheizt, die in der Vorgemischkammer 13 angeordnet
ist. Während der
stabilen Verbrennung wird das Rezirkulieren des Abgases zum Vorheizen
der Luft zur Verbrennung genutzt, so daß eine hoch wirkungsvolle Verbrennung
erreicht werden kann, ohne daß eine
elektrische Heizeinrichtung verwendet werden muß, und womit elektrischer Strom
eingespart wird.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Beim
ersten Ausführungsbeispiel
ist an einer Endseite der Katalysatorkörper 2 und 3 die
Hauptdüse 6 zum
Einspritzen der Luft zur Verbrennung an dem mittleren Abschnitt
des Verbrennungszylinders 4 angeordnet, und die zweite
Hauptdüse 6b zum
Zirkulieren des Abgases durch die Einspritzwirkung ist um die Hauptdüse 6 herum
ausgebildet. Im Gegensatz dazu ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
die Hauptdüse 6 und
die Nebendüse 6b in
umgekehrten Positionen angeordnet, d.h. die Nebendüse 6b ist
in dem mittleren Bereich angeordnet, während die Hauptdüse 6 in
einer Ringform um die Nebendüse 6b herum
angeordnet ist.
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Genauer
gesagt ist beim zweiten Ausführungsbeispiel
eine Luftkammer 23 für
die Luft zur Verbrennung ausgebildet, die von der Abgaskammer 9 geteilt
ist, und die Luftkammer 23 ist mit dem Lufteinlaß 8 verbunden,
so daß die
Luft zur Verbrennung darin eingeführt wird. Die eingeführte Luft
wird in den Abgasmischzylinder 5 von der ringförmigen Hauptdüse 6 eingespritzt.
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Andererseits
ist die Nebendüse 6b an
einem mittleren Abschnitt der Hauptdüse 6 ausgebildet und deren
Innenseite wird nur der flüssige
Kraftstoff zugeführt,
so wie er von der Kraftstoffdüse 10 eingesprüht wird,
aber ohne Luft zur Verbrennung. Der innere Raum der Nebendüse 6b ist
vollständig
an seinem oberen Abschnitt zur Abgaskammer 9 geöffnet.
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Durch
die Einspritzwirkung, mit der die Luft zur Verbrennung von der Hauptdüse 6 eingespritzt wird,
wird der obere Endabschnitt der Nebendüse 6b entspannt, so
daß das
Abgas in der Abgaskammer 9 teilweise in den Abgasmischzylinder 5 durch
die Nebendüse 6b zirkuliert
wird.
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Gemäß dem Rufbau
des zweiten Ausführungsbeispiels
kann die von dem Lufteinlaß 8 zugeführte Luft
zur Verbrennung in einem weiten Wärmetauschbereich (Wärmeleitbereich)
vorgeheizt werden, bevor sie in den Abgasmischzylinder 5 eintritt, indem
das Abgas um den inneren und äußeren Umfang
der Luftkammer 23 für
Luft zur Verbrennung strömt.
Folglich kann die Luft zur Verbrennung wirkungsvoll vorgeheizt werden.
Die anderen Wirkungen, die ähnlich
denen des ersten Ausführungsbeispiels
sind, können
ebenso erzielt werden.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5 beschrieben.
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Die
Aufgabe des dritten Ausführungsbeispiels
liegt in der Verbesserung des Startvermögens der Verbrennung bei einer
niederen Temperatur gegenüber
dem ersten Ausführungsbeispiel.
Daher ist beim dritten Ausführungsbeispiel
eine elektrische Hilfsheizeinrichtung 24, die aus einer
PTC-Heizeinrichtung (Kaltleiterheizeinrichtung) hergestellt ist,
spiralförmig
in dem Innenraum 60 der Hauptdüse 6 angeordnet, wie
in 5 gezeigt ist. Folglich wird bei einem Kaltstart
in extrem kalten Gegenden auch die elektrische Hilfsheizeinrichtung 24 gleichzeitig
zur elektrischen Heizeinrichtung 15 unter Strom gesetzt, so
daß die
Wirkung beim Vorheizen der Luft zur Verbrennung verbessert werden
kann, um die Verbrennung zu stabilisieren.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 6 beschrieben.
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In
jedem der vorstehend erwähnten
Ausführungsbeispiele
eins bis drei sind die Katalysatoren der Katalysatorkörper 2 und 3 in
Trägern 2a und 3a in Wabenform
getragen. Im Gegensatz dazu sind beim vierten Ausführungsbeispiel
zahlreiche Granulatpartikelkatalysatorkörper 2 und 3 in
einem hohlen doppelschichtigen zylindrischen Körper 25 derart angeordnet,
daß diese
Katalysatorkörper 2 und 3 in
dem doppelschichtigen zylindrischen Körper 25 durch ein Stützelement 26 gehalten
sind, das aus einem Drahtgitter hergestellt ist. Die vorliegende
Erfindung kann mit diesem Aufbau verkörpert werden.
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Ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben.
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Bei
jedem der vorangehenden Ausführungsbeispiele
eins bis vier wird der flüssige
Kraftstoff von der Kraftstoffdüse 10 zu
der Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 in die Vorgemischkammer 13 eingesprüht, so daß der Kraftstoff
vollständig
in der Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 zerstäubt wird.
Wenn sich die Verbrennung in den stabilen Zustand verschiebt, um
die Verbrennungsmenge (die Kraftstoffströmungsmenge) zu erhöhen, kann
das Zerstäubungsvermögen zur
Zerstäubung
des gesamten Kraftstoffes durch die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 unzureichend
sein und die Kraftstoffzerstäubung
kann sich verschlechtern.
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Angesichts
dieses Problems liegt die Aufgabe des fünften Ausführungsbeispiels in der Verbesserung
des Zerstäubungsvermögens des
flüssigen Kraftstoffes
selbst bei der maximalen Verbrennungsmenge, indem die Hitze des
Abschnittes mit hoher Temperatur in der Verbrennungsvorrichtung
wirkungsvoll eingesetzt wird. Insbesondere ist beim fünften Ausführungsbeispiel,
wie in 8 gezeigt ist, eine Kraftstoffdüse in Verwirbelungsbauart
als die Kraftstoffdüse 10 eingesetzt.
Die Kraftstoffdüse 10 in Verwirbelungsbauart
hat ein rohrförmiges
Gehäuse 10a,
das aus einem hitzebeständigem
Metall wie beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt ist. Ein Sprühloch 10b mit
einer sich aufweitenden Form öffnet
sich an einem oberen Endabschnitt.
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Im
oberen Endabschnitt des Gehäuses 10a sind
ein erstes und zweites plattenförmiges
Element 10c und 10d schichtweise von der stromaufwärtigen Seite
zur stromabwärtigen
Seite des Kraftstofflusses und an der inneren Wandfläche des
Gehäuses 10a befestigt
angeordnet. Eine kreisförmige
Verwirbelungskammer 10e ist zwischen den beiden plattenförmigen Elementen 10c und 10d ausgebildet.
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Das
erste plattenförmige
Element 10c, das an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist,
ist in einer ebenen Form mit zwei parallelen abgeflachten Seitenflächenabschnitten 10f ausgebildet,
wie in 8B gezeigt ist, um einen Raum,
in den der Kraftstoff strömt,
zwischen den abgeflachten Seitenflächenabschnitten 10f und
der Innenwandfläche
des Gehäuses 10a auszubilden.
In dem ersten plattenförmigen
Element 10c sind des weiteren zwei Kraftstoffeinführungsbohrungen 10g an
symmetrischen Positionen um 180 Grad versetzt ausgebildet, so daß eine Verbindung
zwischen den abgeflachten Seitenflächenabschnitten 10f und
der kreisförmigen
Verwirbelungskammer 10e hergestellt ist.
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Diese
Kraftstoffeinführbohrungen 10g münden tangential
in der kreisförmigen
Verwirbelungskammer 10e, so daß der Kraftstoff von den abgeflachten
Seitenflächenabschnitten 10f tangential
in die kreisförmige
Verwirbelungskammer 10e eingeführt werden kann, um einen Verwirbelungsstrom
zu bilden.
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Andererseits
hat das zweite plattenförmige Element 10d eine
keglige Fläche 10h,
die die Querschnittsfläche
der kreisförmigen
Verwirbelungskammer 10e allmählich verringert. Eine Drosselbohrung 10i ist
in dem oberen Endabschnitt der kegligen Fläche 10h ausgebildet.
Die beiden plattenförmigen
Elemente 10c und 10d, die zuvor beschrieben sind,
sind vorzugs-weise aus Messing hergestellt, das einfach zu bearbeiten
ist.
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In
der Kraftstoffdüse 10 in
Verwirbelungsbauart mit dem vorstehend genannten Aufbau hängt die Verwirbelungskraft
des Kraftstoffes in der kreisförmigen
Verwirbelungskammer 10e von der Kraftstoffströmungsmenge
ab, so daß die
Kraftstoffdüse 10 die
Eigenschaften hat, gemäß denen
der Kraftstoffsprühwinkel
mit der Kraftstoffströmungsmenge
ansteigt.
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Über die
gesamte Länge
des Druckanstiegsabschnitts 5b von der Mitte des Mischabschnitts 5a des
Abgasmischzylinders 5 an ist eine Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 in
dem Innenumfang des Abgasmischzylinders 5 angeordnet und
damit verbunden. Die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 kann aus
einem Element in Drahtgitterform aus einem hitzebeständigen Metall ähnlich wie
die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 in der Vorgemischkammer 13 hergestellt
sein.
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Wenn
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
die Verbrennungsmenge (die Kraftstoffströmungsmenge) gering ist, wie
zum Verbren- nungsstartzeitpunkt, ist die Verwirbelungskraft des
Kraftstoffes in der Kraftstoffdüse 10 in
Verwirbelungsbauart gering, so daß der Kraftstoffsprühwinkel
einen Wert annimmt, der so gering wie ungefähr 10 Grad ist. Folglich tritt
der aus der Kraftstoffdüse 10 ausgesprühte Kraftstoff
durch die Innenseite des Abgasmischzylinders 5, ohne daß er durch
die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 des Abgasmischzylinders 5 absorbiert
wird, wie durch die Zwei-Punkt-Strichlinien in 7 angedeutet
ist, und erreicht die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 in
der Vorgemischkammer 13, so daß der Kraftstoff in der Kraftstoffaborptionsvorrichtung 14 durch
die Hitze der elektrischen Heizeinrichtung 15 zerstäubt wird.
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Da
die Kraftstoffströmungsmenge
zu diesem Zeitpunkt gering ist, kann der Kraftstoff zufriedenstellend
nur durch die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 zerstäubt werden.
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Wenn
sich die Verbrennung zum stabilen Betrieb verschiebt, um die Verbrennungsmenge
(die Kraftstoffströmungsmenge)
zu steigern, steigt die Verwirbelungskraft des Kraftstoffes in der
Kraftstoffdüse 10 in
Verwirbelungsbauart an, so daß der
Kraftstoffsprühwinkel
ansteigt, um einen Wert anzunehmen, der so groß wie ungefähr 40 Grad bei der maximalen
Verbrennung ist.
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Da
der Kraftstoffsprühwinkel
der Kraftstoffdüse 10 ansteigt,
kommt ein Teil des von der Kraftstoffdüse 10 eingesprühten Kraftstoffes
in Kontakt mit (wie durch die strichlierten Linien C in 7 angedeutet
ist) der Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 in dem Abgasmischzylinder 5 und
wird dort absorbiert. Die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 wird durch
die Wärme
aufgeheizt, die von den Katalysatorkörpern 2 und 3 mit
hoher Temperatur durch die metallische Wandfläche des Abgasmischzylinders 5 übertragen
wird, so daß der
Kraftstoff zufriedenstellend in der Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 zerstäubt wird.
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Im
Vergleich mit den Ausführungsbeispielen eins
bis vier, bei denen der Kraftstoff nur durch die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 in
der Vorgemischkammer 13 absorbiert wird, kann gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
der eingesprühte
Kraftstoff sowohl in die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 als
auch die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 zerstreut
werden. Gleichzeitig kann die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 auf
eine hohe Temperatur durch die von den Katalysatorkörpern 2 und 3 übertragene
Hitze aufgeheizt werden, so daß der
Kraftstoff zufriedenstellend selbst bei maximaler Verbrennung zerstäubt werden
kann. Folglich kann der Verbrennungszustand zufriedenstellend vom
Startzeitpunkt bis zum Zeitpunkt bei maximaler Verbrennung aufrechterhalten
werden.
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Ein
sechstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 10A beschrieben.
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Das
sechste Ausführungsbeispiel
ist eine Abwandlung des zuvor erwähnten fünften Ausführungsbeispiels. Insbesondere
setzt das fünfte
Ausführungsbeispiel
die Kraftstoffdüse 10 in
Verwirbelungsbauart mit den Eigenschaften ein, gemäß denen
der Kraftstoffsprühwinkel
mit der Kraftstoffströmungsmenge
ansteigt. Beim sechsten Ausführungsbeispiel
ist im Gegensatz dazu die Kraftstoffdüse 10 in Verwirbelungsbauart
durch eine Kraftstoffdüse 10 ersetzt,
die ähnlich
wie diejenigen der vorgenannten Auführungsbeispiele eins bis vier
ist. Insbesondere ist die Kraftstoffdüse 10 in der Bauart,
dergemäß die Düse zum Einsprühen des
Kraftstoffes geöffnet
wird, wenn der Druck des von der Kraftstoffpumpe 9 zugeführten Kraftstoffes
einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Bei der Kraftstoffdüse 10 dieser
Bauart ist der Kraftstoffsprühwinkel
unbeachtlich eines Anstiegs oder Abfalls der Kraftstoffströmungsmenge
im wesentlichen konstant.
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Beim
sechsten Ausführungsbeispiel
ist daher die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 in dem Abgasmischzylinder 5,
angeordnet und zusätzlich
ist eine Ablenkplatte 28 zum Ablenken der Kraftstoffströmung vorgesehen.
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Diese
Ablenkplatte 28 ist aus einem hitzebeständigen Metall wie beispielsweise
rostfreiem Stahl hergestellt und hat einen kreisförmigen Ringabschnitt 28a mit
einem Außendurchmesser,
der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Abgasmischzylinders 5 ist,
wie in der Draufsicht der 10B gezeigt
ist. Eine Vielzahl von radialen Armabschnitten 28b innerhalb
des kreisförmigen Ringabschnitts 28a und
ein kegliger Abschnitt 28c im mittleren Abschnitt der radialen
Armabschnitte 28b sind vorgesehen. Der obere Abschnitt
des kegligen Abschnitts 28c ist so angeordnet, daß er der
stromaufwärtigen
Seite der Kraftstoffströmung
in dem Abgasmischzylinder 5 gegenüberliegt. Bei dem in 10A gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ablenk platte 28 in
dem Abgasmischzylinder 5 und in der Nähe des stromaufwärtigen Endes
des Druckanstiegsabschnitts 5b angeordnet und mit der Innenwandfläche des
Abgasmischzylinders 5 verbunden.
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Gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel kommt
der aus der Kraftstoffdüse 10 in
den Abgasmischzylinder 5 eingesprühte Kraftstoff mit der Ablenkplatte 28 in
Kontakt. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Kraftstoffströmungsmenge
so gering ist wie beim Startzeitpunkt, ist die Kraftstoffsprühgeschwindigkeit so
gering, daß das
Meiste des Kraftstoffes, das mit der Ablenkplatte 28 in
Kontakt gekommen ist und daran anhaftet, durch seine eigene Schwerkraft
abtropft. Folglich erreicht das Meiste des von der Kraftstoffdüse 10 eingesprühten Kraftstoffes
die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 in der Vorgemischkammer 13,
so daß der
Kraftstoff darin zerstäubt
wird.
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Wenn
die Kraftstoffströmungsmenge
so groß wie
bei der maximalen Verbrennung ist, ist die Kraftstoffsprühgeschwindigkeit
so hoch, daß ein
Teil des von der Kraftstoffdüse 10 eingesprühten Kraftstoffes mit
der Ablenkplatte 28 zusammenstößt und daran abprallt. Der
Kraftstoff wird nach seinem Zusammenstoß durch die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 in dem
Abgasmischzylinder 5 absorbiert und darin zerstäubt. Wenn
eine Kraftstoffströmungsmenge
groß ist,
kann, da der eingesprühte
Kraftstoff sowohl auf die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 als
auch die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 zerstreut
wird und dort zerstäubt
wird, der Kraftstoff zufriedenstellend zerstäubt werden, um einen zufriedenstellenden Verbrennungszustand
selbst bei maximaler Verbrennung aufrechtzuerhalten.
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Ein
siebtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben.
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Wie
in 11 gezeigt ist, ist beim siebten Ausführungsbeispiel
der Abgasmischzylinder 5 des fünften Ausführungsbei spiels nicht eingesetzt,
und ein zylindrischer Abstandshalter A' ist schichtweise (in einem winzigen
Spalt A) zwischen den Hauptkatalysatorkörper 2 und den Startkatalysatorkörper 3 in einer
Richtung angeordnet, daß jedes
Paar der Durchgangslöcher 2b und 3b verbunden
sind. Das Abgas mischt sich mit der Luft zur Verbrennung durch die
Durchgangslöcher 2b und 3b der
Katalysatorkörper 2 und 3.
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In
diesem Fall kann sich der Wirkungsgrad der Rezirkulation des Abgases
in die Luft zur Verbrennung verschlechtern, aber der Aufbau kann
vereinfacht werden, indem der Abgasmischzylinder 5 weggelassen
wird. Gleichzeitig kann der Kraftstoff direkt auf die Innenwandflächen der
Katalysatorkörper 2 und 3 aufgesprüht werden,
die durch die Verbrennung auf eine hohe Temperatur aufgeheizt sind,
um das Zerstäuben
des Kraftstoffes zu verbessern. In diesem Fall ist die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 an
den Innenwandflächen
des Hauptkatalysatorkörpers 2 angebracht
und der Kraftstoff kann zuverlässig
an der Innenwandfläche
des Hauptkatalysatorkörpers 2 gehalten
werden, um das Zerstäuben
des Kraftstoffes weiter zu verbessern.
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Ähnlich wie
beim fünften
Ausführungsbeispiel
kann der Abgasmischzylinder 5 selbst bei den Ausführungsbeispielen
eins bis vier und beim sechsten Ausführungsbeispiel weggelassen
werden.
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Ein
achtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
eins bis sieben ist die elektrische Heizeinrichtung 15 in
der Vorgemischkammer 13 angeordnet und der Startkatalysatorkörper 3 mit
einer geringen Wärmekapazität ist so
angeordnet, daß er
der Vorgemischkammer 13 gegenüberliegt, so daß das Startvermögen der
katalytischen Verbrennung bei einer geringen Temperatur durch ein
Vorheizen des Startkatalysatorkörpers 3 mit
Hilfe der Strahlung der elektrischen Heizeinrichtung 15 verbessert
ist. Im Gegensatz dazu ist beim achten Ausführungsbeispiel ein elektrisch
leitender Startkatalysatorkörper 30,
wie in 12 gezeigt ist, anstelle der
zuvor erwähnten
elektrischen Heizeinrichtung 15 und des Startkatalysatorkörpers 3 eingesetzt.
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Wie
in 12 gezeigt ist, ist der elektrisch leitende Startkatalysatorkörper 30 zwischen
den Hauptkatalysatorkörper 2 und
die Vorgemischkammer 13 zwischengesetzt, um einen kleinen
Spalt A gegenüber
dem Hauptkatalysatorkörper 2 auszubilden.
Der Startkatalysatorkörper 30 ist
derart aufgebaut, wie in 13B gezeigt
ist, daß ein
Träger 30A ausgebildet
wird, indem ebene Platten 30b und eine wellige Platte 30c schichtweise
aufeinander angeordnet werden, die aus metallischen dünnen Platten aus
rostfreiem Stahl (SUS 430 mit einer Dicke von 0,05 mm)
hergestellt sind, wobei ein Katalysator auf dem Träger 30a getragen
ist. Der Träger 30a ist
in vielen Wicklungen gewickelt, wodurch der im allgemeinen in eine
wabenförmige
Scheibenform geformt ist.
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Der
auf dem Träger 30a zu
tragende Katalysator kann beispielsweise Pt sein und dessen getragene
Menge (d.h. ein Verhältnis
des Katalysatorgewichts gegenüber
dem Gesamtgewicht des Katalysatorkörpers) beträgt ungefähr 0,5 Gew.-%.
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Wie
in 13A gezeigt ist, ist ein Anschluß 30d einer
positiven Elektrode an dem mittleren Abschnitt des Startkatalysatorkörpers 30 angeordnet und
ein Anschluß 30e einer
negativen Elektrode ist an dem Außenumfangsabschnitt angeordnet,
so daß der
Startkatalysatorkörper 30 unter
Strom setzbar ist, indem eine Spannung zwischen diesen beiden Elektrodenanschlüssen 30d und 30e angelegt
wird. Beim achten Ausführungsbeispiel
erstrecken sich die unteren Endabschnitte des Abgasmischzylinders 5 und der
Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 so weit, daß sie an
dem oberen Flächenabschnitt
des Startkatalysatorkörpers 30 anliegen,
so daß das
Gemisch aus dem Kraftstoff und der Luft, das durch den Abgasmischzylinder 5 tritt,
mit Sicherheit durch den Startkatalysatorkörper 30 tritt.
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Beim
achten Ausführungsbeispiel
ist das Größenverhältnis zwischen
dem Hauptkatalysatorkörper 2 und
dem Startkatalysatorkörper 30 gleich
5 : 1 und der schmale Spalt A wird auf ungefähr 5 mm gesetzt. Der andere
Aufbau ist ähnlich
wie der der Ausführungsbeispiele
eins bis sieben.
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Ein
Betrieb des achten Ausführungsbeispiels wird
nun beschrieben. Wenn der in 2 gezeigte Betätigungsschalter 22 AN-geschaltet wird,
wird der elektrische Strom von einer (nicht gezeigten) Stromquelle
dem elektrisch leitenden Startkatalysatorkörper 30 durch die
beiden Elektrodenanschlüsse 30d und 30e zugeführt. Die
verbrauchte Menge an elektrischem Strom des Startkatalysatorkörpers 30 wird beispielsweise
auf einen Wert von ungefähr
300 bis 400 W eingestellt. Durch das Unter-Strom-Setzen wirkt der Startkatalysatorkörper 30 als
ein elektrisches Heizelement durch seinen elektrischen Widerstand,
so daß der
auf dem Träger 30a und 30c getragene
Katalysator direkt und sofort aufgeheizt werden kann.
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Gleichzeitig
kann der Hauptkatalysatorkörper 2 und
die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 durch die Strahlung
von dem Startkatalysatorkörper 30 vorgeheizt
werden.
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Wenn
eine vorbestimmte Zeitspanne t1 verstrichen ist, seitdem der Betätigungsschalter 22 AN-geschaltet
ist, wie in 14 gezeigt ist, werden die Luftpumpe 7 und
die Kraftstoffpumpe 12 gestartet, um die Luft zur Verbrennung
und den Kraftstoff zuzuführen.
Die Zuführmenge
der Luft zur Verbrennung und des Kraftstoffs sind zunächst gering
und werden dann schrittweise mit dem Verstreichen der Zeitperioden
t2, t3 und t3' aufeinanderfolgend
erhöht. Wenn
die durch den Temperaturfühler 17 erfaßte Temperatur
das vorbestimmte Niveau T2 erreicht, wird bestimmt, daß der Katalysator
einen angeregten Zustand angenommen hat, und die elektrische Stromzufuhr
zu dem Startkatalysatorkörper 30 wird unterbrochen.
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Gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel dient
der metallische Katalysatorträger 30a des
Startkatalysatorkörpers 30 als
das elektrische Heizelement durch seinen elektrischen Widerstand,
so daß der
auf dem Träger 30a getragene
Katalysator direkt aufgeheizt werden kann. Im Vergleich mit den
Ausführungsbeispielen
eins bis sieben, bei denen der Startkatalysatorkörper 3 durch die Strahlung
von der elektrischen Heizeinrichtung 15 vorgeheizt wird, kann
die Vorheizwirkung des Katalysators verbessert werden und der elektrische
Stromverbrauch kann durch die Verbesserung der Vorheizwirkung eingespart
werden.
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Zusammen
mit der Verbesserung der Vorheizwirkung des Startkatalysatorkörpers 30 können auch
die Vorheizwirkungen des Hauptkatalysatorkörpers 2 und der Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 verbessert
werden. Selbst bei einer geringen Temperatur kann die Verbrennungsanstiegzeit
durch die Kombination der frühen
Anregung des Katalysators und die Unterstützung der Zerstäubung des
Kraftstoffes in der Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 verkürzt werden.
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Durch
Weglassen der elektrischen Heizeinrichtung 15 kann die
Gesamtabmessung der Verbrennungsvorrichtung verringert werden und
der Aufbau vereinfacht werden, um die Kosten zu senken.
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Der
Katalysatorträger 30a des
Startkatalysatorkörpers 30 kann
anstelle des hitzebeständigen Metalls
wie beispielsweise rostfreiem Stahl aus Keramikwerkstoffen hergestellt
sein, die hauptsächlich aus
elektrisch leitenden Silikonkohlenstoffen zusammengesetzt sind.
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Darüber hinaus
ist der Startkatalysatorkörper 30 zwar
in Scheibenform ausgebildet, er kann jedoch auch in Ringform mit
einem Mittenloch ausgebildet sein, das einen Innendurchmesser hat, der
gleich dem des Hauptkatalysatorkörpers 2 ist.
Im Falle der Ringform wird der Kraftstoff anders als im Fall der Scheibenform
durch das mittlere Loch des Startkatalysatorkörpers 30 hindurchtreten
und die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 14 erreichen,
so daß die
Kraftstoffheizwirkung durch den Startkatalysatorkörper 30 zum
Verbrennungsstartzeitpunkt abgesenkt wird, um das Zerstäuben des
Kraftstoffes zu verschlechtern. Stattdessen kann jedoch das Vorhandensein
des Mittenlochs des Startkatalysatorkörpers 30 den Druckverlust
des Gemisches aus dem Kraftstoff und der Luft verringern, so daß die Strömungsmenge
des zu rezirkulierenden Abgases gesteigert werden kann. Wenn der
Kraftstoff leicht zerstäubbar
ist, wie beispielsweise Benzin, kann folglich die Wirkung zum Vorheizen
der Luft zur Verbrennung durch das rezirkulierte Abgas vorteilhaft
verbessert werden, um den Katalysator früh anzuregen.
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Wie
in 8 gezeigt ist, kann selbst beim achten
Ausführungsbeispiel
die Kraftstoffdüse 10 in Verwirbelungsbauart
eingesetzt werden und der Abgasmischzylinder 5 kann weggelassen
werden, so daß der
Kraftstoff direkt auf die Innenumfangswand des Hauptkatalysatorkörpers 2 zu
einem Zeitpunkt der stabilen Verbrennung aufgesprüht werden
kann, der auf eine hohe Temperatur aufgeheizt worden ist.
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Ein
neuntes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 15 beschrieben.
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In 15 ist
der Hauptkatalysatorkörper 2 des
vorstehend erwähnten
achten Ausführungsbeispiels
in der Strömungsrichtung
der Luft zur Verbrennung (in der vertikalen Richtung der Zeichnung)
in eine Vielzahl von beispielsweise drei Blöcken 201, 202 und 203 aufgeteilt.
Darüber
hinaus ist die Anregungstemperatur des Katalysators im Verlauf zur strömungsaufwärtigeren
Seite (d.h. für
den Block, der näher
an der Vorgemischkammer 13 liegt) bezüglich des Luftstroms zur Verbrennung
niedriger gesetzt, d.h. je näher
sie am Block 201 vom Block 203 liegt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Menge des getragenen Katalysators (d.h. das Verhältnis des
Katalysatorgewichts gegenüber
dem Gesamtgewicht des Katalysatorkörpers) so gesetzt, daß sie im Verlauf
von dem Block 203 zum Block 201 größer wird.
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Insbesondere
ist die Menge des Katalysators für
den Block 203 auf 0,5 Gew.-%, für den Block 202 auf
1,0 Gew.-% und für
den Block 201 auf 1,5 Gew.-% gesetzt. Folglich kann der
Block 201, der bezüglich
der Strömung
der Luft zur Verbrennung stromaufwärtiger angeordnet ist, bei
einer geringeren Temperatur angeregt werden. Gemäß vorbereitenden Versuchen
unter Verwendung von Propylengas war die Katalysatoranregungstemperatur
180°C bei 1,5
Gew.-% Pt, 200°C
bei 1,0 Gew.-% Pt und 250°C bei
0,5 Gew.-% Pt.
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Folglich
kann beim strömungsaufwärtigen Block 201 des
Hauptkatalysatorkörpers 2 der
Katalysator unmittelbar nach dem Start der elektrischen Stromzufuhr
zu dem Startkatalysatorkörper 30 aktiviert
werden, so daß die
Kraftstoffströmungsmenge entsprechend
früh gesteigert
werden kann, um den Anregungsbereich des Hauptkatalysatorkörpers 2 schnell
auszuweiten.
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Folglich
kann gemäß dem neunten
Ausführungsbeispiel
die Verbrennungsmenge früher
auf den Maximalwert als in dem Fall verschoben werden, bei dem die
Menge an getragenem Katalysator in dem Hauptkatalysatorkörper 2 konstant
auf 0,5 Gew.-% über
den gesamten Bereich gesetzt ist. Dadurch ist es möglich, die
Heizwirkung der Fahrgastzelle schnell zu verbessern.
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Im
Vergleich mit dem Fall, bei dem die Menge des getragenen Katalysators
in dem Hauptkatalysatorkörper 2 konstant
auf 1,5 Gew.-% über
den gesamten Bereich gesetzt ist, kann die Menge des teuren Katalysators
verringert werden, um die Kosten zu senken, ohne daß eine wesentliche
Veränderung
der Zeitspanne hervorgerufen wird, die notwendig ist, um die Verbrennungsmenge
auf den Maximalwert zu verschieben.
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Es
ist nicht nur zum Warmstartzeitpunkt sondern auch bei der stabilen
Verbrennung vorteilhaft, daß der
Hauptkatalysatorkörper 2 in
die Vielzahl der Blöcke 201 bis 203 derart
aufgeteilt ist, daß eine
größere Katalysatormenge
auf dem strömungsaufwärtigeren
Block getragen ist. Anders ausgedrückt hängt die Verbrennungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung von den Verwendungsumständen derart ab, daß sie nicht
immer bei der maximalen Verbrennungsmenge verwendet wird, sondern
auch in wünschenswerter
Weise über
einen breiten Verbrennungsbereich verwendet werden kann. Bei der
katalytischen Verbrennung wird die Verbrennungtemperatur im allgemeinen
auf einen geringeren Wert bei einer kleineren Verbrennung fallen
und die Reaktion ist auf der stromaufwärtigen Seite des Katalysators vollständig.
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Durch
Anregen des strömungsaufwärtigen Katalysatorblocks 201 bei
einer geringen Temperatur kann die katalytische Verbrennung bis
zu einem kleinen Verbrennungsbereich bewirkt werden.
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Als
Mittel zum Absenken der Anregungstemperatur des Katalysa torkörpers, die
von dem Mittel verschieden sind, das von einem Anstieg der Menge des
getragenen Katalysators Gebrauch macht, kann die Abmessung des Katalysatorkörpers an
der bezüglich
der Strömung
der Luft zur Verbrennung strömungsaufwärtigeren
Seite (beispielsweise an dem Abschnitt, der näher an der Vorgemischkammer 13 liegt,
wie in 1 gezeigt ist) kleiner gemacht werden oder die
Kombination der Verringerung der Menge des getragenen Katalysators
und die Verringerung der Größe des Katalysators
kann auch verfügbar
gemacht werden.
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Darüber hinaus
kann das Material selbst des Katalysators verändert werden (beispielsweise
durch Hinzufügen
von Rh), um die Anregungstemperatur an der bezüglich der Strömung der
Luft zur Verbrennung strömungsaufwärtigeren
Seite auf einen niedrigeren Wert zu setzen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist der Hauptkatalysatorkörper 2 in
drei Blöcke 201 bis 203 aufgeteilt;
die Anzahl der aufgeteilten Blöcke
sollte jedoch nicht auf drei beschränkt sein, sondern sie kann geeignet
entsprechend der Verbrennungsanstiegszeitspanne, den Herstellungskosten
oder dergleichen nach Bedarf verändert
werden.
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Wahlweise
ist ohne eine Aufteilung des Katalysatorkörpers 2 in die Vielzahl
der Blöcke 201 bis 203 mit
einem einzelnen Hauptkatalysatorkörper 2 die größere Menge
des getragenen Katalysators an der strömungaufwärtigeren Seite vorgesehen.
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Ein
zehntes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 16 beschrieben.
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In 16 ist
der Hauptkatalysatorkörper 2 des
achten Ausführungsbeispiels
halbiert und diese beiden halbierten Katalysatorkörper sind
aus elektrisch leitenden Katalysatorkörpern 204 und 205 hergestellt,
die so angeordnet sind, daß ein
enger Spalt B (von ungefähr
5 mm) dazwischen ausgebildet ist. Die Katalysatorträger 204a und 205a dieser
elektrisch leitenden Katalysatorkörper 204 und 205 sind mit
Hilfe desselben Aufbaus wie des Startkatalysatorkörpers 30 des
achten Ausführungsbeispiels
elektrisch leitend gemacht.
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Bei
den elektrisch leitenden Katalysatorkörpern 204 und 205 dieses
Ausführungsbeispiels
sind jeweils die Anschlüsse 204d und 205d der
positiven Elektrode an ihren inneren Umfangsabschnitten und die
Anschlüsse 204c und 205c der
negativen Elektrode an ihren äußeren Umfangsabschnitten
angeordnet. Diese drei Bauteile, d.h. der Startkatalysatorkörper 30 und
die beiden elektrisch leitenden Katalysatorkörper 204 und 205 sind
miteinander elektrisch parallel geschaltet.
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Wenn
eine Temperatur der Außenluft
extrem gering ist, wie beispielsweise –20°C, ist es, obwohl ein schnelles
Aufheizen er forderlich ist, schwierig, den Katalysator früh anzuregen.
Gemäß dem zehnten
Ausführungsbeispiel
können
die drei Katalysatoren, d.h. der Startkatalysatorkörper 30 und
beide elektrisch leitenden Katalysatorkörper 204 und 205 direkt
durch die elektrische Heizwirkung der Träger 204a, 205a und 30a aufgeheizt
werden, wenn alle drei Elemente bestehend aus dem Startkatalysatorkörper 30 und
den elektrisch leitenden Katalysatorkörpern 204 und 205 gleichzeitig
unter Strom gesetzt werden, so daß diese Katalysatorkörper früh angeregt
werden können.
Folglich kann die Zeitspanne zum Anheben der Verbrennung selbst
bei der extrem geringen Temperatur verkürzt werden.
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Wenn
die Temperatur der Außenluft
vergleichsweise hoch ist (10°C
oder höher),
kann der Katalysator wirkungsvoll gemäß den Zuständen der Temperatur der Außenluft
oder dergleichen vorgeheizt werden, indem nur der Startkatalysatorkörper 30 unter
Strom gesetzt wird, ohne daß die
beiden elektrisch leitenden Katalysatorkörper 204 und 205 unter
Strom gesetzt werden.
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Selbst
wenn die Temperatur der Außenluft vergleichsweise
hoch ist, können
jedoch die vorstehend erwähnten
drei Katalysatoren unter Strom gesetzt werden, um die Verbrennung
schnell anzuheben.
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Beim
zehnten Ausführungsbeispiel
muß der Hauptkatalysatorkörper 2 nicht
in die Vielzahl der Einzelelemente aufgeteilt sein, sondern es kann
ein einzelner Körper
vorhanden sein, so daß nur
ein Abschnitt auf der stromaufwärtigen
Seite der Luft zur Verbrennung aus einem elektrisch leitenden Katalysatorkörper hergestellt
ist. Ähnlich
wie beim neunten Ausführungsbeispiel
kann die Anzahl der Aufteilungen und die Abmessung des Hauptkatalysatorkörpers 2 in
verschiedenen Weisen abgewandelt werden. Des weiteren können zwei
elektrisch leitende Katalysatorkörper 204 und 205 derart
aufgebaut sein, daß eine
größere Menge
des Katalysators auf dem elektrisch leitenden Katalysator 204 an
der strömungsaufwärtigen Seite
getragen ist, während
eine geringere Menge des Katalysators auf dem elektrisch leitenden
Katalysator 205 an der strömungsabwärtigen Seite getragen ist.
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Ein
elftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 17 beschrieben.
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In 17 ist
der Wärmetauscher
des ersten Ausführungsbeispiels
der 1 zum Austausch der Wärme zwischen dem heißen Abgas
(Verbrennungsgas) und dem Wärmeübertragungsmedium
(beispielsweise Wasser) kompakt und in das Innere der katalytischen
Verbrennungsvorrichtung integriert.
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Wie
in 17 gezeigt ist, ist ein Wärmetauscher 40 zum
Austausch der Wärme
zwischen dem Abgas mit hoher Temperatur und dem Wärmeübertragungsmedium
zwischen dem Verbrennungszylinder 4 und der oberen Endplatte 20 sowie
an äußeren Umfangsseiten
der Durchtritte zur Zufuhr der Luft zur Verbrennung und des Kraftstoffes
angeordnet. Dieser Wärmetauscher 40 ist
derart aufgebaut, daß er einen
zylindrischen äußeren Zylinder 41,
einen inneren Zylinder 42 und eine Spule 43 umfaßt. Der
zylindrische Raum zwischen dem äußeren Zylinder 41 und
dem inneren Zylinder 42 ist in einen spiralförmigen Durchtritt 44 durch
eine spiralförmige
Aufteilungsplatte 45 unterteilt.
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An
einem Endabschnitt des spiralförmigen Durchtritts 44 ist
ein Einlaßrohr 46 für das Wärmeübertragungsmedium
angeordnet, das an dem äußeren Zylinder 41 befestigt
ist. Am anderen Endabschnitt (der an einer um 180 Grad in Umfangsrichtung
des äußeren Zylinders 41 symmetrisch
versetzten Position angeordnet ist) ist ein Auslaßrohr 47 für das Wärmeübertragungsmedium
angeordnet, das an dem äußeren Zylinder 41 befestigt
ist.
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Die
Wicklung 43 wird durch spiralförmiges Biegen eines Hohlrohres
gebildet und deren Einlaßabschnitt 43a wird
mit dem spiralförmigen
Durchtritt 44 unmittelbar hinter dem Abschnitt verbunden,
an dem das Einlaßrohr 46 angeordnet
ist, so daß das Wärme übertragungsmedium
von dem Einlaßrohr 46 in
den Durchtritt 44 und in den Einlaßabschnitt 43a der
Wicklung 43 strömen
kann.
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Ein
Auslaßabschnitt 43b der
Wicklung 43 ist mit dem spiralförmigen Durchtritt 44 in
der Nähe
eines Abschnittes verbunden, der nahe an dem Auslaßrohr 47 liegt,
so daß das
Wärmeübertragungsmedium,
das aus dem Auslaßabschnitt 43b ausströmt, mit
dem Wärmeübertragungsmedium
in dem Durchtritt 44 zusammentreffen kann und dann in das
Auslaßrohr 47 strömen kann.
In kurzen Worten ausgedrückt
strömt
das Wärmeübertragungsmedium
in der Wicklung 43 und dem spiralförmigen Durchtritt 44 parallel
zueinander. An der inneren Umfangsseite des inneren Zylinders 42 sind
in radialer Richtung eine Vielzahl von Blechrippen 48 angeordnet,
die zwischen sich einen engen Spalt (beispielsweise mit 4,5 mm)
bilden, und diese Blechrippen 48 sind mit der inneren Umfangswand
des inneren Zylinders 42 verbunden.
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Jedes
der Elemente 41 bis 43 und 45 bis 48 des
Wärmetauschers 40 ist
vorzugsweise aus Aluminium im Hinblick auf die thermische Leitfähigkeit
hergestellt und jeder der Verbindungsabschnitte ist beispielsweise
hartgelötet.
Als das Wärmeübertragungsmedium
wird in diesem Ausführungsbeispiel eine
nicht gefrierende Lösung
mit einem Gefrierpunkt eingesetzt, der so niedrig wie ungefähr –30°C ist. Es kann
jedoch auch Wasser oder Luft gemäß den Bedingungen
eingesetzt werden, unter denen die Verbrennungsvorrichtung verwendet
wird.
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Darüber hinaus
wird das aus dem Auslaßrohr 47 ausgeströmte Wärmeübertragungsmedium durch
eine (nicht gezeigte) Heißwasserpumpe
zu einem Heizkern (Heizungswärmetauscher)
gepumpt, der in dem Luftdurchtritt eines Heizungssystems des Fahrzeugs
angeordnet ist. In dem Heizkern erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen der durch
ein Gebläse
zugeführten
Luft und dem Wärmeübertragungsmedium,
um die Luft aufzuheizen, so daß die
aufgeheizte warme Luft in die Fahrgastzelle ausgeblasen werden kann.
In dem Auslaßrohr 47 ist
ein Wärmeübertragungsmediumtem peraturfühler 49 angeordnet, um
die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums
zu erfassen.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel,
das den vorstehend erwähnten
Wärmetauscher 40 umfaßt, ist ein
Saugzylinder 50 einstückig
mit dem mittleren Abschnitt der oberen Endplatte 20 ausgebildet.
Dieser Saugzylinder 50 ist so angeordnet, daß er sich
in das Innere des mittleren Abschnitts der Wicklung 43 erstreckt.
Der Saugzylinder 50 ist an seinem einem Endabschnitt (der
obere Endabschnitt in 17) durch einen Deckel 51 geschlossen
und der Lufteinlaß 8 ist in
dem Deckel 51 vorgesehen, um die Luft zur Verbrennung in
den Saugzylinder 50 einzuführen.
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An
der anderen Endseite (der untere Endabschnitt in 17)
des Saugzylinders 50 ist eine Strömungsplatte 52 angeordnet,
die eine Vielzahl von Bohrungen hat, um die Strömung der Luft zur Verbrennung
zu vergleichmäßigen. Die
Kraftstoffdüse 10 ist
an einem mittleren Abschnitt angebracht. Die Hauptdüse 6 ist
an dem anderen Endabschnitt des Saugzylinders 50 angebracht.
Mit der Kraftstoffdüse 10 ist
ein Kraftstoffrohr 53 verbunden, das in dem Deckel 51 ausgebildet
ist, so daß der
Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 12 durch das Kraftstoffrohr 53 zugeführt wird.
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Ein
Betrieb des elften Ausführungsbeispiels wird
nun beschrieben. Ein Teil des Wärmeübertragungsmediums
(der nicht gefrierenden Lösung),
der in den spiralförmigen
Durchtritt 44 des Wärmetauschers 40 durch
das Einlaßrohr 46 eingetreten
ist, strömt
in die Wicklung 43 und das verbleibende Wärmeübertragungs-medium
(die nicht gefrierende Lösung)
strömt
in den spiralförmigen
Durchtritt 44. Zwischenzeitlich wird das Wärmeübertragungsmedium auf
eine hohe Temperatur durch den Austausch der Wärme mit dem Abgas (Verbrennungsgas)
durch die Rippen 48 und durch den Austausch der Wärme direkt
mit dem Abgas (Verbrennungsgas) auf der Außenfläche der Wicklung 43 aufgeheizt.
Darüber
hinaus verbinden sich die Ströme
der beiden Tei le des Wärmübertragungsmediums
miteinander an einer strömungsaufwärtigen Seite
des Auslaßrohrs 47 und strömen hierdurch
aus.
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Die
Heizkapazität
wird durch Anheben und Verringern der Verbrennungsmenge gemäß der durch
den Wärmeübertragungstemperaturfühler 49 erfaßten Temperatur
geregelt.
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Gemäß dem zuvor
beschriebenen Aufbau und den entsprechenden Vorgängen kann der Wärmetauscher 40 mit
hohem Wirkungsgrad und kompakten Aufbau in die katalytische Verbrennungsvorrichtung
integriert werden. Bei der Flammenverbrennung bleibt im allgemeinen
der während
der Verbrennung erzeugte Ruß anhaftend,
um die Spalte zwischen benachbarten Rippen 48 aufzufüllen, so
daß der
Wärmetauschwirkungsgrad
geringer wird. Im Gegensatz dazu wird bei der katalytischen Verbrennung gemäß der vorliegenden
Erfindung nur wenig Ruß erzeugt,
so daß die
Spalte zwischen den benachbarten Rippen 48 bei dem zuvor
erwähnten
Wert, der so gering ist wie ungefähr 4,5 mm, aufrechterhalten
bleiben können,
um den Wärmetauschwirkungsgrad
zu verbessern.
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Der
weitere Aufbau und die Wirkungen sind gleich wie die des ersten
Ausführungsbeispiels.
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Ein
zwölftes
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
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In 18 ist
gegenüber
dem elften Ausführungsbeispiel
der 17 die Wicklung 43 weggelassen. Auf diese
Weise kann der Aufbau des Wärmetauschers 40 vereinfacht
werden, obwohl der Wärmetauschwirkungsgrad
zwischen dem Wärmeübertragungsmedium
und dem Abgas abfällt.
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Ein
dreizehntes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.
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Beim
elften und zwölften
Ausführungsbeispiel
der 17 und 18 ist
der Wärmetauscher 40 zum
Austausch der Wärme
zwischen dem heißen Abgas
und dem Wärmeübertragungsmedium
zwischen dem Verbrennungszylinder 4 und der oberen Endplatte 20 angeordnet.
Beim dreizehnten Ausführungsbeispiel
ist im Gegensatz dazu der Wärmetauscher 40 an
den äußeren Umfangsseiten
der Katalysatorkörper 2 und 3 angeordnet.
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Insbesondere
ist beim dreizehnten Ausführungsbeispiel
der Wärmetauscher 40 an
den äußeren Umfangsseiten
der Katalysatorkörper 2 und 3 angeordnet
und radiale Rippen 48 sind an einer äußeren Umfangsseite des Verbrennungszylinders 4 angeordnet,
um zwischen sich einen engen Spalt zu bilden. Gleichzeitig ist ein
spiralförmiger
Durchtritt 44 durch die spiralförmige Aufteilungsplatte 45 zwischen dem
inneren Zylinder 42 und dem äußeren Zylinder 41 ausgebildet,
der an äußeren Umfangsseiten
dieser radialen Rippen 48 angeordnet ist. Folglich dient der äußere Zylinder 41 als
der Deckel 19 der vorangehenden Ausführungsbeispiele eins bis zwölf.
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Darüber hinaus
ist eine Bodenplatte 42a des inneren Zylinders 42 außerhalb
der Vorgemischkammer 13 (an der unteren Seite der 19)
angeordnet, um dazwischen einen vorbestimmten Spalt auszubilden,
und der Abgasauslaß 16 ist
in dem mittleren Abschnitt der Bodenplatte 42a ausgebildet.
Folglich dreht sich das aus dem Hauptkatalysatorkörper 2 ausgeströmte Abgas
in U-Form in der
Abgaskammer 9 um und tritt durch die äußere Umfangsseite des Verbrennungszylinders 4.
Weiter strömt
das Abgas in der abwärts
zeigenden Richtung der 19 und strömt durch den Abgasauslaß 16 aus.
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Gemäß dem dreizehnten
Ausführungsbeispiel
strömt
das Abgas an der äußeren Umfangsseite des
Verbrennungszylinders 4 und das Wärmeübertragungsmedium tritt durch
den spiralförmigen Durchtritt,
der an einer äußeren Umfangsseite
des Verbrennungszylinders 4 angeordnet ist, wobei es mit
dem Abgas in Wärmetausch tritt.
Folglich kann ein Abstrahlen von Wärme von den äußeren Umfangsseiten
der Katalysatorkörper 2 und 3 durch
die Strömung
des Abgases mit hoher Temperatur unterdrückt werden, so daß die Katalysatorkörper 2 und 3 einfacher
in den Zustand mit hoher Temperatur als bei dem Aufbau der Ausführungsbeispiele
eins bis zwölf
gehalten werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, die katalytische Verbrennung
immer zufriedenstellend aufrechtzuerhalten.
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Gleichzeitig
ist es vorteilhaft, daß der
Isolator 18 an der äußeren Umfangsseite
des Verbrennungszylinders 4 anders als bei den Ausführungsbeispielen eins
bis zwölf
weggelassen werden kann.
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Bei
der Verbrennungsvorrichtung gemäß dem dreizehnten
Ausführungsbeispiel
ist die Abmessung in axialer Richtung kleiner und die Abmessung in
radialer Richtung ist größer im Vergleich
mit dem Rufbau der Ausführungsbeispiele
elf und zwölf,
bei denen der Wärmetauscher
integriert ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Leistung zu verbessern, wenn
die Verbrennungsvorrichtung an dem Fahrzeug montiert wird.
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Beim
dreizehnten Ausführungsbeispiel
ist die spiralförmige
Wicklung 43 des elften Ausführungsbeispiels weggelassen;
die spiralförmige
Wicklung 43 kann jedoch in den Rippen 48 wie beim
elften Ausführungsbeispiel
angeordnet werden.
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Bei
jedem der vorgenannten Ausführungsbeispiele
ist der Katalysatorkörper
in den Startkatalysatarkörper 3 und
den Hauptkatalysatorkörper 2 unterteilt,
um den Katalysator früh
anzuregen; diese beiden Katalysatorkörper 2 und 3 können jedoch durch
einen Katalysatorkörper
gebildet sein.
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Darüber hinaus
kann in den Zeitdiagrammen der 3 und 14 der
Anstieg des Verbrennungsbereichs nach dem Verstreichen der vorbestimmten
Zeitspanne (t1 + t2) vom AN-Schalten des Betäti gungsschalters 22 entweder
kontinuierlich oder schrittweise sein.
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Darüber hinaus
ist die Betriebszeitspanne zu Nachentleerung in 3 auf
den vorbestimmten Wert t4 durch den Zeitgeber gesetzt. Anstelle
der Bestimmung der Zeit kann jedoch der Nachentleerungsvorgang gestoppt
werden, wenn die erfaßte
Temperatur des Temperaturfühlers 17 unter
einen vorbestimmten Wert nach dem Start des Nachentleerungsvorgangs
abfällt.
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Beim
ersten Ausführungsbeispiel
ist die Kraftstoffdüse 10 in
der Bauart, bei der sich die Düse öffnet, um
den Kraftstoff zu versprühen,
wenn der Druck der Zufuhr des Kraftstoffs durch die Kraftstoffpumpe 12 einen
vorbestimmten Wert übersteigt.
Die Kraftstoffdüse 10 kann
jedoch auch in Doppelfluidsprühbauweise
zum gleichzeitigen Versprühen
des Kraftstoffes und der Luft ausgebildet sein. Des weiteren kann
die Kraftstoffdüse 10 eine
Ultraschalldüse zum
Atomisieren des flüssigen
Kraftstoffes durch Ultraschallwellen oder eine Einspritzvorrichtung
mit einer elektrischen Heizeinrichtung sein, die beim Kaltstart
einer Brennkraftmaschine des Fahrzeuges verwendet wird.
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Wenn
hier eine elektromagnetische Einspritzvorrichtung, die bei Fahrzeugen
und dergleichen allgemein bekannt ist, als die Kraftstoffdüse 10 eingesetzt
wird, kann durch Regelung der Zeitspanne, in der die elektromagnetische
Spule der Einspritzvorrichtung unter Strom gesetzt wird, die Kraftstoffzufuhrmenge
geregelt werden. Folglich kann die Drehzahl der Kraftstoffpumpe 12 konstant
aufrechterhalten werden, so daß der
Kraftstoffzufuhrdruck auf einem konstanten Wert gehalten wird.
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Beim
fünften
und sechsten Ausführungsbeispiel
ist die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 in dem Abgasmischzylinder 5 angeordnet.
Die Kraftstoffabsorptionsvorrichtung 27 kann jedoch weggelassen
werden und ein Nutabschnitt in Spiralform oder dergleichen kann
in der Innenwandfläche
des Abgasmischzylinders 5 ausgebildet werden, um die Kraftstoffrückhaltewirkung
zu verbessern, so daß das Zerstäuben des
Kraftstoffes verbessert wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann nicht nur flüssiger Kraftstoff wie beispielsweise
Kerosin, sondern auch gasförmiger
Kraftstoff wie beispielsweise Erdgas eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß umfaßt eine
katalytische Verbrennungsvorrichtung einen ringförmigen Katalysatorkörper 2, 3 zum
katalytischen Verbrennen eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft,
der in einem Verbrennungszylinder 4 angeordnet ist. In
dem Verbrennungszylinder 4 sind eine Kraftstoffdüse 10 und
ein Einlaß 8 für die Luft
an einer Endseite des Katalysatorkörpers 2, 3 angeordnet
und eine Vorgemischkammer 13 ist an der anderen Endseite
ausgebildet. Der Kraftstoff und die Luft werden von der einen Endseite des
Katalysatorkörpers 2, 3 durch
ein Durchgangsloch 2b, 3b zugeführt, das
in einem mittleren Abschnitt des Katalysatorkörpers 2, 3 ausgebildet
ist, und sie werden in der Vorgemischkammer 13 vermischt.
In der Vorgemischkammer 13 wird eine Strömungsrichtung
des Gemisches zu dem Katalysatorkörper 2, 3 umgedreht.
Ein Teil des Abgases wird an der einen Endseite in die Luft eingeführt. Auf
diese Weise ist es möglich,
die Verbrennungsvorrichtung zu vereinfachen und ihre Abmessungen
kleiner zu gestalten, während
die Vorheizwirkung der Luft durch ein Zirkulieren des Abgases sichergestellt
ist.