DE19912542C2 - Verfahren zur Oxidation von rußhaltigen Abgasen einer Wärmekraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Oxidation von rußhaltigen Abgasen einer Wärmekraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft ferner eine Wärmekraftmaschi­ ne nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 18.
Aus der DE 37 11 101 A1 ist es bekannt, ruß- und kohlenwas­ serstoffhaltige Abgase von Dieselmotoren mittels eines in de­ ren Auspuffanlage eingeschalteten Rußfilters zu reinigen. Der bekannte Rußfilter ist in mehrfacher Hinsicht nachteilig:
  • a) Zur Oxidation von Rußpartikeln und Kohlenwasserstoffen ist es erforderlich, einen katalytisch beschichteten Rußfil­ ter zu benutzen und diesem Sekundärluft zuzuführen. Das macht eine besondere Einrichtungen zur Zufuhr von Sekundärluft not­ wendig.
  • b) Die Herstellung katalytisch beschichteter Rußfilter ist teuer.
  • c) Die Verweildauer der Abgase ist im bekannten Rußfilter kurz. Es wird keine vollständige Oxidation des in den Abgasen enthaltenen Rußes erzielt.
Aus der DE 39 42 380 A1 ist eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, bei der dem Auslasskanal ein Abgasreiniger nachge­ schaltet ist. Dabei handelt es sich um einen Katalysator. Bei einem Katalysator werden die Abgase durch eine Reaktion an dessen Oberfläche gereinigt. Der Katalysator ist in einiger Entfernung vom Auslass in der Auspuffleitung angeordnet. Dort betragen die Abgastemperaturen maximal 900°C. Höhere Abga­ stemperaturen würden zu einer Zerstörung des Katalysators führen. Das Vorsehen eines Katalysators ist teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfah­ ren zur Oxidation von rußhaltigen Abgasen einer Wärmekraftma­ schine sowie eine Wärmekraftmaschine angegeben werden, bei denen die Abgase einfach, billig und wirkungsvoll gereinigt werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 17 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 16 sowie 18 bis 34.
Nach der verfahrensseitigen Lösung ist vorgesehen, dass die Abgase durch ein in unmittelbarer Nähe der ersten Auslassöff­ nung im Auslasskanal vorgesehenes erstes poröses Mittel ge­ führt werden, wobei das erste poröse Mittel in Form eines Porenkörpers aus einem inerten Material hergestellt ist, so dass ein überwiegender Anteil des in den Abgasen enthaltenen Rußes nicht-katalytisch in der Gasphase oxidiert wird. Das hat den Vorteil, dass es wegen der im Bereich des Auslasskanals herrschenden hohen Abgastem­ peratur nicht zur Agglomeration von Rußpartikeln kommt. Das poröse Mittel ist einfach und kostengünstig herstellbar. Es setzt nicht zu und muss nicht ausgetauscht werden. Es wird eine gleichmäßige und wesentlich verbesserte Reinigungsrate bezüglich der in den Abgasen befindlichen Rußpartikel und Kohlenwasserstoffe erzielt. Das poröse Mittel weist zweckmäßigerweise eine spezifische Oberfläche von 100 bis 10 000 m2/m3 auf.
Nach dem Gegenstand der Erfindung findet die Oxidation in der Gasphase statt, d. h. die Rußpartikel belegen nicht die Wand des porösen Mittels. Es findet also nicht die durch eine Be­ rührung mit einer festen Phase nachteilige Agglomeration der Rußpartikel statt.
Nach einem Ausgestaltungsmerkmal ist die erste Auslassöffnung mit einem ersten Ventil verschließbar. Die Abgase werden zweckmäßigerweise aus dem Brennraum mittels eines in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolbens ausgestoßen. Beim Ausstoßen der Abgase kann der Auslasskanal mit einem zweiten dem erste porösen Mittel stromabwärts nachgeschalteten Ventil zumindest zeitweise verschlossen werden, so dass die heißen Abgase im ersten porösen Mittel komprimiert und gehalten wer­ den. Vorteilhafterweise werden die Abgase höchstens für die Dauer von 4 Takten im ersten porösen Mittel gehalten. Dadurch wird eine besonders wirkungsvolle Reinigung bzw. Nachverbren­ nung der Abgase erzielt.
Die Abgase werden zweckmäßigerweise vom ersten porösen Mittel einer Abgasabführeinrichtung zugeführt. Nach einer Ausgestal­ tung können die Abgase in eine stromabwärts des ersten porö­ sen Mittels vorgesehene Kammer geführt werden, in der ein zweites poröses Mittel aufgenommen ist. Eine die Kammer mit einer Abgasabführeinrichtung verbindende Abgasöffnung ist zweckmäßigerweise mittels eines dritten Ventils verschließ­ bar. Nach einem besonders vorteilhaften Ausgestaltungsmerkmal können die Abgase im ersten porösen Mittel und/oder im zwei­ ten porösen Mittel mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kon­ takt gebracht werden. Die vorgenannten Maßnahmen bewirken ei­ ne weitere Erhöhung der Reinigungsleistung.
Vorteilhafterweise wird das erste und/oder zweite poröse Mit­ tel durch die Wärme der Abgase beheizt, wobei es auf eine Temperatur von 600 bis 1400°C, vorzugsweise von 800°C bis 1000°C, erhitzt wird. Das erste und/oder zweite poröse Mittel können im Gegensatz zu einem Katalysator aus einem bis zu ei­ ner Temperatur von mindestens 1200° chemisch stabilen Materi­ al hergestellt sein. Das macht eine besondere Einrichtung zum Beheizen des porösen Mittels überflüssig.
Das poröse Mittel kann ein Porenkörper mit einem kommunizie­ renden Porenraum sein, wobei das Porenvolumen des porösen Mittels vorteilhafterweise mehr als 80% beträgt. Das erste und/oder zweite poröse Mittel sind nach einem Ausgestaltungsmerkmal unter Weglassung katalytisch wirkender Stoffe hergestellt. Sie können aus ei­ ner Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Magnesiumoxid oder Zyrkonoxid, oder aus Stahl hergestellt sein. Derartige poröse Mittel bzw. Porenkörper sind billig. Durch deren Anordnungen in unmittelbarer Nähe der Auslassöffnung kann auf überraschende Weise eine hervorragende Reini­ gung der Abgase erreicht werden.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal ist ein erster mittlerer Porendurchmesser des ersten porösen Mittels kleiner als ein zweiter mittlerer Porendurchmesser des zweiten porö­ sen Mittels. Dadurch kann die Reinigungsleistung weiter er­ höht werden.
Das erste poröse Mittel kann zumindest teilweise Bestandteil des ersten Ventils sein.
Bei einer Wärmekraftmaschine ist zur Lösung der Aufgabe vor­ gesehen, dass in unmittelbarer Nähe der ersten Auslassöffnung im Auslasskanal ein erstes poröses Mittel vorgesehen ist, wo­ bei das erste poröse Mittel aus einem inerten Material herge­ stellt ist, so dass ein überwiegender Anteil des in den Abga­ sen enthaltenes Rußes in der Gasphase nicht-katalytisch oxi­ dierbar ist. Das hat den Vorteil, dass es wegen der im Aus­ lasskanal herrschenden hohen Abgastemperatur nicht zu einer Agglomeration der Rußpartikel kommt. Das poröse Mittel ist einfach und kostengünstig herstellbar. Es setzt nicht zu und muss nicht ausgetauscht werden. Es wird eine gleichmäßige und wesentlich verbesserte Reinigungsrate insbesondere bezüglich der in den Abgasen enthaltenen Rußpartikel erreicht.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile werden nachfolgend an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Wärme­ kraftmaschine,
Fig. 2 eine schematische Teilquerschnittsansicht des Aus­ lasskanals der Wärmekraftmaschine nach Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische Teilquerschnittsansicht nach Fig. 2 während einer ersten Phase des Ausstoß-Takts,
Fig. 4 eine schematische Teilquerschnittsansicht nach Fig. 2 während einer zweiten Phase des Ausstoß-Takts,
Fig. 5 eine schematische Teilquerschnittsansicht des Aus­ lasskanals einer zweiten Wärmekraftmaschine,
Fig. 6 eine schematische Teilquerschnittsansicht nach Fig. 5 während einer ersten Phase des Ausstoß-Takts,
Fig. 7 eine schematische Teilquerschnittsansicht nach Fig. 5 während einer zweiten Phase des Ausstoß-Takts,
Fig. 8 eine schematische Teilquerschnittsansicht nach Fig. 5 während einer dritten Phase des Ausstoß-Takts,
Fig. 9 eine schematische Teilquerschnittsansicht nach Fig. 5 während einer vierten Phase und
Fig. 10 eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Wärmekraftmaschine.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer ersten Wärme­ kraftmaschine, hier eines Diesel-Motors. Ein Kolben 1 ist hin- und herbewegbar in einem Zylinder 2 geführt. Ein Ein­ lassventil 3 verschließt eine Einlassöffnung 4 eines Einlass­ kanals 5. Ein erstes Auslassventil 6 verschließt eine erste Auslassöffnung 7 eines Auslasskanals 8. In unmittelbarer Nähe der ersten Auslassöffnung 7 ist ein erstes poröses Mittel in Form eines ersten Porenkörpers 9 im Auslasskanal 8 aufgenommen. Stromabwärts des ersten Porenkör­ pers 9 ist ein Drosselventil 10 vorgesehen. Mit 11 ist eine Einspritzdüse zum Einspritzen von Diesel-Kraftstoff bezeich­ net.
Der Porenkörper ist aus einem inerten Material hergestellt, das keine katalytisch wirkenden Zusätze aufweist. Das Poren­ volumen des porösen Körpers beträgt zweckmäßigerweise mehr als 80%, seine spezifische Oberfläche liegt im Bereich von 100 bis 10 000 m2/m3.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen schematische Teilquerschnittsansich­ ten der Wärmekraftmaschine nach Fig. 1. Ein Brennraum ist mit B bezeichnet.
Die Fig. 5 bis 9 zeigen Teilquerschnittsansichten einer zwei­ ten Wärmekraftmaschine. Stromabwärts des ersten Porenkörpers 9 ist ein zweites Auslassventil 12 zum Verschließen einer zweiten Auslassöffnung 13 vorgesehen. Eine im Auslasskanal zwischen der ersten 7 und der zweiten Auslassöffnung 13 ge­ bildete Oxidationskammer ist mit K bezeichnet.
Fig. 10 zeigt eine schematische Querschnittsansicht durch ei­ ne dritte Wärmekraftmaschine. Dabei handelt es sich um einen Vierzylinder-Dieselmotor. Die Auslasskanäle 8 münden in eine Kammer 14. In jedem der Auslasskanäle 8 ist ein erster Poren­ körper 9 aufgenommen. In der Kammer 14 ist ein zweiter Poren­ körper bzw. ein zweites poröses Mittel 15 aufgenommen. Eine Abgasöffnung 16 ist mit einem (hier nicht dargestellten) Auspuffkrümmer verbunden. Der er­ ste Porenkörper 9 weist einen kleineren mittleren Porendurch­ messer als der zweite Porenkörper 15 auf. Die mittleren Po­ rendurchmesser der vorzugsweise aus einer Aluminiumoxid- Keramik hergestellten Porenkörper sind vorzugsweise größer als 5 µm. Die Kammer 14 und die Auslasskanäle 8 sind mit einer thermischen Isolierung 17 ummantelt. Dadurch können die Po­ renkörper 9, 15 auf einer möglichst hohen Temperatur gehalten werden.
Die Funktion der gezeigten Wärmekraftmaschinen ist die fol­ gende:
Fig. 3 zeigt die erste Wärmekraftmaschine während einer er­ sten - frühen - Phase des Ausstoß-Takts. Dabei bewegt sich der Kolben 1 in Richtung des unteren Totpunkts. Das erste Auslassventil 6 ist geöffnet. Heiße Abgase gelangen vom Brennraum B in den der Auslassöffnung unmittelbar nachge­ schalteten ersten Porenkörper 9. Der erste Porenkörper 9 ist durch vorhergehende Verbrennungszyklen auf eine Temperatur von etwa 1000°C aufgeheizt worden. Um die Temperatur im er­ sten Porenkörper 9 aufrechtzuerhalten, wird die Verweildauer der Abgase durch das nahezu in Schließstellung befindliche Drosselventil 10 erhöht. Im ersten Porenkörper 9 werden Ruß­ partikel und Kohlenwasserstoffe im wesentlichen in der Gas­ phase oxidiert. Eine katalytische Reaktion findet mangels ka­ talytisch wirkender Zusätze hier nicht statt. Eine gesonderte Luftzufuhr ist bei der Oxidation von Dieselmotor-Abgasen nicht erforderlich. Der in solchen Abgasen nach der Verbren­ nung verbleibende Restluftgehalt reicht zur vollständigen Oxidation der darin enthaltenen Rußpartikel und Kohlenwasser­ stoffe aus.
Fig. 4 zeigt die Wärmekraftmaschine gemäß Fig. 2 während ei­ ner zweiten Phase des Ausstoß-Takts. Dabei bewegt sich der Kolben 1 in Richtung des oberen Totpunkts. Die Abgase werden durch die erste Auslassöffnung 7 und den ersten Porenkörper 9 in den Auslasskanal 8 gedrückt. Dabei ist das Drosselventil 10 geöffnet. Wegen des während dieser Phase hohen Volumen­ durchsatzes an Abgasen ist es zur Aufrechterhaltung der Tem­ peratur des ersten Porenkörpers 9 nicht erforderlich, die Verweildauer der Abgase durch Schließen des Drosselventils 10 zu erhöhen.
Bei der in den Fig. 5 bis 9 gezeigten zweiten Wärmekraftma­ schine ist anstelle des Drosselventils 10 ein zweites Aus­ lassventil 12 vorgesehen. Fig. 6 zeigt eine erste - frühe - Phase des Ausstoß-Takts. Dabei bewegt sich der Kolben 1 in Richtung des unteren Totpunkts. Das erste Auslassventil 6 ist geöffnet. Das zweite Auslassventil 12 ist geschlossen. Heiße Abgase gelangen durch die erste Auslassöffnung 7 in den ersten Porenkörper 9. Da das zweite Auslassventil 12 während dieser Phase geschlossen ist, werden die heißen Abgase im er­ sten Porenkörper 9 gehalten. Dadurch wird eine Abkühlung des ersten Porenkörpers 9 verhindert.
Fig. 7 zeigt die Ventilstellung während einer zweiten Phase des Ausstoß-Takts. Dabei bewegt sich der Kolben 1 in Richtung des oberen Totpunkts und hat etwa die Hälfte seines Hubs zu­ rückgelegt. Während dieser Phase sind das erste 6 und das zweite Auslassventil 12 geöffnet. Die heißen Abgase werden durch die erste Auslassöffnung 7 via des ersten Porenkörpers 9 durch die zweite Auslassöffnung 13 in den Auslasskanal 8 gedrückt.
Fig. 8 zeigt die Ventilstellung während einer dritten Phase des Ausstoß-Takts. Dabei bewegt sich der Kolben 1 in Richtung des oberen Totpunkts und hat etwa ¾ seines Hubs zurückgelegt. Zu diesem Zeitpunkt ist das erste Auslassventil 6 noch geöff­ net und das zweite Auslassventil 12 bereits geschlossen. Die heißen Abgase werden in der Oxidationskammer K komprimiert. Dadurch steigt die Temperatur im ersten Porenkörper 9 an.
Fig. 9 zeigt die Ventilstellung während einer vierten Phase des Ausstoß-Takts. Dabei befindet sich der Kolben 1 in der Nähe des oberen Totpunkts. Das erste Auslassventil 6 ist ge­ schlossen und das zweite Auslassventil 12 ist geöffnet. Oxi­ dierte Abgase gelangen von der Oxidationskammer K in den Aus­ lasskanal 8.
Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel dient die hier beispielhaft gezeigte Steuerung des zweiten Auslassventils 12 in erster Linie der Aufrechterhaltung einer möglichst hohen Temperatur im ersten Porenkörper 9.
Bei der in Fig. 10 gezeigten dritten Wärmekraftmaschine ist dem ersten Porenkörper 9 ein zweiter Porenkörper 15 nachge­ schaltet, der in einer Kammer 14 aufgenommen ist. Das Vorse­ hen des zweiten Porenkörpers 15 erhöht nochmals die Verweild­ auer der Abgase. Die Abgasreinigung wird dadurch weiter ver­ bessert. In der Nähe der Abgasöffnung 16 kann ein (hier nicht dargestelltes) weiters Drosselventil vorgesehen sein. Um eine möglichst hohe und gleichmäßige Temperatur des ersten 9 und des zweiten Porenkörpers 15 zu gewährleisten, sind die Aus­ lasskanäle 8 sowie die Kammer 14 mit einer (hier nicht ge­ zeigten) thermischen Isolierung 17 umgeben. Die Oxidation der in den Abgasen enthaltenen Rußpartikel und Kohlenwasserstoffe kann durch Beaufschlagung der Porenkörper 9, 15 mit Luft be­ schleunigt werden.
Bezugszeichenliste
1
Kolben
2
Zylinder
3
Einlassventil
4
Einlassöffnung
5
Einlasskanal
6
erstes Auslassventil
7
erste Auslassöffnung
8
Auslasskanal
9
erster Porenkörper
10
Drosselventil
11
Einspritzdüse
12
zweites Auslassventil
13
zweite Auslassöffnung
14
Kammer
15
zweiter Porenkörper
16
Abgasöffnung
17
Isolierung
B Brennraum
K Oxidationskammer

Claims (34)

1. Verfahren zur Oxidation von ruß- und kohlenwasserstoff­ haltigen Abgasen einer Wärmekraftmaschine, wobei die Ab­ gase durch eine verschließbare einen Brennraum (B) mit einem Auslasskanal (8) verbindende erste Auslassöffnung (7) abgeführt werden, wobei die Abgase durch ein in un­ mittelbarer Nähe der ersten Auslassöffung (7) im Auslass­ kanal vorgesehenes erstes poröses Mittel (9) geführt wer­ den, wobei das erste poröse Mittel aus einem inerten Ma­ terial mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 10 000 m2/m3 hergestellt ist, so dass ein überwiegender Anteil des in den Abgasen enthaltenen Rußes nicht- katalytisch in der Gasphase oxidiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Auslassöffnung (7) mit einem ersten Auslassventil (6) verschließbar ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ausstoßen der Abgase der Auslasskanal (8) mit einem zweiten dem ersten porösen Mittel (9) stromabwärts nach­ geschalteten Auslassventil (12) zumindest zeitweise verschlossen wird, so dass die Abgase im ersten porösen Mittel (9) komprimiert und gehalten werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgase höchstens für die Dauer von 4 Takten im ersten porösen Mittel (9) gehalten werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgase vom ersten porösen Mittel (9) einer Abgasab­ führeinrichtung zugeführt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgase in eine stromabwärts des ersten porösen Mittels (9) vorgesehene Kammer (14) geführt werden, in der ein zweites poröses Mittel (15) aufgenommen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine die Kammer (14) mit einer Abgasabführeinrichtung verbindende Abgasöffnung (16) mittels eines dritten Ven­ tils verschließbar ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgase im ersten porösen Mittel (9) und/oder im zwei­ ten porösen Mittel (15) mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kontakt gebracht werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (9) und/oder zweite poröse Mittel (15) durch die Wärme der Abgase beheizt wird/werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (9) und/oder zweite poröse Mittel (15) aus ei­ nem bis zu einer Temperatur von mindestens 1200°C che­ misch stabilen Material hergestellt ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das poröse Mittel ein Porenkörper mit einem kommunizie­ renden Porenraum ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Porenvolumen des porösen Mittels mehr als 80% be­ trägt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder zweite poröse Mittel unter Weglassung katalytisch wirkender Stoffe hergestellt ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (9) und/oder das zwei­ te poröse Mittel (15) aus einer Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Magnesiumoxid oder Zir­ konoxid oder aus Stahl hergestellt ist/sind.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein erster mittlerer Porendurchmesser des ersten porösen Mittels (9) kleiner als ein zweiter mittlerer Porendurch­ messer des zweiten porösen Mittels (15) ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste poröse Mittel (9) zumindest teilweise Bestand­ teil des ersten Auslassventils (6) ist.
17. Wärmekraftmaschine, bei der eine in einem Brennraum (B) vorgesehene verschließbare erste Auslassöffnung (7) zum Abführen von Abgasen in einen Auslasskanal (8) vorgesehen ist, wobei in unmittelbarer Nähe der ersten Auslassöffung (7) im Auslasskanal (8) ein erstes poröses Mittel (9) vorgesehen ist, wobei das erste poröse Mittel aus einem inerten Material mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 10 000 m2/m3 hergestellt ist, so dass ein überwie­ gender Anteil des in den Abgasen enthaltenen Rußes in der Gasphase nicht-katalytisch oxidierbar ist.
18. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 17, wobei ein erstes Auslassventil (6) zum Verschließen der ersten Auslassöffnung (7) vorgesehen ist.
19. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 18, wobei stromabwärts des ersten porösen Mittels (9) ein zweites Auslassventil (12) oder ein Drosselventil (10) zum Verschließen des Auslasska­ nals (8) vorgesehen ist, so dass die Abgase im ersten porösen Mittel (9) zumindest zeitweise komprimiert und ge­ halten werden.
20. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei eine Abgasabführeinrichtung vorgesehen ist, welcher die Abgase nach erfolgter Oxidation zugeführt werden.
21. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Auslasskanal (8) stromabwärts des ersten porö­ sen Mittels (9) in eine Kammer (14) mündet, in der ein zweites poröses Mittel (15) aufgenommen ist.
22. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei ein drittes Ventil zum Verschließen einer die Kam­ mer (14) mit einer Abgasabführeinrichtung verbindenden Abgasöffnung (16) vorgesehen ist.
23. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei der Auslasskanal (8) und/oder die Kammer (14) mit einer Wärmeisolation versehen ist/sind.
24. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 23, wobei das erste (9) und/oder das zweite poröse Mittel (15) durch die Wärme der Abgase beheizbar ist/sind.
25. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 24, wobei das poröse Mittel einem kommunizierenden Porenraum aufweist.
26. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 25, wobei das Porenvolumen des porösen Mittels mehr als 80% beträgt.
27. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 26, wobei das erste und/oder zweite poröse Mittel unter Weglassung katalytisch wirkender Stoffe hergestellt ist/sind.
28. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 27, wobei das erste (9) und/oder das zweite poröse Mittel (15) aus einer Keramik, vorzugsweise aus Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Magnesiumoxid oder Zirkonoxid oder aus Stahl hergestellt ist/sind.
29. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 28, wobei ein erster mittlerer Po­ rendurchmesser des ersten porösen Mittels (9) kleiner als ein zweiter mittlerer Porendurchmesser des zweiten porö­ sen Mittels (15) ist.
30. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 29, wobei das erste poröse Mittel (9) zumindest teilweise Be­ standteil des ersten Auslassventils (6) ist.
31. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 30, wobei ein Mittel zum Steuern des ersten (6) und/oder zweiten (12) und/oder dritten Ventils vorgesehen ist.
32. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 31, wobei ein Mittel zum Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gases zum ersten (9) und/oder zweiten porösen Mittel (15) vorgesehen ist.
33. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 32, wobei das erste (9) und/oder zweite poröse Mittel (15) aus einem bis zu einer Temperatur von mindestens 1200°C chemisch stabilen Material hergestellt ist/sind.
34. Wärmekraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 33, wobei eine den Auslasskanal (8) und/oder die Kammer (14) umgebende thermische Isolierung (17) vorgesehen ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3529075A1 (de) * 1985-08-14 1987-02-19 Man Technologie Gmbh Verfahren zur herstellung von poroesen gegenstaenden
DE3711101A1 (de) * 1986-04-11 1987-10-22 Volkswagen Ag Abgaskruemmer mit einem katalytisch beschichteten filter fuer festkoerperteilchen
DE3942380A1 (de) * 1989-12-21 1991-06-27 Audi Ag Hubkolben-brennkraftmaschine
DE4109847A1 (de) * 1991-03-26 1992-10-01 Daimler Benz Ag Anordnung eines russfilters am dieselmotor von kraftfahrzeugen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3529075A1 (de) * 1985-08-14 1987-02-19 Man Technologie Gmbh Verfahren zur herstellung von poroesen gegenstaenden
DE3711101A1 (de) * 1986-04-11 1987-10-22 Volkswagen Ag Abgaskruemmer mit einem katalytisch beschichteten filter fuer festkoerperteilchen
DE3942380A1 (de) * 1989-12-21 1991-06-27 Audi Ag Hubkolben-brennkraftmaschine
DE4109847A1 (de) * 1991-03-26 1992-10-01 Daimler Benz Ag Anordnung eines russfilters am dieselmotor von kraftfahrzeugen

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