DE19950104A1

DE19950104A1 - Verfahren zur Neutralisation von Abgasen sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19950104A1
Application number: DE1999150104
Authority: DE
Inventors: Konstantin Stachnow
Original assignee: BM MACHMADOW DEUTSCHLAND GmbH
Current assignee: BM MACHMADOW DEUTSCHLAND GmbH
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Eine Erhöhung der Effektivität der Neutralisation und Geräuschdämpfung wird dadurch erreicht, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgewärmte Luft mit den Abgasen vermischt wird. Anschließend erfolgt eine Selbstzündung in einer Verbrennungszone sowie eine Gasexpansion nach der Verbrennungszone. Die Luft wird auf eine Temperatur von 400 DEG C bis 600 DEG C vorgewärmt und der Verbrennungszone zugeführt. Die Verbrennungsprodukte werden mit der vorgewärmten Luft vermischt und einem resonanten Aufprall und einer Expansion unterworfen. DOLLAR A Der resonante Aufprall kann mittels Bauteilen in Form metallischer Stäbe erfolgen. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist Düsen, Düsen-Nachschaltverdichter und unterschiedlich große Kammern auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neutralisa tion von Abgasen und zur Reduzierung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors sowie eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anwendungen in der Maschinenindustrie, nämlich auf Abgassysteme für Explosionsmotoren oder Verbrennungsmaschinen. Die Vorrich tung wird zur Neutralisation von Abgasen und zur Auspuffge räuschreduzierung verwendet.

Zum Stand der Technik (UdSSR-Erfinder-Bescheinigung No. 1460368, Kl. F 01 N 2/08, 1989) gehört ein Verfahren zur Neutralisation von Abgasen eines Explosionsmotors mit tels Tubulenzen der Gase, Ionisation der Gase, Luftzufuhr zu den Gasen und Nachverbrennen der Gase in einem Nieder temperatur-Luftplasma. Während die Abgase einer Nach verbrennung unterzogen werden, wird ein Brennstoff zusätz lich in die Gasströmung eingebracht, der einen Plasma- Brennstoffstrahl verursacht.

Das Erfordernis, mittels Elektroden Plasma zu erzeugen und zur Nachverbrennung der Gase Brennstoff zuzuführen, macht das Verfahren kompliziert und erschwert die Anwendung des Verfahrens.

Zum Stand der Technik (UdSSR-Erfinder-Bescheinigung No. 1815351, Kl. F 01 N 3/00, 1993) gehört weiterhin eine Auspuffvorrichtung für einen Explosionsmotor, die ein Aus puffrohr mit zwei Stirn- beziehungsweise Außenwänden auf weist, ein tangential angeordnetes Einlassrohr und Auslass rohr, ein an einer der Stirnwände zentral angeordnetes In nenrohr, einen Injektor und eine Bypass-Rohrleitung. An der anderen Stirnwand ist eine Bypass-Öffnung vorgesehen. Das Innenrohr befindet sich in dem Auspuffrohr, wodurch ein ringförmiger Raum gebildet wird, und ist mit einem Vertei ler ausgerüstet, der an einem Ende des Innenrohres montiert ist an dem Teil des Auslassrohres, und mit einem Dia phragma, das eine Öffnung aufweist, wobei das genannte Dia phragma an dem anderen Ende des Innenrohres angeordnet ist. Eine Bypass-Rohrleitung ist mit dem Innenraum des Innenroh res an dem einen Ende durch eine Diaphragma-Öffnung und eine Bypass-Öffnung verbunden, und an dem anderen Ende ist es mit einem Injektor verbunden, der in dem Auslassrohr an geordnet ist.

Diese zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung hat den Nachteil, dass nur eine geringe Effektivität bezüglich der Neutralisation vorhanden ist, und dass die Explosions motor-Auspuffgeräusche nicht reduziert werden.

Zum Stand der Technik (UdSSR-Patent No. 396878, Kl. F 01 N 3/00, 1974) gehört weiterhin ein Verfahren zum Nachverbrennen von Explosionsmotor-Abgasen mittels einer Zufuhr von vorgewärmter Luft mit anschließender gleichmäßi ger Vermischung der Luft mit den Abgasen und anschließender Selbstzündung. Die Luftmenge wird dadurch eingeregelt, dass eine Verbrennungstemperatur in einem Bereich von 950°C bis 1300°C eingehalten wird. Nach dem Niederbrennen findet eine Gasausdehnung statt.

Dieses zum Stand der Technik gehörende Verfahren neut ralisiert zwar die Abgase. Es wird aber mit diesem Verfah ren keine Verminderung der Auspuffgeräusche erreicht.

Außerdem ist die Effektivität bezüglich der Neutralisation gering.

Zum Stand der Technik (Russische Föderation Patent No. 2051279, Kl. F 01 N 3/04, 1995) gehört auch ein Explosions motor-Auspufftopf, welcher einen zylindrischen Körper auf weist mit einem Einlassrohr, das in einer Außenwand des Körpers montiert ist, einer Auspufföffnung, die durch eine zylindrische Wand des Körpers gebildet wird, und akustische Kammern, die durch zylindrische Einsätze mit unterschiedli chen Durchmessern gebildet sind, wobei die genannten Ein sätze koaxial ineinander gesetzt sind und die Längen der Einsätze umso länger sind, je weiter sie von der Körper achse entfernt sind. Diese zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung wird mit einem Tank mit Wasser beliefert, der an der Stirnwand des Körpers an einem Teil des Einlassroh res angeordnet ist. Der Boden des genannten Tanks ist per foriert ausgebildet mit einem Kissen, das an den zylindri schen Einsätzen hermetisch anliegt.

Diese zum Stand der Technik gehörende Vorrichtung ist sehr kompliziert im Aufbau aufgrund des Vorhandenseins des Tanks mit Wasser, dessen Boden perforiert mit einem Kissen ausgebildet ist. Durch den Tank mit dem Wasser ist ein ein faches Arbeiten der Vorrichtung nicht möglich. Außerdem werden hierdurch nicht die Abgase neutralisiert.

Das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, gleichzeitig Abgase zu neutralisieren und die Auspuff geräusche eines Explosionsmotors zu reduzieren, wobei das Verfahren sehr einfach ist, mit geringem Aufwand anwendbar ist und im Betrieb ebenfalls einfach ist.

Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.

Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruches 2 sowie durch die Merkmale der Ansprüche 4, 5, 7 oder 8 gelöst.

Das technische Ergebnis, das heißt die Erhöhung der Effektivität der Neutralisation wird dadurch erreicht, dass bei dem Verfahren zur Neutralisation der Abgase und zur Re duzierung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors zuge führte Luft vorgewärmt wird, dass die vorgewärmte Luft an schließend vermischt wird mit den Abgasen mit einer an schließenden Selbstzündung in einer Verbrennungszone und Gasausdehnung nach der Verbrennungszone. Die Luft wird auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C vorgewärmt und in die Verbrennungszone geleitet, und zwar in einer Menge von vor zugsweise 0,3 bis 0,6 Massenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase. Es ist auch möglich, eine größere oder kleinere Menge an Luft zuzuführen. Vorteilhaft ist auch eine Menge von 0,3 bis 0,6 Volumenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase. Die Verbrennungsprodukte werden mit der vorgewärm ten Luft gemischt und einem resonanten Aufprall und einer Ausdehnung unterworfen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung von Auspuffgeräuschen eines Explosionsmotors weist wenigstens einen zylindrischen Kör per auf mit einer Einlassöffnung, einer Auslassöffnung und zylindrischen Einsätzen mit unterschiedlichen Durchmessern. Die genannten Einsätze sind koaxial ineinander montiert. Es sind Injektoren vorgesehen, die an den Auslass-Enden der zylindrischen Einsätze angeordnet sind, wobei die genannten Auslass-Enden jeweils als Düse ausgebildet sind. Das Aus lass-Ende jedes der zylindrischen Einsätze ist innerhalb eines benachbarten Einsatzes mit einem größeren Durchmesser angeordnet.

Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung von Ex plosionsmotor-Auspuffgeräuschen schließt eine Zufuhr vor gewärmter Luft mit anschließender Vermischung mit den Abga sen und weiterer Selbstzündung in einer Verbrennungszone ein. Die zugeführte Luft wird auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C vorgewärmt und in eine Verbrennungszone geleitet in einer Menge von vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Mas senprozent in Bezug auf die Menge der Abgase, die einem re sonanten Aufprall unterworfen werden, und zwar mittels Bau teilen in Form metallischer Stäbe. Anschließend werden die Gase in eine Verbrennungszone geleitet und mittels weiterer Bauteile in Form metallischer Stäbe nachverbrannt.

Die erste Variante der Vorrichtung zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors zur Anwendung in einer zweiten Variante des Verfahrens schließt einen zylindrischen Körper ein, der innen zwei zylindrische Einsätze, eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung hat und zusätzlich eine tragende Achse aufweist, mit einem konischen Düsen-Nachschaltverdichter und zwei Einheiten von Bauteilen in Form metallischer Stäbe. Die genannten Bauteile sind mit einem Ende an einer tragenden Achse radial fixiert, das Auslass-Ende des ersten zylindrischen Einsatzes ist als Düse ausgebildet und mit einem Injektor versehen. Dieses Auslass-Ende ist mit der Einlassöffnung des zweiten zylindrischen Einsatzes verbun den, wobei die genannte Einlassöffnung einen konischen Dü sen-Nachschaltverdichter aufweist, der in ihr montiert ist. Die erste Einheit von Bauteilen in Form von metallischen Stäben ist in dem ersten zylindrischen Einsatz angeordnet, und die zweite Einheit ist in dem zweiten zylindrischen Einsatz angeordnet. Die Vorrichtung kann zusätzlich einen Injektor aufweisen, der an dem Auslass-Ende des ersten zy lindrischen Einsatzes montiert ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen zylindrischen Körper auf, der innen zwei zylindrische Einsätze mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die ineinander montiert sind. Der Körper weist eine Einlassöff nung und eine Auslassöffnung auf. Die vorgeschlagene Vor richtung schließt zusätzlich eine tragende Achse ein mit zwei konischen Düsen-Nachschaltverdichtern, die an der Ach se fixiert sind. Zwei Einheiten von Bauteilen in Form metallischer Stäbe sind mit einem Ende ebenfalls an der tragenden Achse radial fixiert, das Auslass-Ende des ersten zylindrischen Einsatzes ist als Düse ausgebildet und dieses Auslass-Ende ist mit Injektoren versehen und mit dem Innen raum des zweiten zylindrischen Einsatzes verbunden. Es ist ein konischer Düsen-Nachschaltverdichter vorgesehen, der in dem zweiten zylindrischen Einsatz montiert ist. Das Aus lass-Ende des zweiten zylindrischen Einsatzes ist als Düse ausgebildet. Dieses Auslass-Ende ist mit Injektoren verse hen und mit dem Körperinnenraum verbunden. In dem Körperin nenraum ist ein weiterer konischer Düsen-Nachschaltverdich ter montiert. Die eine Einheit von Bauteilen in Form metal lischer Stäbe ist in dem ersten zylindrischen Einsatz und die zweite Einheit ist in dem zweiten zylindrischen Einsatz angeordnet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt eine Vorerwärmung der zugeführten Luft ein mit anschließender Vermischung der Luft mit den Abgasen und anschließender Selbstzündung in einer Verbrennungszone.

Die Luft wird auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C vorgewärmt und in eine Verbrennungszone geleitet in einer Menge von vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Massenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase. In der Verbrennungszone wird eine Nachverbrennung durchgeführt mittels Bauteilen in Form me tallischer Stäbe. Die Verbrennungsprodukte werden wiederum mit vorgewärmter Luft vermischt und einem resonanten Auf prall unterzogen mittels Bauteilen in Form metallischer Stäbe.

Eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Ausführungsbei spieles des Verfahrens weist einen zylindrischen Körper auf, der innen drei Einsätze, eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung aufweist. Diese Vorrichtung weist zusätzlich eine tragende Achse auf, die konische Düsen-Nachschaltver dichter trägt, die an der Einlassöffnung von jedem der Ein sätze montiert ist. Die Einlassöffnung jedes der Einsätze ist mit einem Injektor versehen. Das Auslass-Ende des ers ten Einsatzes ist als Düse ausgebildet und mit der Ein lassöffnung des zweiten Einsatzes verbunden. Das Auslass- Ende des zweiten Einsatzes ist ebenfalls als Düse ausgebil det und mit der Einlassöffnung des dritten Einsatzes ver bunden. In jedem der Einsätze ist eine Einheit von Bautei len in Form metallischer Stäbe montiert, wobei die Stäbe mit einem Ende an der tragenden Achse radial fixiert sind.

Das Erwärmen der Luft für die Zuführung auf eine Tem peratur von 400°C bis 600°C und das Verhältnis der Luft von vorzugsweise 0,3 bis 0,6 Massenprozent in Bezug auf die Menge. der Abgase liefern optimale Bedingungen zur Selbst zündung bei jeder der vorgeschlagenen Varianten des Verfah rens.

Eine Reduzierung der Lufttemperatur auf weniger als 400°C und eine Luftmenge von weniger als 0,3 Massenprozent kann zu einer Erhöhung des Ausstoßes unverbrannter toxi scher Komponenten führen, die in den Abgasen enthalten sind.

Ein Erhöhen der Lufttemperatur auf mehr als 600°C ist unzweckmäßig, weil dies keinen Einfluss auf die Effektivi tät der Neutralisation hat.

Ein Erhöhen der Luftmenge auf mehr als 0,6 Massenpro zent kann ebenfalls unerwünscht sein, weil eine Erzeugung toxischer Oxide von Stickstoff auf Kosten von in der über schüssigen Luft enthaltenem Stickstoff auftreten kann.

Die Luftquantität bei jeder der Varianten wird durch Injektoren, die vorzugsweise als Ringe mit Kegelstumpfform ausgebildet sind, kontrolliert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Kammern im Schnitt;

Fig. 3 das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 mit Injektoren im Schnitt;

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit drei Kammern im Schnitt;

Fig. 5 ein geändertes Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Anwendung der ersten Variante des Verfahrens zur Neutralisation der Abgase und zur Reduzierung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors (nicht dargestellt), welche einen zylindrischen Körper (1) aufweist, mit einer Einlassöffnung (2) und einer Auslass öffnung (3) und mit zylindrischen Einsätzen (5, 6, 7, 8) mit unterschiedlichen Durchmessern. Die Einsätze (5, 6, 7, 8) sind koaxial ineinander gesetzt und bilden verschiedene Zonen (9, 10, 11). Injektoren (4, 12, 13) sind an den Aus lass-Enden (15, 16, 17) der zylindrischen Einsätze (5, 6, 7) angeordnet. Das Auslass-Ende (15, 16, 17) jedes der genannten zylindrischen Einsätze (5, 6, 7) ist als Düse ausgebildet und innerhalb des nächstfolgenden Einsatzes mit einem größeren Durchmesser angeordnet, wobei eine Ver brennungszone (9), eine resonante Zone (10) und eine Dämp fungszone (11) gebildet werden. Eine Einlassöffnung (14) des zylindrischen Bauteils (5), welches einen geringeren Durchmesser aufweist, ist mit der Einlassöffnung (2) des zylindrischen Körpers (1) verbunden. Die Außenfläche des zylindrischen Einsatzes (8) mit dem größten Durchmesser ist mit der Seitenfläche des zylindrischen Körpers (1) koinzi dent.

Fig. 2 zeigt eine zweite Variante des Verfahrens zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung der Auspuff geräusche eines Explosionsmotors. Die Vorrichtung (100) weist einen zylindrischen Körper (101) auf, der innen zwei zylindrische Einsätze (102, 103) aufweist, eine Einlassöff nung (104) und eine Auslassöffnung (105), eine tragende Achse (106) mit einem konischen Düsen-Nachschaltverdichter (107) und zwei Einheiten (108, 109) aus Bauteilen in Form metallischer Stäbe. Die Bauteile (108, 109) sind mit je weils einem Ende (115, 116) an der tragenden Achse (106) radial fixiert. Ein Auslass-Ende (110) des ersten zylindri schen Einsatzes (102) ist als Düse ausgebildet. Das Aus lass-Ende (110) ist mit einem oder mehreren Injektoren (111) versehen und mit einer Einlassöffnung (112) des zwei ten zylindrischen Einsatzes (103) verbunden, wobei die Ein lassöffnung (112) einen darin angeordneten konischen Düsen- Nachschaltverdichter (107) aufweist. Eine Einheit (108) aus Bauteilen in Form metallischer Stäbe ist in dem ersten zy lindrischen Einsatz (102) und eine zweite Einheit (109) ist in dem zweiten zylindrischen Einsatz (103) angeordnet. Der Körper (101) weist Öffnungen (113) auf zur Luftzufuhr aus der Atmosphäre.

Gemäß Fig. 3 ist die Vorrichtung (100) dargestellt. Die Vorrichtung (100) weist zusätzlich einen als Ring mit Kegelstumpfform ausgebildeten Injektor (114) auf, der an dem Auslass-Ende (110) des ersten zylindrischen Einsatzes (102) angeordnet ist.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung (200). Die Vorrichtung weist einen zylindrischen Körper (201) auf, der innen zwei zylindrische Einsätze (202, 203) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, die ineinander montiert sind. Der Körper (201) weist darüber hinaus eine Einlassöffnung (204) und eine Auslassöffnung (205) auf, eine tragende Achse (206) mit zwei konischen Düsen-Nachschaltverdichtern (207, 208), die an der tragenden Achse (206) fixiert sind. Wei terhin sind zwei Einheiten (209, 210) von Bauteilen in Form metallischer Stäbe vorgesehen. Die Bauteile der Einheiten (209, 210) sind mit jeweils einem Ende (216, 217) an der tragenden Achse (206) radial fixiert. Ein Auslass-Ende des ersten zylindrischen Einsatzes (202) ist als Düse ausgebil det. Das Auslass-Ende (211) ist mit Injektoren (212) und einem konischen Düsen-Nachschaltverdichter (207) ausgestat tet und mit dem Innenraum des zweiten zylindrischen Einsat zes (203) verbunden. Ein Auslass-Ende (213) des zweiten zy lindrischen Einsatzes (203) ist als Düse ausgebildet. Das Auslass-Ende (213) ist mit Injektoren (214) und mit einem konischen Düsen-Nachschaltverdichter (208) versehen und mit einem Innenraum (215) des Körpers (201) verbunden. Die Ein heit (209) der Bauteile in Form metallischer Stäbe ist in dem ersten zylindrischen Einsatz (202) angeordnet, und die zweite Einheit (210) ist in dem zweiten zylindrischen Ein satz (203) angeordnet.

Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung (300), die einen zylind rischen Körper (301) aufweist, der innen drei Einsätze (302, 303, 304), eine Einlassöffnung (305), eine Auslass öffnung (306) sowie eine tragende Achse (307) mit konischen Düsen-Nachschaltverdichtern (308, 309, 310) aufweist, wobei die konischen Düsen-Nachschaltverdichter (308, 309, 310) an Einlassöffnungen (311, 312, 313) jedes der Einsätze (302, 303, 304) montiert ist. Die Einlassöffnung (311, 312, 313) jedes der Einsätze (302, 303, 304) ist mit Injektoren (314, 315, 316) versehen. Ein Auslass-Ende (317) des ersten Ein satzes (302) ist als Düse ausgebildet und mit der Einlass öffnung (312) des zweiten Einsatzes (303) verbunden. Ein Auslass-Ende (318) des zweiten Einsatzes (303) ist als Düse ausgebildet und mit einer Einlassöffnung (313) des dritten Einsatzes (304) verbunden.

Es sind Einheiten (320, 321, 322) von Bauteilen in Form metallischer Stäbe vorgesehen, die innerhalb jedes der Einsätze (302, 303, 304) montiert sind. Die Stäbe der Ein heiten (320, 321, 322) sind mit ihren Enden an der tragen den Achse (303) radial fixiert. Der Körper (301) weist Öf fnungen (323) zur Luftzufuhr auf.

Die Anwendung der ersten Variante des Verfahrens und die Arbeitsweise der Vorrichtung werden nachfolgend ge schildert:

Beispiel 1

Eine Abgasströmung wird gemäß Fig. 1 dem zylindrischen Einsatz (5) mit dem kleinsten Durchmesser zugeführt. Bei Austritt der Abgasströmung erhöht sich die Geschwindigkeit der Strömung aufgrund der Ausbildung des Auslass-Endes (15) des Einsatzes (5), der in Form einer Düse ausgebildet ist. Bei Austritt in den zylindrischen Einsatz (6), der einen größeren Durchmesser aufweist, erfolgen eine Verlangsamung oder sogar ein Anhalten der Strömungsgeschwindigkeit sowie Strömungsturbulenzen infolge der Sektionsvergrößerung des Einsatzes (6) und des Eindringens von Luft durch die Injek toren (4). Die aus der Atmosphäre eingesogene Luft wird in nerhalb des Körpers (1) durch den Kontakt mit dem zylindri schen Einsatz (5) auf eine Temperatur von 400°C erwärmt und gelangt in die Verbrennungszone (9) in einer Menge von 0,3 Volumenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase. Die Temperaturkontrolle der zugeführten Luft wird dadurch er reicht, dass die Länge des zylindrischen Einsatzes (5) an gepasst wird. Die Luftzufuhr wird ebenfalls mittels der In jektoren (4) angepasst.

Eine Mischung der vorgewärmten Luft mit den Abgasen wird in der Verbrennungszone (9) bei einer Temperatur von 1000°C spontan gezündet. Bei dieser Temperatur werden noch unverbrannte toxische Komponenten einer Nachverbrennung un terzogen.

Die Verbrennungsprodukte werden von der Zone (9) in die resonante Zone (10) geleitet. Bei Verlassen des Einsat zes (6) erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Verringerung des Querschnittes im Bereich des Auslass- Endes (15). Gleichzeitig dringt Luft durch die Injektoren (12) ein, die an dem Auslass-Ende des zylindrischen Einsat zes (6) angeordnet sind.

Sobald die Strömung in den zylindrischen Einsatz (7), der die resonante Zone (10) bildet, gelangt, findet eine Expansion statt, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit und die Temperatur herabgesetzt werden. Toxische Komponenten der Abgase werden in der resonanten Zone (10) nachver brannt, so dass ein Destruktionsprozess erfolgt. Die erfor derliche Frequenz wird experimentell eingeregelt durch Re gulieren der Parameter des zylindrischen Einsatzes (7), der die Zone (10) bildet.

Liegen die toxischen Komponenten nicht in zu hoher Kon zentration vor, reicht ein einziger Einsatz (7) aus, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist.

Eine Geräuschdämpfung wird in der resonanten Zone (10) begonnen, und der Geräuschdämpfungsvorgang wird in der Zone (11) abgeschlossen, während die Abgase in den zylindrischen Einsatz mit dem größeren Durchmesser hineinströmen und sich mit der durch die Injektoren (13) eingesogenen Luft vermi schen. Die Auspuffgeräusch-Reduzierung und Zündungsunter drückung geschieht aufgrund der Verminderung der Strömungs geschwindigkeit und des Temperaturabfalles.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsge mäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens machen es möglich, die Effektivität der Neutralisation auf 70% und die Geräuschunterdrückung auf 50% zu erhöhen, im Vergleich zu den zum Stand der Technik gehörenden Lösungen.

Beispiel 2

Das Verfahren wird analog dem Beispiel 1 durchgeführt unter Verwendung der gleichen Vorrichtung, jedoch wird die zugeführte Luft auf 600°C vorgewärmt und anschließend ei ner Verbrennungszone zugeführt, und zwar in einer Menge von 0,6 Volumenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase.

Die Anwendung einer zweiten Variante des Verfahrens und die Arbeitsweise der Vorrichtung werden im folgenden Beispiel erläutert:

Beispiel 3

Bei der Vorrichtung (100) gemäß Fig. 2 verläuft eine Gasströmung durch die Einlassöffnung (104). Die Gase werden dem ersten zylindrischen Einsatz (102) zugeführt. Nichtfi xierte Enden der metallischen Stäbe der ersten Einheit (108), die besenförmig angeordnet sind, werden unter der Wirkung der Gasströmung in Vibration versetzt und spielen hierbei eine Rolle als Resonatoren. Die metallischen Stäbe weisen eine Schwingungsfrequenz auf, die nahe an den natür lichen Oszillationen des Systems liegt, in diesem Fall an der Frequenz der Partikel der Abgase, welche toxische Kom ponenten enthalten. Durch Auftreten der Resonanzen kann eine Zerstörung der Partikel herbeigeführt werden.

Bei Austritt der Abgasströmung aus dem ersten zylin drischen Einsatz (102) erhöhen sich die Strömungsgeschwin digkeiten aufgrund der Konfiguration des Auslass-Endes (110), welche in Form einer Düse ausgebildet ist. An diesem Segment wird eine Luftverdünnung hervorgerufen. Die Luft wird durch die Öffnungen (113) und den Injektor (111) ein gesaugt. Die aus der Atmosphäre durch den Injektor (111) eingezogene Luft wird innerhalb des Körpers (101) aufgrund des Kontakts mit dem zylindrischen Einsatz (102) auf eine Temperatur von wenigstens 400°C vorgewärmt. Die Luft wird mit den Abgasen vermischt und in der Form eines kreisför migen Strahls, der durch den konischen Nachschaltverdichter (107) gebildet wird, dem zylindrischen Einsatz (103) zuge leitet. Die Luft wird in einer Menge von 0,3 Volumenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase zugeführt, was mittels des Injektors (111) kontrolliert wird. Falls erforderlich, kann der Injektor (114) gemäß Fig. 3 zusätzlich montiert werden.

Die Temperaturkontrolle der zugeführten Luft wird da durch durchgeführt, dass die Länge des ersten zylindrischen Einsatzes (102) variiert wird.

Beim Passieren der Mischung von Abgasen mit vorgewärm ter Luft des zylindrischen Einsatzes (103), der eine Ver brennungszone bildet, erfolgen Turbulenzen beziehungsweise Verwirbelungen des Strahls infolge der Durchmesserzunahme. Anschließend erfolgt eine Vermischung mittels der metalli schen Stäbe der Einheit (109) und eine spontane Zündung. Dabei werden noch unverbrannte toxische Komponenten nach verbrannt. Die genannten metallischen Stäbe, aus denen die Einheit (109) besteht, werden zum Glühen gebracht und för dern ein zusätzliches Nachbrennen der toxischen Komponenten sowie eine Zerstörung derselben als Folge des resonanten Aufpralls.

Die Einheit (109) der Bauteile in Form metallischer Stäbe spielt gleichzeitig eine Rolle als Auspufftopf, da die Stäbe eine Bewegungsrate der Verbrennungsprodukte redu zieren und dabei die Auspuffgeräusche reduzieren.

Neutralisierte Abgase treten aus der Auslassöffnung (105) heraus.

Beispiel 4

Das Verfahren der Neutralisation wird im Folgenden un ter Verwendung einer weiteren Variante der Vorrichtung ge mäß Fig. 4 für noch verseuchtere Abgase dargestellt.

Eine Gas-Ausströmung wird durch die Einlassöffnung (204) in den ersten zylindrischen Einsatz (202) geleitet, in welchem ein Zerstörungsvorgang der toxischen Komponenten geschieht als Folge eines resonanten Aufpralls auf die me tallischen Stäbe der Einheit (209).

Bei Austritt der Abgasströmung aus dem ersten zylind rischen Einsatz (202) erhöht sich die Strömungsgeschwindig keit aufgrund der Konfiguration des Auslass-Endes (211) des genannten zylindrischen Einsatzes (202) in Form einer Düse.

Nach Mischen der auf 600°C vorgewärmten, aus der At mosphäre angesogenen Luft durch die Injektoren (212) ge langt die Gasströmung in Form eines kreisförmigen Strahls, der durch den konischen Nachschaltverdichter (207) gebildet wird, in den zweiten zylindrischen Einsatz (203). Die vor gewärmte Luft wird in einer Menge von 0,6 Volumenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase zugeführt. Bei Durchleitung der Abgas-Luft-Mischung in den zylindrischen Einsatz (203), der eine Verbrennungszone bildet, wird der Abgasstrahl ver wirbelt. Die Verwirbelung erfolgt aufgrund der Sektions vergrößerung, und das Vermischen geschieht mittels metallischer Stäbe der Einheit (210). Die Mischung wird spontan gezündet, wobei die genannten metallischen Stäbe der Einheit (210) erwärmt werden. Bei Selbstzündung werden noch unverbrannte und unzerstörte toxische Komponenten einer Nachverbrennung unterworfen, und eine zusätzliche Nachverbrennung erfolgt aufgrund der glühenden Stäbe sowie eine Zerstörung der restlichen toxischen Komponenten infolge des resonanten Aufpralls, der durch Vibration der metallischen Stäbe hervorgerufen wird.

Bei Austritt der Gasströmung aus dem zylindrischen Einsatz (203) wird die Strömung mit durch die Injektoren (214) angesogener Luft vermischt und gelangt dann in Form eines kreisförmigen Strahls, hervorgerufen durch den koni schen Düsen-Nachschaltverdichter (208), in den Innenraum des Körpers (201). Der Strahl des Gases expandiert, und als Folge davon werden die Geschwindigkeit und Temperatur des Gases stark reduziert. Wegen des Geschwindigkeitsverlustes und der Temperaturreduzierung werden die Auspuffgeräusche reduziert.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Ausführungsbei spiele der Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens machen es möglich, die Effektivität der Neutralisation auf 75% und die Geräuschdämpfung auf 50% zu erhöhen, vergli chen mit den zum Stand der Technik gehörenden Lösungen.

Eine weitere Variante des Verfahrens sowie die Vor richtung für die Durchführung des Verfahrens ist im folgen den Beispiel beschrieben:

Beispiel 5

Gemäß Fig. 5 erfolgt eine Ausströmung des Gases in Form eines kreisförmigen Strahls durch die Einlassöffnung (305) in den ersten zylindrischen Einsatz (302) hinein. Der kreisförmige Gasstrahl wird durch den konischen Düsen-Nach schaltverdichter (308) gebildet.

Aufgrund der Beschleunigung der Ausströmung an diesem Segment wird eine Luftverdünnung bewirkt. Gleichzeitig wird Luft, die aufgrund des Kontaktes mit dem Einsatz (302) vor gewärmt ist, durch den Injektor (314) eingesaugt. Die Luft wird durch Öffnungen (323) in einen Raum (324) eingesaugt. Die Menge der Luft, die zugeführt wird, liegt bei 0,45 Volumenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase. Die Luftmenge wird mittels des Injektors (314) kontrolliert.

Die Temperaturkontrolle der zugeführten Luft wird da durch durchgeführt, dass die Länge des Einsatzes (302) und der Eintrittsöffnung (305) variiert wird.

Bei Passieren der Mischung von Abgasen mit der vorge wärmten Luft in den zylindrischen Einsatz (302), der eine Verbrennungszone bildet, wird eine Verwirbelung des Gas strahls bewirkt infolge der Sektionsvergrößerung. Anschlie ßend wird mittels der metallischen Stäbe der. Einheit (319) eine Vermischung durchgeführt, und eine spontane Zündung erfolgt. Dabei brennen noch unverbrannte toxische Komponen ten nieder. Die genannten metallischen Stäbe, aus denen die Einheit (320) besteht, werden bei Selbstzündung glühend und fördern ein zusätzliches Nachverbrennen der toxischen Kom ponenten in der Verbrennungszone, die durch den Einsatz (302) gebildet ist.

Bei Austritt der Abgase aus dem ersten zylindrischen Einsatz (302) erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit in folge der Ausbildung des Einsatz-Auslass-Endes (317) in Form einer Düse und aufgrund des konischen Düsen-Nach schaltverdichters (309). Eine Luftverdünnung erfolgt an diesem Segment, und die vorgewärmte Luft wird durch den In jektor (315) eingesaugt. Die Luft wird innerhalb des Kör pers (301) auf eine Temperatur von 400°C erwärmt aufgrund des Kontakts mit dem Einsatz (302). Die vorgewärmte Luft wird mit den Abgasen vermischt. In Form eines kreisförmigen Strahls, der durch den konischen Düsen-Nachschaltverdichter (309) gebildet wird, gelangt die Luft in den Einsatz (303). Nichtfixierte Enden der Stäbe der Einheit (321) werden un ter der Wirkung der Ausströmung zum Vibrieren gebracht und dienen als Resonatoren.

Die Stäbe weisen eine Schwingungsfrequenz auf, die nahe an den natürlichen Oszillationen des Gesamtsystems liegt, die in diesem Fall der Frequenz der Abgaspartikel entsprechen. Hierdurch kann eine Resonanz ausgelöst werden, die wiederum zur Zerstörung der Partikel führen kann.

Bei Austritt aus dem Einsatz (303) wird die Ausströ mung mit der vorgewärmten Luft, die durch den Injektor (316) eingesogen wird, nochmals gemischt und in der Form eines kreisförmigen Strahls, der durch den konischen Düsen- Nachschaltverdichter (310) gebildet wird, in den Innenraum des Einsatzes (304) geleitet.

Der Gasstrahl expandiert dort, und er wird mittels der metallischen Stäbe der Einheit (322) vermischt. Die Ge schwindigkeit und Temperatur des Gases werden reduziert, und als Folge davon werden die Auspuffgeräusche reduziert.

Diese vorgeschlagene Variante des Verfahrens zur Neu tralisation der Abgase und zur Reduzierung der Auspuffge räusche eines Explosionsmotors sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens machen es möglich, die Effekti vität der Neutralisation auf 80% und die Geräuschdämpfung auf 60% zu erhöhen, verglichen mit den zum Stand der Tech nik gehörenden Verfahren.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 5 weist beispielsweise fol gende Abmessungen auf:
Die Einlassöffnung (305) weist einen Durchmesser von 7 Zen timetern auf, die Auslassöffnung (306) weist einen Durch messer von 8,5 Zentimetern auf. Die Kammern (302, 303) wei sen jeweils eine Länge von 13,5 Zentimetern auf. Die Kammer (304) weist eine Länge von 11 Zentimetern auf. Das Gehäuse (301) weist einen Durchmesser von 14,5 Zentimetern auf. Der Innendurchmesser der Kammern (302, 303, 304) beträgt an der größten Stelle 10 Zentimeter.

Bezugszahlen

1

zylindrischer Körper

2

Einlassöffnung

3

Auslassöffnung

4

Injektor

5

,

6

,

7

,

8

zylindrische Einsätze

9

Verbrennungszone

10

resonante Zone

11

Dämpfungszone

12

Injektor

13

Injektor

14

Einlassöffnung

15

,

16

,

17

Auslass-Enden der Einsätze (

5

,

6

,

7

)

100

Vorrichtung

101

zylindrischer Körper

102

,

103

zylindrische Einsätze

104

Einlassöffnung

105

Auslassöffnung

106

tragende Achse

107

Düsen-Nachschaltverdichter

108

,

109

Einheiten von Stäben

110

Auslass-Ende des ersten zylindrischen Einsatzes (

102

)

111

Injektor

112

Einlassöffnung des zweiten zylindrischen Einsatzes (

103

)

113

Öffnungen im Körper (

101

)

114

Injektor

115

fixierte Enden der Stäbe

116

fixierte Enden der Stäbe (

109

)

200

Vorrichtung

201

zylindrischer Körper

202

,

203

Einsätze

204

Einlassöffnung

205

Auslassöffnung

206

tragende Achse

207

,

208

Düsen-Nachschaltverdichter

209

,

210

Bauteile in Form metallischer Stäbe

211

Auslass-Ende des ersten zylindrischen Einsatzes (

202

)

212

Injektor

213

Auslass-Ende des zweiten zylindrischen Einsatzes (

203

)

214

Injektor

215

Innenraum des Körpers (

201

)

216

,

217

Enden der Bauteile (

209

,

210

)

300

Vorrichtung

301

zylindrischer Körper

302

,

303

,

304

Einsätze

305

Einlassöffnung

306

Auslassöffnung

307

Achse

308

,

309

,

310

konischer Nachschaltverdichter

311

,

312

,

313

Einlassöffnungen der Einsätze (

302

,

303

,

304

)

314

,

325

,

316

Injektoren

317

,

318

,

319

Auslass-Enden der Einsätze (

302

,

303

,

304

)

320

,

321

,

322

Bauteile in Form metallischer Stäbe

323

Öffnungen

324

Raum der angesaugten Luft

Claims

1. Verfahren zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors dadurch gekennzeichnet, dass den Abgasen vorgewärmte Luft zugeführt wird, dass an schließend die vorgewärmte Luft mit den Abgasen vermischt wird mit anschließender Selbstzündung in einer Verbren nungszone (9) und Gasexpansion nach dieser Verbrennungs zone, dass die zugeführte Luft auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C (Celsius) vorgewärmt wird, dass nach der Verbrennungszone (9) Luft zugeführt wird, dass die Verbren nungsprodukte mit der vorgewärmten Luft vermischt werden und anschließend einem resonanten Aufprall und anschließend einer Expansion unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung der Auspuffgeräusche eines Ex plosionsmotors, wobei den Abgasen vorgewärmte Luft zuge führt wird und die vorgewärmte Luft mit den Abgasen ver mischt wird mit anschließender Selbstzündung in einer Verbrennungszone, dadurch gekennzeichnet, dass die zuge führte Luft auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C vor gewärmt wird, dass nach der Verbrennungszone (103) Luft zugeführt wird, dass die genannten Abgase einem resonanten Aufprall mittels Bauteilen (108) in Form metallischer Stäbe unterworfen werden, und dass anschließend die Gase in die Verbrennungszone (103) geleitet werden und mittels weiterer Bauteile (109) in Form von metallischen Stäben nachver brannt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzierung der Auspuffgeräusche eines Ex plosionsmotors, wobei den Abgasen vorgewärmte Luft zuge führt wird und anschließend die vorgewärmte Luft mit den Abgasen vermischt wird mit anschließender Selbstzündung in einer Verbrennungszone, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte Luft auf eine Temperatur von 400°C bis 600°C vorgewärmt wird, dass vorgewärmte Luft der Verbrennungszone zugeführt wird, dass die Gase mittels der Bauteile in Form metallischer Stäbe nachverbrannt werden, dass die Verbren nungsprodukte mit der vorgewärmten Luft vermischt werden und mit Hilfe der Bauteile in Form der metallischen Stäbe einem resonanten Aufprall unterworfen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Luft in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Volumenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Luft in einer Menge von 0,3 bis 0,6 Massenprozent in Bezug auf die Menge der Abgase zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Neutralisation von. Abgasen und zur Reduzie rung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens einen zy lindrischen Körper (1) mit einer Einlassöffnung (2), einer Auslassöffnung (3) und zylindrischen Einsätzen (5, 6, 7, 8) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, wobei die ge nannten Einsätze (5, 6, 7, 8) koaxial ineinander montiert sind, dass die Vorrichtung zusätzlich Injektoren (4, 12, 13) aufweist, die an den Auslass-Enden (15, 16, 17) der einzelnen zylindrischen Einsätze (5, 6, 7) angeordnet sind, dass die genannten Auslass-Enden (15, 16, 17) jeweils als Düse ausgebildet sind, und dass das Auslass-Ende (15, 16, 17) jedes der zylindrischen Einsätze (5, 6, 7) innerhalb des benachbarten Einsatzes (6, 7, 8) mit größerem Durchmes ser angeordnet ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzie rung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen Körper (101) aufweist, der innen zwei zylindrische Einsätze (102, 103) aufweist, wobei in dem Körper (101) eine Einlassöff nung (104) und eine Auslassöffnung (105) vorgesehen ist, dass die Vorrichtung zusätzlich eine tragende Achse (106) aufweist mit einem konischen Düsen-Nachschaltverdichter (107), dass zwei Einheiten (108, 109) von Bauteilen in Form von metallischen Stäben vorgesehen sind, dass die genannten Bauteile (108, 109) mit einem Ende (115, 116) an der tra genden Achse (106) radial fixiert sind, dass das Auslass- Ende (110) des ersten zylindrischen Einsatzes (102) als Düse ausgebildet ist, dass das genannte Ende (110) mit ei nem Injektor (111) versehen und mit der Einlassöffnung (112) des zweiten zylindrischen Einsatzes (103) verbunden ist, dass die Einlassöffnung (112) einen konischen Düsen- Nachschaltverdichter (107) aufweist, der in der Einlassöff nung (112) angeordnet ist, dass eine Einheit (108) von Bau teilen in Form metallischer Stäbe in dem ersten zylindri schen Einsatz (102), und dass eine zweite Einheit (109) in dem zweiten zylindrischen Einsatz (103) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, dass die Vorrichtung (100) zusätzlich wenigstens einen Injektor (114) aufweist, der an dem Auslass-Ende (110) des ersten zylindrischen Einsatzes (102) montiert ist.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzie rung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (200) einen zylindri schen Körper (201) aufweist, in dem innen zwei zylindrische Einsätze (202, 203) mit unterschiedlichen Durchmessern an geordnet sind, wobei die Einsätze (202, 203) ineinander montiert sind, dass der Körper (201) eine Einlassöffnung (204) und eine Auslassöffnung (205) aufweist, dass die Vor richtung (200) zusätzlich eine tragende Achse (206) auf weist, an der zwei konische Düsen-Nachschaltverdichter (207, 208) angeordnet sind, und dass zwei Einheiten (209, 210) von Bauteilen in Form metallischer Stäbe vorgesehen sind, dass die genannten Bauteile (209, 210) mit einem Ende (216, 217) an der tragenden Achse (206) radial fixiert sind, und dass das Auslass-Ende (211) des ersten zylindri schen Einsatzes (202) als Düse ausgebildet ist, und dass das Auslass-Ende (211) mit Injektoren (212) versehen und mit dem Innenraum des zweiten zylindrischen Einsatzes (203) verbunden ist, dass in dem zweiten zylindrischen Einsatz (203) ein konischer Düsen-Nachschaltverdichter (207) ange ordnet ist, dass das Auslass-Ende (213) des zweiten zylin drischen Einsatzes (203) als Düse ausgebildet ist, dass dieses Ende (213) mit Injektoren (214) versehen ist und mit einem Innenraum (215) des Körpers (201), in dem ein koni scher Düsen-Nachschaltverdichter (208) angeordnet ist, ver bunden ist, dass eine Einheit (209) von Bauteilen in Form metallischer Stäbe in dem ersten zylindrischen Einsatz (202), und dass eine zweite Einheit (210) von Bauteilen in dem zweiten zylindrischen Einsatz (203) angeordnet ist.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Neutralisation von Abgasen und zur Reduzie rung der Auspuffgeräusche eines Explosionsmotors, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (300) einen zylindri schen Körper (301) aufweist, in dem drei Einsätze (302, 303, 304), eine Einlassöffnung (305) und eine Auslassöff nung (306) vorgesehen sind, dass die Vorrichtung (300) zu sätzlich eine tragende Achse (307) aufweist, an der koni sche Düsen-Nachschaltverdichter (308, 309, 310) angeordnet sind, die an der Einlassöffnung (311, 312, 313) jedes der Einsätze (302, 303, 304) angeordnet sind, dass die Einlass öffnungen (311, 312, 313) jedes der Einsätze (302, 303, 304) mit Injektoren (314, 315, 316) versehen sind, dass das Auslass-Ende (317) des ersten Einsatzes (302) als Düse-aus gebildet ist und mit der Einlassöffnung (312) des zweiten Einsatzes (303) verbunden ist, und dass das Auslass-Ende (318) des zweiten Einsatzes (303) als Düse ausgebildet und mit der Einlassöffnung (313) des dritten Einsatzes (304) verbunden ist, und dass jeweils eine Einheit (319, 320, 321) von Bauteilen in Form metallischer Stäbe innerhalb je des der Einsätze (302, 303, 304) angeordnet ist, und dass die Stäbe mit einem Ende an der tragenden Achse (307) ra dial fixiert sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da durch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100, 200, 300) ein den zylindrischen Körper (101, 201, 301) aufnehmendes Gehäuse aufweist, und dass das Gehäuse Lufteinlassöffnungen (322) besitzt.