DE2445147A1 - METHOD AND DEVICE FOR REDUCING POLLUTION IN THE EXHAUST GAS FROM HYDROCARBON COMBUSTION ENGINES - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR REDUCING POLLUTION IN THE EXHAUST GAS FROM HYDROCARBON COMBUSTION ENGINESInfo
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Description
9453-749453-74
US-Anm. Nr. 399 498
vom 21.9.1973
US-Anm. Nr. 449 391
vom 8.3.1974US note No. 399 498
from 09/21/1973
US note No. 449 391
from March 8, 1974
Cornell Research. Foundation
18 East Avenue
Ithaoa, New YorkCornell Research. Foundation 18 East Avenue
Ithaoa, New York
Verfahren und Vorrichtung zum Reduzieren von Verunreinigungen im Abgas von Kohlenwasserstoff-Brennkraftmaschinen Method and device for reducing impurities in the exhaust gas of hydrocarbon internal combustion engines
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren von Verunreinigungen, insbesondere von Stickstoffoxiden aus den sauerstoffarmen Verbrennungsprodukten einer Brennkraftmaschine mit Kohlenwasserstoff-Brennstoff, wobei das Abgas oder das Verbrennungsprodukt normalerweise einen unerwünscht hohen Überschuß an Oxiden des Stickstoffs enthalten würde.The invention "relates to a method and an apparatus for Reduction of impurities, in particular nitrogen oxides, from the low-oxygen combustion products of an internal combustion engine with hydrocarbon fuel, the exhaust gas or the product of combustion normally being an undesirably high level Would contain excess oxides of nitrogen.
In den letzten Jahren wurden zahlreiche Versuche unternommen, um wirkungsvolle und verhältnismäßig wenig kostspielige Abgasreinigungsgeräte zu entwickeln, die bei Verwendung mit Abgasen aus einer Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoff für eine möglichst geringe Umweltverschmutzung sorgen. Die Umweltverschmutzung durch Kraftfahrzeuge war Gegenstand von umfangreicher Gesetzgebung, und die Automobilindustrie versucht nun, die gesetzlichen Bestimmungen durch entsprechende Einrichtungen an den Kraftfahrzeugen zu erfüllen und schließlich die Richtwerte bei der Umweltverschmutzungskontrolle zu erreichen.Numerous attempts have been made in recent years to provide efficient and relatively inexpensive exhaust gas cleaning devices to develop that when used with exhaust gases from a combustion of hydrocarbon fuel for a ensure the least possible environmental pollution. Motor vehicle pollution has been the subject of extensive Legislation, and the automotive industry is now trying to comply with the statutory provisions through appropriate bodies to meet the requirements of motor vehicles and finally to achieve the benchmarks for pollution control.
Als Hintergrund für diese Art von Umweltverschmutzung ist folgendes bekannt. Wenn eine Brennkraftmaschine mit magerem Brennstoff arbeitet, sind die Konzentrationen an brennbaren Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidverunreinigungen in dem Abgas verhältnismäßig gering. Beim Betrieb mit einer fetten MischungThe background to this kind of pollution is as follows known. When an internal combustion engine operates on lean fuel, the concentrations of combustible hydrocarbon and carbon monoxide impurities in the exhaust gas are relatively low. When operating with a rich mixture
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sind die Konzentrationen dieser Verunreinigungen verhältnismäßig hoch. Andererseits sind die giftigen Oxide des Stickstoffs in einem maximalen Anteil vorhanden, wenn die Brennkraftmaschine nahe bei dem richtigen Brennstoff-Luft-Verhältnis betrieben wird. Wenn die Maschine entweder mit einem fetten Gemisch oder mit einem mageren Gemisch betrieben wird, sind diese giftigen Stickstoffoxide stark reduziert. Eine Erläuterung dieser Probleme der Kontrolle von Verunreinigungen ist in dem Artikel "How Clean a Car" von John B. Jeywood, Technology Review, Band 73, Nummer 8, Juni 1971» Alumni Association of the Massachusetts Institute of Technology, gegeben.the concentrations of these impurities are relatively high. On the other hand, the toxic oxides of nitrogen are in a maximum proportion present when the internal combustion engine is operating close to the correct fuel-air ratio will. If the machine is operated with either a rich mixture or a lean mixture, these are toxic Greatly reduced nitrogen oxides. An explanation of these pollution control problems is given in the How Clean a Car, "by John B. Jeywood, Technology Review, Volume 73, Number 8, June 1971," Alumni Association of the Massachusetts Institute of Technology.
Bei bekannten Lösungen des Problems der unerwünschten Verunreinigungen war es nicht möglich, bei dem Betrieb mit einer mageren Mischung eine befriedigende Lösung des Gesaratproblems zu finden, weil die Laufeigenschaften der Maschine beeinträchtigt werden, wenn die Maschine unter diesen Bedingungen überhaupt startet und läuft. Andererseits hat man sich stark mit dem Betrieb von Brennkraftmaschinen mit einer fetten Mischung befaßt, um diese Probleme auf ein Minimum herunterzudrücken. Beispielsweise kann das Problem der giftigen Oxide des Stickstoffs dadurch auf ein Minimum herabgesetzt werden, daß man eine fette Mischung wählt, die in der Nähe von dem 1,2 bis 1,3fachen des stöchiometrischen Brennstoff-Luft-Verhältnisses liegt. Dadurch ergeben sich übermäßige Konzentrationen an Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidverunreinigungen in dem Abgas, die ihrerseits durch verschiedene Vorrichtungen aus dem Abgas entfernt werden können, die entweder als thermische Reaktoren oder als Katalysereaktoren für diesen Zweck eingesetzt werden. Diese Verfahren haben zu niedrigeren Konzentrationen an Verunreinigungen in dem Abgas von Automobilen und ähnlichen,.maschinengetriebenen Einrichtungen geführt, was jedoch auf Kosten der Brennstoff-Wirtschaftlichkeit geht· Im Laufe der Zeit haben Fachleute für den Umweltschutz und auch staatliche Gesetzgebungsund Kontrollorgane noch niedrigere Verschmutzungsniveaus in Abgassystemen vorgeschrieben^ so daß ein Bedarf für noch bessere Abgasreinigungsgeräte besteht· Durch diese Geräte sollen dieIn known solutions to the problem of undesirable impurities it was not possible to find a satisfactory solution to the system problem when operating with a lean mixture because the running properties of the machine are impaired if the machine starts and runs at all under these conditions. On the other hand, you have a lot to do with the company of internal combustion engines are concerned with a rich mixture in order to minimize these problems. For example the problem of the toxic oxides of nitrogen can be reduced to a minimum by using a fat Selects mixture that is close to 1.2 to 1.3 times the stoichiometric fuel-air ratio. Through this result in excessive concentrations of hydrocarbon and carbon monoxide impurities in the exhaust gas, which in turn can be removed from the exhaust gas by various devices, either as thermal reactors or as catalytic reactors can be used for this purpose. These processes lead to lower concentrations of impurities in the exhaust gas of automobiles and similar, .machine-driven devices, but this at the expense of fuel economy goes · Over time, professionals have for environmental protection and state legislative and control bodies even lower pollution levels in Exhaust systems prescribed ^ so that there is a need for even better exhaust gas cleaning devices
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Kohlenwasserstoffe und die Kohlenmonoxide und NO aus den Abgasen der Maschinen im wesentlichen eliminiert werden. Insbesondere müssen die giftigen Oxide des Stickstoffs bis 1977 erheblich unter das Niveau von 1970 reduziert werden (Reduktion von etwa 90 #).Hydrocarbons and the carbon monoxides and NO are essentially eliminated from the exhaust gases of the engines. In particular the toxic oxides of nitrogen must be reduced considerably below the level of 1970 by 1977 (reduction of about 90 #).
Die Hauptschwierigkeit besteht nun darin, eine praktische Einrichtung zu schaffen, um die inherenten Oxide des Stickstoffs zu reduzieren, die in der Hochtemperatur-Gasatmosphäre in den Arbeitezylindern der Brennkraftmaschine gebildet werden. Von der Forschung wurde zur Lösung dieses Problems die Verwendung von Katalysereaktoren vorgeschlagen, um das Abgas einer Brennkraftmaschine nachzubehandeln. Zur Reduktion der Oxide des Stickstoffs werden dabei Katalyse-Reduktionsreaktoren verwendet, und dann werden die Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide entweder durch einen Thermoreaktor oder einen Katalyse-Oxydationsreaktor reduziert. Diese Verfahren sind in folgenden Veröffentlichungen beschrieben:The main difficulty now is finding a practical facility to reduce the inherent oxides of nitrogen that are present in the high-temperature gas atmosphere in the Working cylinders of the internal combustion engine are formed. from Research has proposed the use of catalytic reactors to solve this problem to the exhaust gas of an internal combustion engine post-treatment. Catalysis reduction reactors are used to reduce the oxides of nitrogen, and then the hydrocarbons and carbon monoxides are reduced by either a thermal reactor or a catalytic oxidation reactor. These procedures are in the following publications described:
1· Search, von General Motors Research Laboratories, Band 8, Nr. 4, Juli/August 1973 1 Search, by General Motors Research Laboratories, Volume 8, No. 4, July / August 1973
2. Artikel mit dem Titel "Exhaust System Passing Toughest Federal Tests", Machine Design, 2. November 1972, Seiten 34 bis 382. Article entitled "Exhaust System Passing Toughest Federal Tests, "Machine Design, Nov. 2, 1972, pp. 34-38
3. Artikel mit dem Titel "Calculation of Equilibrium Composition of Automotive Exhaust Gases" von Remo del Grosso, Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop.» Band 12, Nr. 3, 1973» Seiten bis 3943. Article entitled "Calculation of Equilibrium Composition of Automotive Exhaust Gases" by Remo del Grosso, Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop. " Volume 12, No. 3, 1973 »Pages to 394
Aus diesen Veröffentlichungen, die für den Stand der Technik bei der Verwendung von Katalysereaktoren repräsentativ sind, ergibt sich, daß der Katalysereaktor, der zur Steuerung von NO verwendet wird, von dem kontinuierlichen Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem Brennstoff-Luft-Verhältnis abhängt, das dauernd fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist, so daß dieses Gemisch sauerstoffarm ist, wodurch wiederum ein Übermaß an CO und Hg in dem Auspuffgas vorhanden ist, welches in dem Katalysereaktor verarbeitet werden muß. Ferner ist ein verhältnismäßigFrom these publications, which are representative of the state of the art in the use of catalytic reactors, results that the catalytic reactor, which is used to control NO, from the continuous operation of the internal combustion engine at a fuel-air ratio that is continuously richer than the stoichiometric ratio, so that this Mixture is low in oxygen, as a result of which in turn an excess of CO and Hg is present in the exhaust gas, which is in the catalytic reactor must be processed. Furthermore, a is proportionate
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geringer NO-Gehalt vorhanden, der weiter dadurch reduziert werden muß, daß das Abgas in eine Kammer mit einem Katalysator geleitet wird, der gewöhnlich aus Metall der Gruppe, in der Platin enthalten ist, oder aus basischem Metall besteht, wobei für eine optimale Wechselwirkung zwischen der Oberfläche des Katalysators und dem Auspuffgas gesorgt werden muß. Dadurch werden eine erhebliche Zahl von mechanischen und auch chemischen Problemen aufgeworfen, wenn es um die Zuverlässigkeit dieser Anlage geht. Wie aus den genannten Artikeln hervorgeht, dient der Katalysator zur Beschleunigung der chemischen Reaktionen, bei denen die Oxide des Stickstoffs zu Np reduziert werden usw. Wenn die Maschine nicht mit einer Mischung mit einem fetten Brennstoff-Luft-Verhältnis gefahren wird, ist der NO-Katalysator unwirksam, weil die Abgasmischung nicht mehr reduzierend ist. Ferner wurde festgestellt, daß die hier zur Verfügung stehenden Brennstoffsorten Gifte enthalten, die die verschiedenen Typen der bisher bekannten Katalysereaktoren beeinträchtigen. Daher wurde von Regierungsstellen 1975 ein Standardbenzin sowohl bezüglich des Blei-, als auch des Phosphorgehalts definiert. Sonst kann der Katalysereaktor, wie er bisher bekannt ist, keine praktische und zuverlässige Alternativlösung für das Problem liefern, wie die Verunreinigungen in den Abgasen der Brennkraftmaschine auf Niveaus herabgesetzt werden können, die von den Regierungsgesetzen vorgeschrieben werden. Ferner hat der Katalysereaktor zur Reduktion von Verunreinigungen in Abgasen ein Problem bei der Warmlaufzeit. Während das NO-Niveau in dem Abgas verhältnismäßig gering ist, weil die während dem Warmlaufen verwendete Mischung fett ist, sind der CO- und der Kohlenwasserstoff gehalt während dieser Zeitdauer auf einem sehr hohen Niveau, und die hauptsächliche Steuereinrichtung für die Kohlenwasserstoffe und CO1 die stromab von der Maschine und dem NO-Reaktor liegen, sind durch den NO-Katalysereaktor abgeschirmt (der eine große Katalysatorfläche hat), der die Abgase anfänglich kühlt, bevor sie in die primäre Steuereinrichtung (der zweite Reaktor oder Umsetzer) eintreten« Bevor der Gehalt an Kohlenwasserstoffen und CO von dem zweiten Reaktor gesteuert werden kann, müssen daher die Oberflächen in dem ersten Reaktorlow NO content present, which must be further reduced by passing the exhaust gas into a chamber with a catalyst, usually made of metal of the group in which platinum is contained, or of basic metal, with for optimal interaction between the surface of the catalytic converter and the exhaust gas must be taken care of. This poses a significant number of mechanical and chemical problems when it comes to the reliability of this system. As can be seen from the articles mentioned, the catalyst serves to accelerate the chemical reactions in which the oxides of nitrogen are reduced to Np, etc. If the engine is not run with a mixture with a rich fuel-air ratio, the NO- Catalyst ineffective because the exhaust gas mixture is no longer reducing. It was also found that the types of fuel available here contain poisons which impair the various types of catalytic reactors known to date. Therefore, a standard gasoline was defined by government agencies in 1975 with regard to both lead and phosphorus content. Otherwise the catalytic reactor, as it is known heretofore, cannot provide a practical and reliable alternative solution to the problem of how the impurities in the exhaust gases of the internal combustion engine can be reduced to levels which are prescribed by government law. Furthermore, the catalytic reactor for reducing impurities in exhaust gases has a problem with the warm-up time. While the NO level in the exhaust gas is relatively low because the mixture used during warm-up is rich, the CO and hydrocarbon levels are at a very high level during this period, and the main control device for the hydrocarbons and CO 1 Downstream of the engine and the NO reactor are shielded by the NO catalytic reactor (which has a large catalyst area) which initially cools the exhaust gases before they enter the primary control device (the second reactor or converter) before the content of hydrocarbons and CO can be controlled from the second reactor, the surfaces in the first reactor must therefore
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auf die richtige Betriebstemperatur gebracht werden, lösungen dieses Warmlaufproblems führen zu Komplikationen in der Anlage, die eine erhebliche Auswirkung auf die Zuverlässigkeit des Katalysereaktors haben, der bei dieser Problemlösung verwendet wird.brought to the correct operating temperature, solutions this warm-up problem lead to complications in the system, which has a significant impact on the reliability of the catalytic reactor used in this troubleshooting.
Es ist daher nicht sicher, daß der Katalysereaktor die Zuverlässigkeitsbedingungen der staatlichen Verordnungen erfüllt, die vorschreiben, daß die Abgasreinigung bei Automobilen während einer Dauer von 5 Jahren oder während einer Fahrleistung von 50 000 Meilen immer noch die gesetzlichen Vorschriften erfüllt .It is therefore not certain that the catalytic reactor meets the reliability conditions Meets government regulations that require exhaust gas cleaning in automobiles during still complies with legal requirements for 5 years or 50,000 miles .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Verunreinigungen anzugeben, die in den Abgasen aus einer Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoffen enthalten sind. Insbesondere sollen die unerwünschten Oxide des Stickstoffs, Kohlenmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffe reduziert werden, die im Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten sind.The invention is therefore based on the object of a new and improved method and a device for controlling the Report impurities contained in the exhaust gases from a combustion of hydrocarbon fuels. In particular the unwanted oxides of nitrogen, carbon monoxide and / or hydrocarbons are to be reduced are contained in the exhaust gas of an internal combustion engine.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung wird die Reduktion der Oxide des Stickstoffs in dem Abgas der Brennkraftmaschine dadurch beschleunigt, daß das Abgas mit einer bestimmten Zusammensetzung in einem Temperaturbereich gehalten wird, der diese Reduktionsreaktion beschleunigt, so daß die Reaktion in einer kurzen Zeitdauer stattfindet, die von dieser Temperatur abhängt. According to one aspect of the invention, the reduction of the oxides of nitrogen in the exhaust gas of the internal combustion engine is thereby achieved accelerates that the exhaust gas is kept with a certain composition in a temperature range that this Reduction reaction is accelerated so that the reaction takes place in a short period of time, which depends on this temperature.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt wird die Reduktion der Oxide des Stickstoffs dadurch beschleunigt, daß unverbrannter Kohlenwasserstoff brennst off in ein sauerstoffarmes (fettes) Verbrennungsprodukt, welches die Reduktion von NO beschleunigt, und mit' einer genügend hohen Temperatur eingeführt wird, wobei die Beschleunigung zu einer praktisch annehmbaren, kurzen Reaktionszeit führt. Im Temperaturbereich von 2200 ° bis 2600 ° Rankine (absolute Temperaturskala in ° Fahrenheit) liegen dieAccording to a further aspect, the reduction of the oxides of nitrogen is accelerated by the fact that unburned hydrocarbons burns off in a low-oxygen (fat) combustion product, which accelerates the reduction of NO, and is introduced at a sufficiently high temperature, the Acceleration to a practically acceptable, short response time leads. The
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zugehörigen Reaktionszeiten zum. Beispiel näherungsweise zwischen 100 und 10 Millisekunden.associated response times for. Example approximately between 100 and 10 milliseconds.
Die Oxide des Stickstoffs in den Verbrennungsprodukten der Brennkraftmaschine werden dadurch reduziert, daß die Gase einer bestimmten Temperatur während einer ausreichenden Zeit unterworfen werden, um die Oxide des Stickstoffs ohne die Anwesenheit eines Katalysators zu reduzieren und gleichzeitig das Abgas bei einer Temperatur und einer Zusammensetzung zu halten, die, wenn sie mit der Luft in einem Thermoreaktor zusammengebracht wird, zu einer Temperatur des Abgases in diesem Reaktor führt, die zu einer schnellen Umsetzung des Kohlenmonoxids in Kohlendioxid und der Kohlenwasserstoff—Verbrennungsprodukte in Wasser und Kohlendioxid während einer Zeitdauer führt, die zu kurz ist, als daß eine unerwünschte Neubildung von Stickstoffoxiden bewirkt wird.The oxides of nitrogen in the combustion products of the internal combustion engine are reduced by the fact that the gases be subjected to a certain temperature for a sufficient time to remove the oxides of nitrogen without the presence of a catalytic converter and at the same time to reduce the exhaust gas at a temperature and a composition keep that when exposed to air in a thermoreactor leads to a temperature of the exhaust gas in this reactor which leads to a rapid conversion of the carbon monoxide in carbon dioxide and the hydrocarbon combustion products in water and carbon dioxide for a period of time which is too short for an undesired regeneration of Nitrogen oxides is effected.
Es ist vorteilhaft,, daß die Oxide des Stickstoffs in den Verbrennungsprodukten einer Brennkraftmaschine durch eine Einrichtung reduziert werden, die9 weil sie hauptsächlich die Temperatur-Zeit-Reaktionscharakteristik der Gase ausnutzt, keinen Einschränkungen der Zuverlässigkeit weder mechanischer noch chemischer Natur unterworfen ist, die sich bei Verwendung von heißen Katalysatorflächen oder Wänden ergeben. Bei der Reduktion der Verunreinigungen, der Oxide des Stickstoffs, der Kohlenmonoxide und Kohlenwasserstoffe in den Verbrennungsprodukten einer Brennkraftmaschine ist es gemäß der Erfindung noch vorteilhaft, daß diese Reduktion nicht kritisch von der Spezifizierung des Brennstoffs in Bezug auf geringen Phosphor- und/oder Bleigehalt abhängt, so daß keine anderen Brennstoffe verwendet werden müssen als die, die heutzutage im Handel erhältlich sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die Brennkraftmaschine nicht bei einem bestimmten Brennstoff-Luft-Verhältnis gefahren werden muß.It is advantageous ,, that the oxides of nitrogen are reduced in the products of combustion of an internal combustion engine by a device 9 because it mostly the temperature-time response characteristic utilizing the gases, no restrictions on the reliability, neither mechanical nor chemical nature is subjected, which when using hot catalyst surfaces or walls. When reducing the impurities, the oxides of nitrogen, the carbon monoxides and hydrocarbons in the combustion products of an internal combustion engine, it is also advantageous according to the invention that this reduction does not depend critically on the specification of the fuel in terms of low phosphorus and / or lead content, so that no fuels other than those commercially available today do not have to be used. Another advantage is that the internal combustion engine does not have to be operated at a specific fuel-air ratio.
Nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung abgegeben, um die StickstoffoxideIn another aspect of the invention there is a method and a device dispensed to remove the nitrogen oxides
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dadurch zu reduzieren, daß in die Verbrennungsprodukte in jedem •Arbeitszylinder unverbrannte Kohlenwasserstoffe eingeführt werden, nachdem der Kolben den oberen Totpunkt durchlaufen hat, das heißt während des Expansionshubes. Dadurch werden die Stickstoffoxide reduziert, während sich die Abgase noch in dem Arbeitszylinder befinden.by introducing unburned hydrocarbons into the combustion products in each working cylinder, after the piston has passed through top dead center, that is, during the expansion stroke. This will make the Reduced nitrogen oxides while the exhaust gases are still in the working cylinder.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung liegt darin, daß die · Stickstoffoxide dadurch reduziert werden, daß ein Element in den Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine in dem Zwischenraum oberhalb des Kolbens in den Weg der Verbrennungsprodukte während des Expansionshubes eingeführt wird, das durch die Verbrennungsprodukte erhitzt wird und zusammen mit den Kohlenwasserstoffen, die von den Wänden des Arbeitszylinders während des Expansionshubes abgestreift werden, die Zeit-Temperatur-Bedingungen herstellt, durch die die giftigen Oxide des Stickstoffs reduziert werden.Another aspect of the invention is that the nitrogen oxides are reduced by the fact that an element in the working cylinder of an internal combustion engine in the space is introduced above the piston in the path of the products of combustion during the expansion stroke passed through the products of combustion is heated and together with the hydrocarbons released from the walls of the working cylinder during the Expansion stroke is stripped, which creates time-temperature conditions through which the toxic oxides of nitrogen be reduced.
Bei der Erfindung wird im wesentlichen eine bisher nicht ausgenutzte Charakteristik von gasförmigen Verbrennungsprodukten benutzt, die einen hohen Gehalt an Stickstoffoxid in Anwesenheit eines Überschusses an Kohlenwasserstoffen in einer verhältnismäßig sauerstoffarmen Mischung enthalten, so daß das Reaktionsgleichgewicht der Stickstoffoxide beschleunigt erreicht wird. Die Erfindung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden.In the invention, a heretofore unexploited one is essentially Characteristic of gaseous combustion products used, which have a high content of nitrogen oxide in the presence an excess of hydrocarbons contained in a relatively low-oxygen mixture, so that the reaction equilibrium of the nitrogen oxides is reached more quickly. The invention can be carried out in various ways.
In einem Pail werden die Verbrennungsprodukte des Arbeitszylinders in das Auspuffsystem geleitet und an eine NO-Reduktionskammer abgegeben, in der die gasförmigen Produkte wenigstens die Wasserstoffe enthalten, die in dem Zylinder nicht verbrannt worden sind, weil sie sich in der Nähe der kühlen Zylinderwände befunden haben. Die gasförmigen Kohlenwasserstoffe dienen zur Beschleunigung des Abbaus der Oxide des Stickstoffs zu dem Gleichgewichtszustand. Gleichzeitig wird die Gasmischung durch eine Wärmequelle beheizt, die die Temperatur der gasförmigen Produkte anhebt, damit das Gleichgewicht der Stickstoffoxide schneller erreicht wird. Die Temperatur der gasförmigenThe combustion products of the working cylinder are in a pail directed into the exhaust system and to an NO reduction chamber delivered in which the gaseous products contain at least the hydrogen that is not burned in the cylinder because they were near the cool cylinder walls. The gaseous hydrocarbons are used for Accelerating the breakdown of the oxides of nitrogen to the equilibrium state. At the same time the gas mixture is through a heat source is heated, which raises the temperature of the gaseous products, thus the equilibrium of nitrogen oxides is reached faster. The temperature of the gaseous
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Verbrennungsprodukte wird s.o angehoben, daß die Stickstoffoxide in einer Reaktionszeit und in einem Volumen auf ein annehmbares Niveau reduziert werden, das in einem vernünftigen Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine steht. Beispielsweise reicht eiae Zeitdauer von 10 bis 100 Millisekunden aus, um den NO-Gehalt zu reduzieren, wenn die Reaktionstemperatur im Bereich von etwa 2600 ° bis 2200 ° Rankine liegt und ein Druck von 1 Atmosphäre herrscht. Das Abgas hat dann eine Temperatur, die hoch genug ist, damit bei Zugabe von Luft eine schnelle thermische Reaktion erzielt wird, durch die unerwünschtes Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und unerwünschte Kohlenwasserstoffe zu Wasser und Kohlendioxid während einer Zeitdauer reduziert werden, die zu kurz ist, als daß Oxide des Stickstoffs neu erzeugt werden könnten. Combustion products is raised so that the nitrogen oxides can be reduced to an acceptable level in response time and volume, in a reasonable context with the internal combustion engine. For example, a period of 10 to 100 milliseconds is sufficient to measure the NO content reduce when the reaction temperature is in the range of about 2600 ° to 2200 ° Rankine and a pressure of 1 atmosphere prevails. The temperature of the exhaust gas is high enough for a rapid thermal reaction when air is added is achieved by turning the unwanted carbon monoxide into carbon dioxide and unwanted hydrocarbons into water and Carbon dioxide can be reduced for a period of time which is too short for oxides of nitrogen to be regenerated.
In einem anderen Pail wird die Arbeitskammer des Zylinders, der die unerwünschten Oxide des Stickstoffs erzeugt, während des Expansionshubes des Kolbens, der auf das Durchlaufen des oberen Totpunktes folgt, als Reduktionakammer dadurch verwendet, daß den Verbrennungsprodukten eine vorgewählte Menge an Kohlenwasserstoffen in Gasform zu einem Zeitpunkt zur Verfugung gestellt wird, wenn die Temperatur in den gasförmigen Abgasprodukten bereits bei einer geeigneten Reduktionstemperatur liegt, die auf das Volumen und die Zeitdauer des Expansionshubes in dem Arbeitszylinder abgestimmt ist. Wenn die Verbrennungsprodukte an dem Zeitpunkt, an dem die Kohlenwasserstoffe zugegeben werden, nicht sauerstoffarm sind, erzeugen in diesem Fall die ersten Kohlenwasserstoffe anfänglich einen solchen Zustand als Zwischenstufe, bei dem die restlichen Kohlenwasserstoffgase dann die Stickstoffoxide in der genannten Weise reduzieren.In another pail is the working chamber of the cylinder, the the unwanted oxides of nitrogen generated during the expansion stroke of the piston, which is due to the passage through the top Dead center follows, used as a reduction chamber in that a preselected amount of hydrocarbons in gaseous form available to the combustion products at a time when the temperature in the gaseous exhaust gas products is already at a suitable reduction temperature, the the volume and the duration of the expansion stroke in the working cylinder is coordinated. When the products of combustion are on the time at which the hydrocarbons are added are not low in oxygen, in this case generate the first Hydrocarbons initially have such a state as an intermediate stage in which the remaining hydrocarbon gases then reduce the nitrogen oxides in the manner mentioned.
In einem anderen Fall wird die Arbeitskammer des Zylinders, der die unerwünschten Stickstoffoxide erzeugt, als Reduktionskammer während des Auspuffhubs des Kolbens benutzt, indem die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die von den Wänden des Zylinders während des Auspuffhubs abgestreift werden, verwendet werden, und die sauerstoffarme Abgasmischung dadurch aufgeheizt wird,In another case, the working chamber of the cylinder that generates the undesired nitrogen oxides is used as the reduction chamber used during the exhaust stroke of the piston by removing the unburned Hydrocarbons stripped from the walls of the cylinder during the exhaust stroke are used, and the low-oxygen exhaust gas mixture is heated up as a result,
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daß sie über eine heiße, ungekühlte Oberfläche in dem Auspuffweg in dem Verdichtungsvolumen der Arbeitskammer geleitet wird. Die heiße Fläche wird durch die Verbrennungsprodukte aufgeheizt. that it is passed over a hot, uncooled surface in the exhaust path in the compression volume of the working chamber. The hot surface is heated up by the combustion products.
Nach einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung wird die mit Kohlenwasserstoffbrennstoff betriebene Verbrennungseinrichtung anfänglich so betrieben, daß ein an Brennstoff mageres Verbrennungsprodukt mit. Stickstoffoxiden und einem Überschuß an Sauerstoff erzeugt wird. Als vorbereitender Schritt wird eine bestimmte Menge von unverbrannten Kohlenwasserstoffen wenigstens einem Teil des an Brennstoff mageren Verbrennungsproduktes zugeführt, wobei die unverbrannten Kohlenwasserstoffe ausreichen, um den überschüssigen Sauerstoff zu entfernen und dadurch das resultierende Verbrennungsprodukt' sauerstoffarm zu machen.According to a special embodiment of the invention, the combustion device operated with hydrocarbon fuel is used initially operated so that a fuel-lean combustion product with. Nitrogen oxides and an excess of oxygen is produced. As a preparatory step, a certain Amount of unburned hydrocarbons supplied to at least part of the fuel-lean combustion product, the unburned hydrocarbons being sufficient to remove the excess oxygen and thereby the resulting combustion product 'to make oxygen deficient.
Die Erfindung kann speziell.-wie-, folgt zusammengefaßt werden: Die gasförmigen Wasserstoffe in den Verbrennungsprodukten v/erden bei einer genügend hohen Temperatur in einem entsprechend ausgewählten, abgeschlossenen Volumen zusammengebracht, so daß die Reduktion der Stickstoffoxide in solchem Maße beschleunigt wird, daß das NO auf ein annehmbares Niveau in einer vorgewählten Reaktionszeit reduziert wird, die zu dem Volumen in Beziehung steht. Die Reaktionszeit, das Volumen und die Temperatur werden auf die Kennwerte der Verbrennungsmaschine abgestimmt.The invention can be specifically summarized as follows: The gaseous hydrogens in the combustion products v / ground at a sufficiently high temperature in a corresponding manner selected closed volume brought together, so that the reduction of nitrogen oxides accelerated to such an extent that the NO is reduced to an acceptable level in a preselected response time that is related to the volume stands. The reaction time, the volume and the temperature are matched to the parameters of the internal combustion engine.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention will now be based on the enclosed Drawings described. Show it:
Fig. 1 eine vereinfachte, schematische Darstellung von einem Zylinder einer durch Zündfunken gezündeten Brennkraftmaschine, um die Erfindung zu erläutern;1 shows a simplified, schematic representation of a cylinder of a spark ignited internal combustion engine to explain the invention;
Fig. 2 eine vereinfachte, graphische Darstellung, die die Zusammensetzung der Auspuffgase des Arbeitszylinders von Figur 1 bei verschiedenen Brennstoff-Luft-Verhältnissen zeigt;Fig. 2 is a simplified graph showing the composition of the exhaust gases of the working cylinder of Figure 1 shows at different fuel-air ratios;
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Figur 3 ein Blockdiagramm der Bestandteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer einfachen Form, wie sie an eine Quelle von Verbrennungsprodukten von Kohlenwasserst off brennst offen angeschlossen ist;FIG. 3 shows a block diagram of the components of the device according to the invention in a simple form as shown a source of combustion products of hydrocarbon off burning is connected openly;
Fig. 4 ein detaillierteres Blockdiagramm, das die Reduktionseinrichtung zur Kontrolle der Stickstoffoxide bei einer Brennkraftmaschine, gefolgt von einer Oxydationseinrichtung, zeigt, um die restlichen Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu entfernen;Figure 4 is a more detailed block diagram showing the reducer for the control of nitrogen oxides in an internal combustion engine, followed by an oxidation device, shows the remaining hydrocarbons and remove carbon monoxide;
Fig. 5 a bis 5 k alternative Verfahren im Rahmen der Erfindung, bei denen die Reduktion des giftigen NO in der Arbeitskammer durchgeführt wird, wobei; Fig. 5 a zeigt, wie flüssige Kohlenwasserstoffe in die Arbeitskammer durch herkömmliche Brennstoffeinspritzung nach Beginn und während des Expansionshubes des Arbeitszylinders eingespritzt werden; Fig. 5 a to 5 k alternative methods in the context of Invention in which the reduction of the toxic NO is carried out in the working chamber, wherein; Fig. 5a shows how liquid hydrocarbons are injected into the working chamber by conventional fuel injection are injected after the start of and during the expansion stroke of the working cylinder;
Fig. 5 b eine andere Einrichtung zeigt, bei der Kohlenwasserstoffe in den Arbeitszylinder nach der anfänglichen Explosion während des Expansionshubes dadurch eingeführt werden, daß mit Öffnungen versehene Hohlräume in der Oberseite des Kolbens verwendet werden;Fig. 5 b shows another device in which hydrocarbons in the working cylinder after initial explosion can be introduced during the expansion stroke that provided with openings Cavities are used in the top of the piston;
Fig. 5 c ein alternatives Verfahren zeigt, bei dem kleine Hohlräume mit Verbindungsöffnungen in dem oberen Teil des Arbeitszylinders in dem Verdichtungsraum in einer Weise angeordnet sind, daß die Verteilung von unverbrannten, gasförmigen Kohlenwasserstoffen nach der anfänglichen Explosion während des Expansionshubes erleichtert wird;Fig. 5c shows an alternative method in which small cavities with communication openings in the upper Part of the working cylinder are arranged in the compression chamber in such a way that the distribution of unburned, gaseous hydrocarbons after the initial explosion during the expansion stroke will;
Fig. 5 d ein weiteres, alternatives Verfahren ähnlich wie Fig. 5 c zeigt, bei dem ein Hohlraum mit Öffnungen an der Oberseite des Zylinders in einer Weise angeordnet ist, um die Verteilung von unverbrannten, gasförmigen Kohlenwasserstoffen nach der anfänglichen Explosion während des Expansionshubes zu erleichtern;FIG. 5 d shows a further, alternative method similar to FIG. 5 c, in which a cavity with openings at the top of the cylinder is arranged in such a way as to reduce the distribution of unburned, gaseous To ease hydrocarbons after the initial explosion during the expansion stroke;
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Fig. 5 e ein alternatives Verfahren zeigt, bei dem ein Hohlraum zum Einschluß von unverbrannten Kohlenwasserstoffen mit der Arbeitskammer durch ein Venturirohr verbunden ist;Fig. 5e shows an alternative method in which a cavity for trapping unburned hydrocarbons is connected to the working chamber by a venturi tube;
Fig. 5 f eine ähnliche Anordnung wie Figur 5 e zeigt mit der Ausnahme, daß in den Hohlraum Kohlenwasser— Stoffbrennstoff gegeben wird, um zusätzliche Kohlenwasserstoffe zu den Gasen zu liefern, die den Hohlraum zu dem Zylinder verlassen; Fig. 5g eine in ihrer Funktion ähnliche Anordnung wie die Figuren 5 e und 5 f zeigt, wobei ebenfalls überschüssiger Brennstoff zugeführt wird; Fig. 5 h eine Anordnung zeigt, bei der die Arbeitskammer als Reduktionskammer für NO verwendet wird, wie es bei den Anordnungen nach den Figuren 5 a bis 5 g der Fall ist, wobei jedoch die Reduktion während des Auspuffhubes statt während des Expansionshubes dadurch erreicht wird, daß die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die von den Zylinderwänden während des Auspuffhubes abgestreift werden, verwendet und beheizte, ungekühlte, von den Verbrennungsgasen aufgeheizte Flächen in dem Weg der Verbrennungsgase benutzt werden; undFIG. 5f shows an arrangement similar to FIG. 5e, with the exception that hydrocarbons enter the cavity. Fuel fuel is added to deliver additional hydrocarbons to the gases that make up the cavity to leave the cylinder; 5g shows an arrangement that is similar in function as FIGS. 5e and 5f show, with excess fuel also being supplied; Fig. 5h shows an arrangement in which the working chamber is used as a reduction chamber for NO, as is the case with the arrangements according to FIGS. 5 a to 5 g, but with the reduction during of the exhaust stroke instead of during the expansion stroke is achieved in that the unburned hydrocarbons, which are stripped from the cylinder walls during the exhaust stroke, used and heated, Uncooled surfaces heated by the combustion gases in the path of the combustion gases to be used; and
Fig. 6 bis 12 verschiedene Ausführungen von Zündkerzen, die erfindungsgemäß ausgestaltet sind.6 to 12 different versions of spark plugs which are designed according to the invention.
Wie bereits erwähnt wurde, ist die Erzeugung von giftigen Stickstoffoxiden in den Verbrennungsprodukten von Kohlenwasserst off brennst of fen das schwierigste Problem bei der Steuerung der Umweltverschmutzung von solch einer Verbrennung. Figur zeigt, daß die Verbrennung entweder mit fettem Brennstoff oder mit magerem Brennstoff durchgeführt werden muß, um die Erzeugung von NO während der Verbrennung auf ein Minimum herabzusetzen. Kriterien der Praxis scheinen zu verlangen, daß solche Brennkraftmaschinen, wie durch Zündfunken gezündete Brennkraftmaschinen, mit fettem Brennstoff arbeiten, um die Erzeugung von NO aufAs mentioned earlier, the generation of toxic oxides of nitrogen is in the products of combustion of hydrocarbons off burning the most difficult problem with the control the pollution from such an incineration. Figure shows that combustion is either with rich fuel or must be carried out on lean fuel in order to minimize the production of NO during combustion. Practical criteria seem to require that such internal combustion engines, such as internal combustion engines ignited by ignition sparks, work on rich fuel to increase the production of NO
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Niveaus zu reduzieren, die den immer strikter werdenden Anforderungen zu genügen. Tatsächlich muß auch dann das Auspuffgas noch einer weiteren NO-Reduktion nach der Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxidreduktion unterworfen werden, wodurch sich die oben genannten, unerwünschten Konsequenzen ergeben. In diesem Zusammenhang lehrt die Erfindung, daß .die Reduktion von NO in dem Abgas auf annehmbare Werte in den Verbrennungsprodukten in einer annehmbaren Zeitdauer erfordert, daß das Auspuffgas einer Temperatur unterworfen wird, die höher als die Temperatur ist, die in dem Auspuffsystem außerhalb der Arbeitskammer des Zylinders in einer Brennkraftmaschine auftreten würde, und daß ferner erforderlich ist (wie an sich bekannt), daß das Auspuffgas bezüglich Sauerstoff abgemagert sein und einen erheblichen Betrag an Kohlenwasserstoffen in Gasform enthalten muß, wobei kein Katalysator anwesend sein muß, der bekanntlich mit solch hohen Temperaturen nicht verträglich ist.Reduce levels that meet the increasingly stringent requirements to suffice. In fact, the exhaust gas still has to undergo a further NO reduction after the hydrocarbon and carbon monoxide reduction, thereby giving rise to the above undesirable consequences. In this In context, the invention teaches that the reduction of NO in the exhaust gas to acceptable levels in the combustion products in a reasonable amount of time requires that the exhaust gas be subjected to a temperature higher than the temperature, those in the exhaust system outside the working chamber of the cylinder would occur in an internal combustion engine, and that it is also necessary (as is known per se) that the exhaust gas must be lean in oxygen and contain a substantial amount of hydrocarbons in gaseous form, wherein no catalyst has to be present which is known to be incompatible with such high temperatures.
Der Arbeitszylinder einer Brennkraftmaschine mit Funkenzündung ist in Figur 1 gezeigt. Die Maschine arbeitet mit einer fetten Brennstoffmischung,, und ihr Kolben ist nahe bei dem unteren Totpunkt (UTP) und beginnt seinen Auspuffhub (das Auspuffventil öffnet sich gerade)· Die durch die Energie expandierten Gase haben eine Temperatur von etwa 2600 ° Rankine. Wenn das Auspuffventil sich öffnet, fällt die Temperatur des in dem Zylinder befindlichen Gases stark auf etwa 2000 ° Rankine ab und bewegt sich in das Auspuffsystem unter einem Druck von etwa 1 Atmosphäre in die Kammer 15· Theoretisch wurde der Kohlenwasserstoff, der in dem Arbeitszylinder in Gasform vorlag, während der Verbrennung verbrannt. Ein gewisser Teil des Kohlenwasserstoffs wird jedoch von den gekühlten Wänden während der Verbrennung gekühlt und steht während des Expansionshubes nicht für die Verbrennung zur Verfügung. Dieser Kohlenwasserstoff wird während des Auspuffhubs von den Wänden abgestreift und mischt sich mit den heißen Auspuffgasen und bewegt sich mit den expandierten Gasen in das Auspuffsystem und die Kammer 15 zusammen mit HpO, CO2 und anderen Verbrennungsprodukten einschließlich den unerwünschten, hauptsächlichen Verunreinigungen NO und The working cylinder of an internal combustion engine with spark ignition is shown in FIG. The engine operates on a rich fuel mixture, and its piston is close to bottom dead center (BDC) and begins its exhaust stroke (the exhaust valve is just opening). The gases expanded by the energy have a temperature of around 2600 ° Rankine. When the exhaust valve opens, the temperature of the gas in the cylinder drops sharply to about 2000 ° Rankine and moves into the exhaust system under a pressure of about 1 atmosphere into the chamber 15. Theoretically, the hydrocarbon in the working cylinder was in Gaseous form was present, burned during combustion. However, some of the hydrocarbon is cooled by the cooled walls during combustion and is not available for combustion during the expansion stroke. This hydrocarbon is stripped from the walls during the exhaust stroke and mixes with the hot exhaust gases and moves with the expanded gases into the exhaust system and chamber 15 along with HpO, CO 2 and other combustion products including the undesirable major contaminants NO and
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CO. Dieser Kohlenwasserstoff ist in Figur 2 als gestrichelte Linie gezeigt, um anzudeuten, daß er sich in einem anderen Zustand als das Verbrennungsproduktbbefindet. Aus praktischen Gesichtspunkten, beispielsweise Y/irtschaftlichkeit (Kilometer— fahrleistung pro Brennstoff-Mengeneinheit), und technischen Problemen, wie Ölverdünnung und Kohlenstoffbildung, ist es nicht ratsam, mit einer solch, fetten Mischung zu fahren, daß das NO in dem Auspuffsystem so weit reduziert wird, daß die immer strenger werdenden Richtlinien erfüllt sind. Daher kann die Kammer 15 als NO-Reduktionskammer dienen. Darauf folgt eine zweite Kammer (nicht gezeigt), um die restlichen Kohlenwasserstoffe und CO zu reduzieren. Gemäß dem Stand der Technik wäre die Kammer 15 ein Katalyserealetor, der viele Katalysatorflächen aufweist, um die Reduktion von RO zu N„ zu beschleunigen usw. Es ist bekannt, daß für Katalysereaktoren die Anwesenheit von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in der Kammer 15 kritisch ist, um die NO-Reduktion zu beschleunigen. Es ist jedoch auch, bekannt, daß diese Konienwasserstoffe ohne Katalysator ausreichen, wenn die Temperatur der Gase in der Kammer 15 auf einer Temperatur nahe der Temperatur gehalten wird, die in dem Arbeitszylinder unmittelbar vor dem Öffnen des Auspuffventils vorhanden ist. In Figur 1 ist eine Heizung gezeigt, um dieses Prinzip zu verdeutlichen. Diese Heizung würde (gemäß der Lehre der Erfindung) die Gase in der Kammer 15 auf einen Temperaturbereich von 2200 ° bis 2600 ° Rankine aufheizen, wobei dieser Temperaturbereich unter Berücksichtigung der entsprechenden Reaktionszeit und des Volumens der Kammer 15 bestimmt ist. In der Praxis ist die Heizung jedoch nicht notwendig, wenn ein Wärmeverlust (und der damit verbundene Temperaturabfall) in dem Durchgang zwischen dem Arbeitszylinder und der Kammer 15 verhindert wird. Alternativ kann der Arbeitszylinder selbst als NO-Reduktionskammer nach der anfänglichen Explosion und während des letzten Teiles des Expansionshubes, bevor das Auspuffventil geöffnet wird, dienen, wenn gasförmige Kohlenwasserstoffe in jeden der Arbeitszylinder während der letzten Stufen des Expansionshubes eingespritzt werden, so daß das darin befindliche NO reduziert wird. Diese Lösung wird im folgenden in Zusammenhang mit denCO. This hydrocarbon is shown as a dashed line in Figure 2 to indicate that it is in a different state than the combustion product. From a practical point of view, for example Y / economic efficiency (kilometers mileage per unit of fuel), and technical problems such as oil dilution and carbon formation it is not advisable to use such a rich mixture that the NO in the exhaust system is reduced to such an extent that the increasingly strict guidelines are met. Therefore, the chamber 15 can serve as a NO reduction chamber. This is followed by a second chamber (not shown) to reduce residual hydrocarbons and CO. According to the state of the art, this would be the chamber 15 has a catalytic converter which has many catalytic surfaces in order to accelerate the reduction of RO to N ", etc. It is known that the presence of gaseous hydrocarbons in chamber 15 is critical for catalytic reactors, to accelerate the NO reduction. However, it is also known that these hydrocarbons are sufficient without a catalyst, when the temperature of the gases in the chamber 15 is at a temperature is kept close to the temperature present in the working cylinder just before the exhaust valve is opened is. A heater is shown in FIG. 1 to illustrate this principle. This heater would (according to the teaching of the invention) the gases in the chamber 15 to a temperature range of Heat up from 2200 ° to 2600 ° Rankine, this temperature range taking into account the corresponding reaction time and the volume of the chamber 15 is determined. In practice, however, heating is not necessary if there is a loss of heat (and the associated temperature drop) in the passage between the working cylinder and the chamber 15 is prevented. Alternatively, the working cylinder itself can be used as a NO reduction chamber after the initial explosion and during the last part of the expansion stroke before the exhaust valve is opened, serve when gaseous hydrocarbons enter each of the working cylinders during the final stages of the expansion stroke be injected so that the NO contained therein is reduced. This solution is discussed below in connection with the
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Figuren 5 a bis 5 k beschrieben. Es ist zu beachten, daß die Kohlenwasserstoffe, die, wie oben erwähnt wurde, bei den Zylinderwänden und der Stirnseite des Kolbens in einem Zustand niedriger Temperatur vorhanden sind, in dem Zylinder zum Zwecke der NO-Reduktion während des Expansionshubes nicht zur Verfügung stehen. Gemäß Figur 5 h werden jedoch ,die Kohlenwasserstoffe von den Zylinderwänden während des Auspuffhubes abgestreift und an ungekühlten, geheizten Flächen im Mege der Auspuffgase zur Reduktion von NO in der Arbeitskammer während des Auspuffhubes verwendet·Figures 5 a to 5 k described. It should be noted that the hydrocarbons which, as mentioned above, are present in the cylinder walls and the end face of the piston in a low temperature state are not available in the cylinder for the purpose of NO reduction during the expansion stroke. According to Figure 5, the hydrocarbons are, however, stripped away from the cylinder walls during the exhaust stroke and used at non-refrigerated, heated surfaces in Mege of exhaust gases for the reduction of NO in the working chamber during the exhaust stroke h ·
Bisher war man der Meinung, daß ein Katalysator zusammen mit einer reduzierenden Mischung von Auspuffgasen zur NO-Reduktion in einer praktisch annehmbaren Zeit erforderlich ist. Man hat anerkannt, daß das Brennstoff-Luft-VerMltnis einer fetteren als der stöchiometrischen Mischung vorliegen muß, um sicherzustellen, daß die Mischung sauerstoffarm ist. Es wurde allgemein angenommen, daß CO und Hg als Reaktionsmittel erforderlich sind, wenn ein Katalysereaktor angewendet wurde. Es wurde jedoch nicht erkannt, daß eine klare Alternative dadurch gegeben ist, daß die NO-Reduktion durch Zugabe von Kohlenwasserstoffen und durch Anheben der Temperatur der Gase beschleunigt werden kann. Beispielsweise könnte die Temperatur des Auspuffgases auf den vorher nicht untersuchten Bereich von 2200 ° bis 2600 ° Rankine während einer verhältnismäßig kurzen Zeitdauer (100 bis 10 Millisekunden respektive) angehoben und dort gehalten werden. Dadurch wird das NO entfernt,, und gleichzeitig muß man nicht auf Katalysatormaterialien mit all ihren Nachteilen der mechanischen und chemischen Stabilität bei Langzeitbetrieb zurückgreifen. Dieser langzeitbetrieb ist jedoch für dan erfolgreichen Einsatz solch einer Anlage bei der Abgasreinigung wesentlich. Daraus wird erheblicher Nutzen gezogen, weil die Verwendung von Katalysereaktoren viele Probleme im Zusammenhang mit Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit bzw. Kosten mit sich bringt« Iin wesentlichen beruht die Erfindung somit darauf, daß die Rückführung von NO in seinen Gleichgewichtszustand von N2 usw. dadurch beschleunigt werden kann^ daß die das NO enthaltenden Gase mit einer geeigneten Zusammensetzung auf einem bestimmtenHeretofore it has been believed that a catalytic converter is required along with a reducing mixture of exhaust gases to reduce NO in a practically acceptable time. It has been recognized that the fuel to air ratio must be a richer than stoichiometric mixture to ensure that the mixture is oxygen deficient. It was generally believed that CO and Hg were required as reactants when a catalytic reactor was employed. However, it was not recognized that there is a clear alternative in that the NO reduction can be accelerated by adding hydrocarbons and increasing the temperature of the gases. For example, the temperature of the exhaust gas could be raised to the previously unexamined range of 2200 ° to 2600 ° Rankine during a relatively short period of time (100 to 10 milliseconds, respectively) and held there. This removes the NO, and at the same time one does not have to fall back on catalyst materials with all their disadvantages of mechanical and chemical stability in long-term operation. However, this long-term operation is essential for the successful use of such a system for exhaust gas purification. Considerable benefit is derived from this because the use of catalytic reactors brings with it many problems in connection with reliability and economy or cost. In essence, the invention is thus based on the fact that the return of NO to its equilibrium state of N 2 etc. is thereby accelerated can ^ that the gases containing the NO with a suitable composition on a certain
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Temperaturbereich gehalten werden. Dieser Vorgang kann in einer kurzen Zeitdauer, die zur Verarbeitung der Auspuffgase zur Verfugung steht und durch Auswahl des Volumens der Reduktionskammer unter Berücksichtigung der Menge an Verunreinigungen bestimmt wird, erfolgen. Bei den Verunreinigungen handelt es sich um solche, die von einer Abgasquelle bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen abgegeben werden, beispielsweise von einer herkömmlichen Brennkraftmaschine.Temperature range are maintained. This process can be done in a short period of time available for processing the exhaust gases and determined by selecting the volume of the reduction chamber taking into account the amount of impurities will take place. The contaminants are those that come from a source of exhaust gas during combustion are emitted by hydrocarbons, for example from a conventional internal combustion engine.
Dies ist in Figur 3 gezeigt, wobei das Abgas von einer Abgasquelle unerwünschte Stickstoffoxide, einen Überschuß an Kohlenwasserstoff verbindungen und CO enthält. Durch den Überschuß an CO wird angezeigt, daß ein geringer Sauerstoffgehalt in der nachfolgenden Reduktionskammer 2 vorhanden ist. In Anwesenheit von überschüssigen Kohlenwasserstoffen, von denen einige in der Reduktionskammer 2 verwendet werden, wenn die Temperatur in der Kammer in dem Bereich von etwa 2200 ° bis 2600 ° Rankine während einer entsprechend gewählten, kurzen Zeitdauer gehalten wird, wird das NO in dem Abgas auf ein annehmbares Niveau herabgesetzt. Wenn das Abgas von der Abgasquelle nicht in dem gewünschten Temperaturbereich ist, muß eine Einrichtung in der NO—Reduktionskammer 2 vorgesehen sein, um die Wärmeenergie an das Abgas zu liefern, die zum Erreichen dieses Temperaturbereiches notwendig ist.This is shown in Figure 3, the exhaust gas being from an exhaust gas source unwanted nitrogen oxides, an excess of hydrocarbon contains compounds and CO. The excess of CO indicates that there is a low oxygen content in the subsequent reduction chamber 2 is present. In the presence of excess hydrocarbons, some of which are in the Reduction chamber 2 can be used when the temperature in the chamber is in the range of about 2200 ° to 2600 ° during Rankine is maintained for a suitably selected short period of time, the NO in the exhaust gas is reduced to an acceptable level. If the exhaust gas from the exhaust gas source is not in the desired temperature range, a device in the NO reduction chamber 2 can be provided to supply the thermal energy to deliver the exhaust gas that is necessary to reach this temperature range.
Der Druck und die Temperatur des Abgases in der Reduktionskammer 2 bestimmt die mittlere Abgasdichte in dieser Kammer.. Die Menge an Abgas pro Zeiteinheit von der Abgasquelle 1 (Quelle von Luftverschmutzung) dividiert durch die mittlere Dichte in der Reduktionskammer 2 multipliziert mit der ausgewählten Reaktionszeit bestimmt das geeignete Volumen der Reduktionskammer 2,The pressure and the temperature of the exhaust gas in the reduction chamber 2 determines the average exhaust gas density in this chamber .. The Amount of exhaust gas per unit of time from exhaust gas source 1 (source of air pollution) divided by the mean density in the reduction chamber 2 multiplied by the selected reaction time determines the appropriate volume of the reduction chamber 2,
Der Temperaturbereich wird oben nur näherungsweise angegeben, weil mehrere miteinander zusammenhängende Variablen beteiligt sind. Es kommt bei der 'Erfindung wesentlich auf die schnelle Rückkehr der Stickstoffoxide zu dem Gleichgewichtszustand an, wenn die Abgasprodukte einen Überschuß an KohlenwasserstoffenThe temperature range is given above only approximately because several interrelated variables are involved are. The essential thing in the invention is the rapid return of the nitrogen oxides to the state of equilibrium, when the exhaust products have an excess of hydrocarbons
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und einen geringen Sauerstoffgehalt haben und einer erhöhten Temperatur ausgesetzt werden, die oberhalb der Temperatur liegt, die bisher vom Durchschnittsfachmann als nutzbringend erkannt worden ist. Es wird jedoch angenommen, daß, wenn genügend Kohlenwasserstoffe vorhanden sind, um eine genügende Zahl von Molekülzusammenstößen (zwischen NO und Kohlenwasserstoffverbindungen) zu liefern, und wenn genügend Wärmeenergie vorhanden ist, um die Schwellenwertenergie zu liefern, die Reduktionsreaktion mit einer solch hohen Geschwindigkeit abläuft, wie es bisher nicht erkannt wurde. Es hat sich gezeigt, daß bei mit Funken gezündeten Brennkraftmaschinen, deren Abgas näherungsweise unter dem Druck einer Atmosphäre steht, und unter Verwendung eines entsprechenden Volumens für die Reduktionskammer 2 ein Bereich von etwa 2200 ° bis 2600 ° Rankine brauchbar ist und zu einem entsprechenden Bereich der Reaktionszeitdauer (100 bis 10 Millisekunden) verbunden ist. Dies gilt für die Anwendung bei Automobilen. and are low in oxygen and exposed to an elevated temperature in excess of the temperature heretofore recognized as useful by those of ordinary skill in the art. It is believed, however, that if there are enough hydrocarbons to produce a sufficient number of molecular collisions (between NO and hydrocarbon compounds), and if there is enough thermal energy to produce the threshold energy, the reduction reaction will proceed at such a rapid rate that as it has not been recognized before. It has been shown that with spark ignited internal combustion engines, the exhaust gas is approximately under the pressure of one atmosphere, and using a corresponding volume for the reduction chamber 2, a range of about 2200 ° to 2600 ° Rankine can be used and to a corresponding range of Response time (100 to 10 milliseconds). This applies to the application in automobiles.
Änderungen in den Anwendungsbedingungen selbst bei funkengezündeten Brennkraftmaschinen können andere Temperaturen (die selbstverständlich höher als die Temperaturen bei Verwendung eines Katalysators mit demselben Volumen liegen) und daher auch andere Zeit- und Druckbedingungen erfordern oder zulassen, als sie hier angegeben sind.Changes in the conditions of use even with spark-ignited Internal combustion engines can have other temperatures (which of course are higher than the temperatures when in use of a catalyst lie with the same volume) and therefore require or allow other time and pressure conditions than they are given here.
Obwohl die NO-Reduktion in der Reduktionskammer 2 (Figur 3) von einem Überschuß an Kohlenwasserstoffen abhängt, können nach der Reduktion des NO gemäß der Erfindung viele dieser Produkte übrig bleiben* Tatsächlich, ist das von der Reduktionskammer 2 abgegebene Abgas etwa im selben Zustand wie das Abgas, das von dem NO-Reduktions-Katalyeereaktor bekannter Bauart kommt mit der Ausnahme, daß das Abgas sich auf einer viel höheren Temperatur befindet. Nach der erfindungsgemäßen Lehre hat diese Tatsache einen Nutseffekt bei der Kohlenwasserstoff- und CO-Reduktionskammeranordnung, der bei bekannten Verfahren nicht erreichbar war. Der Grund liegt darin, daß eine mehr oder weniger herkömmliche Oxydationskammer mit einer Zugabe an überschüssigerAlthough the NO reduction in the reduction chamber 2 (Figure 3) depends on an excess of hydrocarbons, after the Reduction of NO according to the invention many of these products remain discharged exhaust gas approximately in the same state as the exhaust gas that comes from the NO reduction catalytic reactor of known design except that the exhaust gas is at a much higher temperature. According to the teaching of the invention, this fact has a beneficial effect on the hydrocarbon and CO reduction chamber arrangement, which was not achievable with known methods. The reason is that one more or less conventional oxidation chamber with an addition of excess
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Luft mit einem höheren Wirkungsgrad bei den Abgastemperaturbereichen arbeiten kann, in denen das Gas in die Kammer 3 von Figur 3 abgegeben wird. Während in dem vorliegenden Beispiel das von der Kammer 2 in die Kammer 3 eintretende Abgas eine Temperatur von mehr als 2000 Rankine hat, und daher die Kohlenwasserstoff- und CO-Reduktion sowohl in einem vernünftigen Volumen, als auch in einer vernünftigen Zeit stattfinden kann, die sich mit der Auslegung gegenwärtiger Automobile verträgt, ist zu beachten, daß diese Temperatur niemals. 3300 ° Rankine übersteigen sollte, da bei dieser Temperatur die Gefahr einer Rückbildung von Stickstoffoxiden besteht, die in der Reduktionskammer 2 wirksam nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eliminiert worden sind.Air with a higher efficiency in the exhaust gas temperature ranges can work, in which the gas is released into the chamber 3 of FIG. While in the present example the exhaust gas entering chamber 3 from chamber 2 has a temperature of more than 2000 Rankine, and therefore the hydrocarbon and CO reduction can take place both in a reasonable volume and in a reasonable amount of time Compatible with the design of contemporary automobiles, it should be noted that this temperature never. Exceed 3300 ° Rankine should, because at this temperature there is a risk of nitrogen oxides being formed in the reduction chamber 2 have been effectively eliminated by the method of the invention.
Während Figur 3 den Grundgedanken der Erfindung verdeutlicht, sind bei Anwendung der Erfindung auf eine spezielle Maschine in der Praxis weitere apparative Maßnahmen erforderlich, um praktische Bedingungen zu erfüllen. Die Anwendung der Erfindung auf Brennkraftmaschinen erfordert, daß das von der Quelle 1 an die NO-Reduktionskammer 2 fließende Abgas in einem Temperaturbereich von etwa 2200 ° bis 2600 ° Rankine liegt, einen Überschuß an Kohlenwasserstoffen und gleichzeitig einen geringen Gehalt an Sauerstoff enthält. Eine Brennkraftmaschine, die bei einem höheren als dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis betrieben wird, kann selbstverständlich die überschüssigen Kohlenwasserstoffe und den geringen Sauerstoffgehalt liefern. In der Praxis ist die Maschine jedoch möglicherweise nicht in der Lage, das Abgas in dem erwünschten Temperaturbereich abzugeben. In diesem Fall kann es erwünscht sein, daß die Reaktionskammer 2 eine Vorverbrennungsstufe einschließt, in der die Temperatur des Abgases auf den gewünschten Temperaturbereich angehoben wird.While FIG. 3 illustrates the basic idea of the invention, when the invention is applied to a special machine, FIG In practice, further technical measures are required in order to meet practical conditions. Application of the invention to Internal combustion engines require that the exhaust gas flowing from the source 1 to the NO reduction chamber 2 in a temperature range from about 2200 ° to 2600 ° Rankine, an excess of hydrocarbons and at the same time a low content of Contains oxygen. An internal combustion engine that operated at a higher than stoichiometric mixing ratio can of course provide the excess hydrocarbons and the low oxygen content. In practice however, the engine may not be able to discharge the exhaust gas in the desired temperature range. In this In this case, it may be desirable for the reaction chamber 2 to have a pre-combustion stage includes, in which the temperature of the exhaust gas is raised to the desired temperature range.
In Figur 4 geht der NO-Reduktionskammer 21 eine Brennstufe mit einer Brennkammer 22 voraus, in der der Brennstoff nach Beimischung einer geeigneten Luftmenge (nach Durchtritt durch einen Vergaser 26) verbrannt wird. Die Luft wird von einer Luftpumpe zugeführt. Durch diese Maßnahme wird die Temperatur der AbgaseIn FIG. 4, the NO reduction chamber 21 is preceded by a combustion stage with a combustion chamber 22 in which the fuel is burned after a suitable amount of air has been mixed in (after passing through a carburetor 26). The air is supplied by an air pump. This measure increases the temperature of the exhaust gases
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erhöht. Eine perforierte Platte 35 ist als Plammfanger gezeigt. Während des Startvorganges ist es wichtig, daß eine Funkenquelle 38 in der Brennkammer 22 in Betrieb ist, um die Flamme zu zünden.elevated. A perforated plate 35 is shown as a gas catcher. During the start-up process, it is important that a spark source 38 in the combustion chamber 22 is in operation to control the flame ignite.
Die Menge des von dem Vergaser 26 verbrauchten Brennstoffes ändert sich je nach der Menge, die erforderlich ist, um die Temperatur des unmodifizierten Abgases von der Brennkraftmaschine beim Eintritt in die NO-Reduktionskammer 21 anzuheben, und nach der Menge des Brennstoffes, der erforderlich ist, um die an Sauerstoff abgemagerte Mischung beizubehalten, und auch je nach der Anwesenheit unverbrannter Kohlenwasserstoffe in dem Abgas, welches in der Reduktionskammer 21 einer NO-Reduktion unterworfen wird. The amount of fuel consumed by the carburetor 26 changes depending on the amount that is required to raise the temperature of the unmodified exhaust gas from the internal combustion engine as it enters the NO reduction chamber 21 and the amount of fuel that is required maintain the emaciated oxygen mixture, and also depending on the presence of unburned hydrocarbons in the exhaust gas, which is subjected in the reduction chamber 21 of a NO reduction.
Es ist zu beachten^ daß das Volumen der Reduktionskammer 21 durch die pro Zeit@inheit abgegebene Abgasmasse dividiert durch die mittlere Dichte des Abgases und multipliziert mit der ausgewählten Reaktionszeit bestimmt wird, die mit der Temperatur und dem Niveau der gewünschten Reduktion von NO in Beziehung steht. Die Form der Reduktionskammer 21 kann in weiten Grenzen abgewandelt werden, um bauliche Erfordernisse der Abgasquelle in einer Kohlenwasserstoffverbrennungsmaschine zu berücksichtigen. Dabei sind gewisse allgemeine Einschränkungen zu beachten, die mit (1) der Warmlaufzeit, (2) dem äußeren Wärmeverlust und (3) der Gleichförmigkeit der Strömung und des erzeugten Rückdruckes usw. zusammenhängen.It should be noted that the volume of the reduction chamber 21 divided by the exhaust gas mass emitted per unit of time is determined by the mean density of the exhaust gas and multiplied by the selected reaction time, which is determined by the temperature and the level of NO reduction desired. The shape of the reduction chamber 21 can be varied within wide limits can be modified to take into account structural requirements of the exhaust gas source in a hydrocarbon combustion engine. Certain general restrictions must be observed, with (1) the warm-up time, (2) the external heat loss and (3) the uniformity of the flow and the generated back pressure, etc.
Der näherungsweise angegebene Temperaturbereich (Figur 4) für die Gase in der Kammer 21 paßt bei Brennkraftmaschinen. Bei anderen Anwendungsfällen der Erfindung können andere Temperaturbereiche erforderlich sein, die von den Kriterien abhängen, die zur Auswahl des Volumens der Reduktionskammer verwendet werden.The approximate temperature range (FIG. 4) for the gases in chamber 21 is suitable for internal combustion engines. With others Applications of the invention may require other temperature ranges depending on the criteria can be used to select the volume of the reduction chamber.
Das Abgas tritt nach der NO-Reduktion aus der Kammer 21 (Fig. 4) aus und kann dann einen Überschuß an Koiilenwasserstoffen enthalten. Es enthält ferner mit Sicherheit unerwünschtes CO undAfter the NO reduction, the exhaust gas emerges from chamber 21 (FIG. 4) and can then contain an excess of liquid hydrogen. It also certainly contains undesirable CO and
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überschreitet sehr wahrscheinlich die strikten Umweltverschmutzungsrientwerte. Wenn dies der Fall ist, können die umweltverschmutzenden Bestandteile entweder durch einen Katalysereaktor oder einen Thermoreaktor in an sich bekannter Weise entfernt werden.very likely to exceed the strict pollution standards. If this is the case, the polluting components can either pass through a catalytic reactor or a thermal reactor can be removed in a manner known per se.
Die Temperatur des Abgases von der Kammer 21 (Figur 4) kann in der Nähe der oberen Betriebstemperaturgrenze für Katalysereaktoren liegen (das heißt oberhalb 2000 ° Rankine). Solch eine hohe Temperatur eignet sich logischerweise für einen Thermoreaktor. Folglich wird gemäß Figur 4 das Abgas aus der Kammer 21 in einen Thermoreaktor abgegeben, der als Kohlenwasserstoff- und CO-Reduktionskammer 30 gezeigt ist und die Kohlenwasserstoffe und das CO mit Luft von der Luftpumpe 24 mischt, so daß diese Verunreinigungen durch eine Oxydation in 1^0 und CO2 umgesetzt werden. Die Ausführung der Oxydationskammer 30 kann nach bekannten Prinzipien erfolgen. Die relativ hohe Temperatur des Abgases von der NO-Reduktionskaramer 21 fördert jedoch den Oxydationsprozeß, wenn dieses Abgas mit Luft zusammengebracht wird. Die Temperatur in der Kammer 30 soll sich jedoch nicht auf über 3300 ° Rankine erhöhen können, um eine Rückbildung von NO zu verhindern. Bei steigender Temperatur des Abgases in Anwesenheit von Sauerstoff wird die Zeit kurzer, die erforderlich ist, damit das NO seinen neuen, außerordentlich hohen Gleichgewichtszustand erreichen kann.The temperature of the exhaust gas from chamber 21 (FIG. 4) can be in the vicinity of the upper operating temperature limit for catalytic reactors (i.e. above 2000 ° Rankine). Such a high temperature is logically suitable for a thermoreactor. Consequently, as shown in FIG. 4, the exhaust gas is discharged from the chamber 21 into a thermal reactor, which is shown as the hydrocarbon and CO reduction chamber 30 and mixes the hydrocarbons and the CO with air from the air pump 24, so that these impurities are oxidized in FIG ^ 0 and CO 2 are implemented. The design of the oxidation chamber 30 can be carried out according to known principles. The relatively high temperature of the exhaust gas from the NO reduction karamer 21, however, promotes the oxidation process when this exhaust gas is brought into contact with air. However, the temperature in the chamber 30 should not be able to rise to above 3300 ° Rankine in order to prevent NO formation. As the temperature of the exhaust gas increases in the presence of oxygen, the time required for the NO to reach its new, extraordinarily high state of equilibrium becomes shorter.
Der Temperaturbereich, der an der Kammer 21 in Figur 4 angegeben ist, soll den ungefähren Bereich bezeichnen, in dem eine bestimmte Betriebstemperatur auf der Basis der besten Wirtschaftlichkeit des Systems ausgewählt werden kann. Wenn diese Temperatur gewählt ist, kann es erwünscht sein, die Temperatur des Abgases in der Kammer 21 für einen weiten Bereich verschiedener Betriebsbedingungen durch eine selbsttätige Steuereinrichtung zu halten. Bei Fehlen einer Verschlechterung der Komponenten oder des Systems ist die Drehzahl der Brennkraftmaschine eine Anzeige für <die Abgastemperatur1. Diese Beziehung liefert die Mittel, um die Brenner so zu regeln, daß die gewünschte Solltemperatur in der Kammer 21 vorhanden ist. Ein herkömmlicher StrömungsteilerThe temperature range indicated on chamber 21 in Figure 4 is intended to indicate the approximate range within which a particular operating temperature can be selected based on the best economics of the system. With this temperature selected, it may be desirable to maintain the temperature of the exhaust gas in chamber 21 for a wide range of different operating conditions by an automatic control device. If there is no deterioration in the components or the system, the speed of the internal combustion engine is an indicator for <the exhaust gas temperature 1 . This relationship provides the means to control the burners so that the desired setpoint temperature in chamber 21 is present. A conventional flow divider
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(beispielsweise ein Ventil 37) ist mechanisch an das Drehzahlmeßgerät 32 angeschlossen, so daß die Strömung von der Luftpumpe 24 zu der Kammer 22 in geeigneter Weise eingestellt werden kann, um die von der Brennkammer 22 gelieferte Wärme zu steuern. Wenn eine direkte Steuerung der Temperatur erforderlich ist, kann die Temperatur in an sich bekannter Weise gemessen werden, um den Strömungsweg über das Ventil 37 oder eine andere Strömungssteuereinrichtung einausteilen. Als Alternative kann man in der Kammer 21 die Temperatur in einem annehmbaren Bereich schwanken lassen, wenn nur die Einschränkungen wegen des NO nicht verletzt werden. Die Funkenquelle 38 kann eine herkömmliche Zündkerze sein, wobei periodisch wiederkehrende Hochspannungsimpulse in an sich bekannter Weise daran angelegt werden.(e.g. a valve 37) is mechanically attached to the tachometer 32 connected so that the flow from the air pump 24 to the chamber 22 can be adjusted in a suitable manner to the heat supplied by the combustion chamber 22 steer. If direct control of the temperature is required, the temperature can be measured in a manner known per se to divide the flow path via valve 37 or other flow control device. As alternative the temperature in the chamber 21 can be allowed to fluctuate within an acceptable range, if only because of the restrictions of the NO are not violated. The spark source 38 can be a be conventional spark plugs, with periodically recurring high-voltage pulses being applied to it in a manner known per se will.
Wie oben erwähnt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jeder Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine als eine NO-Reduktionskammer während des Teils des Expansionshubes, darauf die primäre Zündung der "brennbaren Mischung mit den damit verbundenen hohen Temperaturen und hohen Drucken folgt, und vor dem Öffnen des Auspuffventils wirkt, wobei die gasförmigen Kohlenwasserstoffe effektiv in die Arbeitskammer eingespritzt werden, so daß das darin erzeugte NO reduziert wird.As mentioned above, it is proposed according to the invention that each Working cylinder of the internal combustion engine as an NO reduction chamber during the part of the expansion stroke, then the primary ignition of the "combustible mixture" with the associated ones high temperatures and high pressures follows, and before opening the exhaust valve acts, leaving the gaseous hydrocarbons can be effectively injected into the working chamber so that the NO generated therein is reduced.
In Figur 5 a ist ein Arbeitszylinder ähnlich wie in Figur 1 gezeigt mit der Ausnahm©p daß durcli eine herkömmliche Brennstoff-Einspritsvorriclilrung 50 Vorkehrungen getroffen sind, durch die am richtigen Zeitpunkt Brennstoff (Kohlenwasserstoff-Verbindungen) unter genügendem Druek eingespritzt wird, so daß die Kohlenwasserstoffe in der Arbeitskammer dispergiert werden können, um die NO-Reduktion nach der Lehre der Erfindung zu beschleunigen« Es ist zu beachten, daß die Gase in der Arbeitskammer während, des letzten Teils des Sxpansionshubes auf einer Temperatur etwas oberhalb 2600 ° Rankine sind, so daß eine kontinuierliche Reduktion des NO während des Expansionshubes bewirkt wird. Die Zeitsteuerung der Brennstoffeinspritzung wird selbstverständlich nach den herkömmlichen Brennstoffeinspritz-In Figure 5 a is a working cylinder similar as shown in Figure 1 with the gutted © p that durcli a conventional fuel Einspritsvorriclilrung are taken 50 measures (hydrocarbon compounds) is injected under sufficient Druek by at the right time fuel, so that the Hydrocarbons can be dispersed in the working chamber in order to accelerate the NO reduction according to the teaching of the invention. It should be noted that the gases in the working chamber during the last part of the expansion stroke are at a temperature slightly above 2600 ° Rankine, so that a continuous reduction of NO is effected during the expansion stroke. The timing of the fuel injection is of course based on the conventional fuel injection
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techniken gesteuert, wie sie gegenwärtig bei der Brennstoffeinspritzung von Brennkraftmaschinen angewendet werden (zum Beispiel durch Impulssteuerung eines Zumeßventils 51). Die. Verwendung der Arbeitskammer des ArbeitsZylinders zur Reduktion von NO, wie es erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, kann in vielen verschiedenen Ausführungen erfolgen. Allen Ausführungsbeispielen ist jedoch gemeinsam, daß unverbrannte, gasförmige Kohlenwasserstoffe mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten gemischt werden müssen, wobei die Mischung (während einer entsprechenden Zeitdauer) auf einer Temperatur gehalten werden muß, die über der normalerweise in Abgasen vorhandenen Temperatur nach dem Öffnen des Auspuffventils liegt.Techniques controlled as they are currently used for fuel injection can be used by internal combustion engines (for example by pulse control of a metering valve 51). The. use the working chamber of the working cylinder to reduce NO, as proposed according to the invention, can take place in many different designs. All exemplary embodiments What is common, however, is that unburned, gaseous hydrocarbons are mixed with the gaseous products of combustion must be, the mixture (for a corresponding period of time) must be kept at a temperature that is above the temperature normally present in exhaust gases after opening the exhaust valve.
Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 gezeigt. Dort ist die Stirnseite des Arbeitskolbens mit mit Öffnungen versehenen Hohlräumen 55 versehen, so daß gasförmige Kohlenwasserstoffe während des Ansaughubes eingeschlossen, während des Kompressionshubes darin gehalten und während der Hoohdruckabschnitte des Expansionshubes freigesetzt werden. An diesem Zeitpunkt stehen sie als unverbrannte Kohlenwasserstoffe zur Verfügung, die für die NO-Reduktion bei den hohen Temperaturen oberhalb bzw. etwa bei 2600 ° Rankine während des letzten Teiles des Expansionshubes benötigt werden, so daß das Abgas aus der Arbeitskammer während des Auspuffhubes ein Minimum an NO, jedoch eine unerwünschte Menge an Kohlenwasserstoffen enthält, die nun von der Zylinderwand in Gasform abgestreift werden. In dem Auspuffgas ist ferner ein unerwünscht hoher Betrag an CO enthalten. Im Rahmen der Erfindung kann bei diesem Auspuffgas entweder ein an sich bekannter Katalyse-Oxydationsreaktor oder ein oxydierender Thermoreaktor verwendet werden, um die Mengen an Kohlenwasserstoffen und CO in dem Auspuffgas auf die strengen Richtwerte zu reduzieren, die von den gesetzlichen Vorschriften gefordert werden. Another embodiment is shown in FIG. There the end face of the working piston is provided with apertured cavities 55 so that gaseous hydrocarbons are trapped during the intake stroke, held therein during the compression stroke and released during the high pressure sections of the expansion stroke. At this point in time they are available as unburned hydrocarbons, which are required for NO reduction at the high temperatures above or around 2600 ° Rankine during the last part of the expansion stroke, so that the exhaust gas from the working chamber is kept to a minimum during the exhaust stroke of NO, but contains an undesirable amount of hydrocarbons, which are now stripped from the cylinder wall in gaseous form. The exhaust gas also contains an undesirably high amount of CO. Within the scope of the invention in this pipe is gas either a per se known catalytic-oxidation reactor or an oxidizing thermal reactor may be used to reduce the amounts of hydrocarbons and CO in the exhaust gas to the strict guidelines, which are required by the regulations.
Die Menge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die in der Mischung mit den Verbrennungsprodukten in dem Arbeitszylinder bei der erhöhten Temperatur erforderlich ist, ist verhältnismäßig The amount of unburned hydrocarbons required to mix with the combustion products in the working cylinder at the elevated temperature is proportional
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klein. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 5 a bis 5 h muß jedoch die Möglichkeit berücksichtigt werden, daß die Kohlenwasserstoffverbindungen, die diesem Zweck dienen sollen, verbrannt werden, bevor sie den Zweck der Reduzierung der Stickstoffoxide erfüllt haben, weil diese Verbindungen als brennbare Mischung statt in nichtbrennbarer Form vorliegen. Die Ausgestaltung der mit Öffnungen versehenen Hohlräume 56 in Figur 5 b bezüglich Lage, Volumen, Zahl, Form usw. wird durch die Notwendigkeit bestimmt, Kohlenwasserstoffe während des Ansaughubes und des Kompressionshubes einzuschließen und sie mit den Verbrennungsprodukten während des Expansionshubes zu mischen, so daß die Kohlenwasserstoffe in unverbrannter Form :;.in guter Durchmischung mit den Verbrennungsprodukten zur Verfügung stehen. Die Verbrennungsprodukte, die in dem anfänglichen Schritt des Expansionshubes erzeugt werden, können dazu beitragen, daß die eingeschlossenen Kohlenwasserstoffe am Brennen dadurch gehindert werden, daß sie sich früh mit diesen Kohlenwasserstoffen mischen. Insbesondere sollten die Verbrennungsprodukte in den Hohlraum 56 eintreten, um die Zusammensetzung des eingeschlossenen Gases zu ändern, so daß eine nichtbrennbare Mischung entsteht. Dadurch bleiben unverbrannte Kohlenwasserstoffverbindungen für die Verteilung in die restlichen Verbrennungsprodukte erhalten. Es wird angenommen, daß ein Teil der eingeschlossenen Kohlenwasserstoffe dennoch verbrannt werden. Es ist jedoch wichtig, daß genügend unverbrannte Kohlenwasserstoffe in der endgültigen, bezüglich des Sauerstoffs verarmten Mischung der Verbrennungsprodukte übrigbleibt, wobei in dieser Atmosphäre das NO reduziert werden soll. Eine der Möglichkeiten, um diese Bedingungen sicher zu erfüllen, besteht in einer optimalen Vergrößerung des Volumens der Hohlräume und/oder alternativ der optimalen Erhöhung des Brennstoff-Luft-Verhältnisses in Richtung auf eine fette Brennstoffmischung, die dann an den Arbeitszylinder zugeführt wird.small. In the exemplary embodiments according to FIGS. 5 a to 5 h, however, the possibility must be taken into account that the Hydrocarbon compounds, which are intended to serve this purpose, are burned before they serve the purpose of reducing the Oxides of nitrogen have met because these compounds exist as a flammable mixture rather than in a non-flammable form. the Design of the cavities 56 provided with openings in FIG. 5b with regard to position, volume, number, shape, etc. is illustrated by the Determines the need to trap hydrocarbons during the intake and compression strokes and relieve them with the To mix combustion products during the expansion stroke, so that the hydrocarbons are in unburned form:;. In good Mixing with the combustion products are available. The products of combustion that are in the initial step of the expansion stroke can help prevent the trapped hydrocarbons from burning They will mix with these hydrocarbons early. In particular, the products of combustion in enter the cavity 56 to the composition of the enclosed Change gas so that a non-flammable mixture arises. As a result, unburned hydrocarbon compounds are retained for distribution in the remaining combustion products. It is believed that some of the included Hydrocarbons are still burned. It is important, however, that there are enough unburned hydrocarbons in the final oxygen-depleted mixture of combustion products remains, in this atmosphere the NO should be reduced. One of the ways to safely meet these conditions is through optimal magnification the volume of the cavities and / or, alternatively, the optimal increase in the fuel-air ratio in the direction of on a rich fuel mixture, which is then fed to the working cylinder.
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Arbeitszylinder nach der Explosion zu einem Zeitpunkt einzuführen, an dem der ExpaneionshubFig. 5 shows another embodiment to get unburned hydrocarbons into the working cylinder after the explosion introduce at a time when the expansion stroke
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beginnt. Kleine Hohlräume 56 sind in der Oberseite des Arbeitszylinders in dem Verdichtungsraum (oberhalb des oberen Totpunktes) in einer solchen Weise angeordnet, um die Verteilung der unverbrannten, gasförmigen Kohlenwasserstoffe zum Zwecke der Beschleunigung der Reduktion des NO zu erleichtern, das in der Hochtemperatur- und Hochdruck-Verbrennungsatmosphäre der anfänglichen Explosion erzeugt wird. Lage, Volumen und Form der Hohlräume 56 müssen so gewählt werden, daß eine möglichst enge Durchmischung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe mit den Produkten der Kohlenwasserstoffverbrennung mit fettem Brennstoff erleichtert wird, wobei diese Verbrennung während der anfänglichen Explosion stattfindet. Darüber hinaus müssen jedoch einige Kohlenwasserstoffe in nichtbrennbarem Zustand gehalten werden, wie oben beschrieben wurde. Es ist zu beachten, daß die Verbrennung am Anfang der Explosion eine bezüglich des Sauerstoffs abgemagerte Mischung erzeugen muß.begins. Small cavities 56 are arranged in the top of the working cylinder in the compression space (above top dead center) in such a way as to facilitate the distribution of the unburned gaseous hydrocarbons for the purpose of accelerating the reduction of the NO which is present in high temperature and high pressure -Combustion atmosphere of the initial explosion is created. The location, volume and shape of the cavities 56 must be selected to facilitate as close a mixing as possible of the unburned hydrocarbons with the products of the hydrocarbon combustion with rich fuel, this combustion taking place during the initial explosion. In addition, however, some hydrocarbons must be kept in a non-combustible state as described above. It should be noted that the combustion at the beginning of the explosion must produce an oxygen-lean mixture.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Durchführung der Erfindung ist in Pig. 5 d gezeigt. Dort wird eine Einrichtung mit einem Hohlraum 58 in eine Öffnung an der Oberseite des Arbeitszylinders in einer Weise eingesetzt, die der Anbringung einer Zündkerze nicht unähnlich ist (beispielsweise über ein Gewinde). Durch die den Hohlraum 58 verschließende Stirnwand sind mehrere Öffnungen 60 vorgesehen, die eine offene Verbindung zwischen dem Hohlraum 58 und dem Arbeitszylinder darstellen· Während des Kompressionshubes besteht eine Druckdifferenz, die Brennstoffmischung einschließlich unverbrannter, gasförmiger Kohlenwasserstoffe durch die Öffnungen 60 in den Hohlraum 58 drückt. Mit anderen Worten wird der Hochdruckzustand an dem oberen Teil des Zylinders in dem Verdichtungsraum auch in dem Hohlraum 58 erzeugt. Während dem Anfang der Verbrennungsexplosion werden auch die Verbrennungsprodukte durch die Öffnungen 60 in den Hohlraum 58 hineingedrückt, so daß ein großer Teil der darin befindlichen, unverbrannten Kohlenwasserstoffe in einem unverbrannten Zustand gehalten wird, weil eine nichtbrennbare Mischung erzeugt wird. Nach der anfänglichen Explosion ist der Druck der Gase in dem Hohlraum 58 größer als der Druck in dem Arbeitszylinder, weil sich das Volumen in dem ArbeitszylinderAnother embodiment for practicing the invention is shown in Pig. 5d shown. There will be a facility with a Cavity 58 into an opening in the top of the working cylinder used in a manner not dissimilar to attaching a spark plug (e.g., by threading). A plurality of openings 60 are provided through the end wall closing the cavity 58 and form an open connection between the cavity 58 and the working cylinder. During the compression stroke, there is a pressure difference, the fuel mixture including unburned gaseous hydrocarbons pushes through the openings 60 into the cavity 58. In other words, the high pressure state becomes at the upper part of the Cylinder in the compression chamber is also generated in the cavity 58. During the beginning of the combustion explosion, the products of combustion are also passed through the openings 60 into the cavity 58 pressed in, so that a large part of the unburned hydrocarbons contained in it in an unburned State is maintained because a non-combustible mixture is created. After the initial explosion is the Pressure of the gases in the cavity 58 is greater than the pressure in the Working cylinder because the volume in the working cylinder
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in zunehmendem Maße während des Expansionshubes vergrößert. Dadurch werden die an verbrannten Kohlenwasserstoffen angereicherten Gase in die an Sauerstoff verarmte Mischung in'dem Arbeitszylinder durch die Öffnungen 60 versprüht, so daß die Stickstoffoxide in dem Arbeitszylinder nach den anfänglichen Stadien des Expansionshubes reduziert, werden, weil sowohl die Temperatur als auch die Gaszusammensetzung in der Arbeitskammer eine solche Reduktion begünstigen» Nach dem Expansionshub kann das Abgas, welches einen Überschuß an unerwünschten Kohlenmonoxiden und Kohlenwasserstoffen enthält, durch eine spezielle Reduktionskammer geleitet werden, wobei an sich bekannte Verfahren angewendet werden.increased to an increasing extent during the expansion stroke. Through this the gases enriched in burned hydrocarbons are transferred to the oxygen-depleted mixture in the working cylinder sprayed through the openings 60, so that the nitrogen oxides in the working cylinder after the initial Stages of the expansion stroke are reduced because both the temperature and the gas composition in the working chamber favor such a reduction »After the expansion stroke, the exhaust gas, which contains an excess of undesired carbon monoxides and containing hydrocarbons, are passed through a special reduction chamber, known per se Procedures are applied.
Die Verwendung eines Hohlraums zum Ansammeln unverbrannter Kohlenwasserstoffe für die NO-Reduktion kann auf verschiedene Weise erfolgen, wobei in vielen Fällen der Hohlraum in offener Verbindung mit der Arbeitskammer bleiben kann. Figur 5 e ist ein solches Ausführungsbeispiel,, Der dort gezeigte Hohlraum 61 weist einen hinterzogenen Abschnitt auf der der Arbeitskammer entfernt liegenden Seite auf, wobei der Eingang zu dem Hohlraum einen reduzierten Querschnitt hat, um eine Venturiwirkung durch die Öffnungen 62 zu erreichen, wie noch beschrieben wird. Während des Ansaughubes füllt die Brennst off mischung den. Hohlraum 61 ebenso wie die Arbeitskammer, Während des Kompressionshubs wird zusätzliche Brennstoff mischung einschließlich Kohlenwasserstoffen in den Hohlraum 61 eingeführt» Während der anfänglichen Phase des Expansionshubes bei der Verbrennung werden Verbrennungsprodukte ebenfalls in den Hohlraum 61 hineingedrückt, wodurch die Brennstoffmischung weiter verdrängt wird. Nach der anfänglichen Verbrennung in der Expansionsphase vergrößert sich Jedoch das Volumen der Arbeitskammer, und unverbrannte f gasförmige Kohlenwasserstoffe aus dem Hohlraum 61 treten durch die Venturiöffniingen 62 in verbrannter Form aus, wodurch die Durchmischung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe in der Mischung mit den Verbrennungsprodukten erleichtert wird, die dann die Kammer verlassen und in engen Kontakt mit dem NO in den Verbrennungsprodukten in der Arbeitskammer treten.The use of a cavity to collect unburned hydrocarbons for NO reduction can be done in a number of ways, and in many cases the cavity can remain in open communication with the working chamber. FIG. 5e is such an exemplary embodiment. The cavity 61 shown there has a recessed section on the side remote from the working chamber, the entrance to the cavity having a reduced cross section in order to achieve a Venturi effect through the openings 62, as is still the case is described. During the intake stroke, the fuel mixture fills the. Cavity 61 as well as the working chamber. During the compression stroke, additional fuel mixture including hydrocarbons is introduced into the cavity 61. After the initial combustion in the expansion phase, however, increases the volume of the working chamber, and unburned f gaseous hydrocarbons from the cavity 61 pass through the Venturiöffniingen 62 in burnt form, whereby the mixing of the unburned hydrocarbons is facilitated in the mixture with the combustion products, the then exit the chamber and come into close contact with the NO in the combustion products in the working chamber.
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Das optimale Volumen und die Form des Hohlraums 61 wird durch die Notwendigkeit einer optimalen Durchmischung der Verbrennungsprodukte mit der Brennstoff mischung während des Austritts aus dem Hohlraum 61 beim Expansionshub bestimmt.The optimal volume and shape of the cavity 61 is determined by the need for optimal mixing of the combustion products with the fuel mixture during discharge determined from the cavity 61 during the expansion stroke.
Figur 5 f zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie Fig. 5 e mit der Ausnahme, daß Kohlenwasserstoffbrennstoff in flüssiger Form in den hinterzogenen Teil des Hohlraumes eingeführt wird, der der Arbeitskammer abgekehrt ist, wobei der flüssige Kohlenwasserst off brennst off vergleichsweise wenig flüchtig ist, wie es beispielsweise Öl der Fall ist. Ein Rückschlagventil 65 zwischen dem Hohlraum und der Brennstoffquelle kann verhindern, daß Gase aus dem Zylinder in den flüssigen Kohlenwasserstoffbrennstoff eintreten. Die venturiförmige Brennstofföffnung 66 ist ebenfalls anders ausgebildet als bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Während des Ansaug- und des Kompressionshubes wird die Brennstoffmischung einschließlich der Kohlenwasserstoffe in dem Hohlraum 64 zusammengedrückt. Während der anfänglichen Explosion der Verbrennung beim Expansionshub werden Verbrennungsprodukte in den Hohlraum 64 hineingedrückt. Während des letzten Teiles des Expansionshubes, bei dem das Volumen der Arbeitskammer vergrößert wird, werden die Verbrennungsprodukte gefolgt von der Brennstoffmischung, die in dem Hohlraum 64 enthalten ist, durch die Venturiröhre abgegeben, so daß flüssiger Brennstoff aus den hinteren Teilen des Hohlraums in die Gase eingespritzt wird, so daß diese sich mit den Verbrennungsprodukten in der Arbeitskammer mischen, um das darin befindliche NO zu reduzieren.Figure 5f shows a similar embodiment to Fig. 5e with the exception that hydrocarbon fuel in liquid The mold is inserted into the recessed part of the cavity, facing away from the working chamber, the liquid hydrocarbon off burns off is comparatively little volatile, like it is the case, for example, with oil. A check valve 65 between the cavity and the fuel source can prevent that gases from the cylinder enter the liquid hydrocarbon fuel. The venturi shaped fuel port 66 is also designed differently than the previous one Embodiment. During the intake and compression strokes, the fuel mixture, including the hydrocarbons compressed in the cavity 64. During the initial explosion of combustion on the expansion stroke will be Combustion products pressed into cavity 64. During the last part of the expansion stroke, in which the As the volume of the working chamber is increased, the products of combustion are followed by the fuel mixture contained in the Lumen 64 is contained, discharged through the venturi, allowing liquid fuel from the rear of the cavity is injected into the gases so that they mix with the products of combustion in the working chamber to the therein to reduce NO.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 5 g steht der Hohlraum 71» in dem die unverbrannten Kohlenwasserstoffverbindungen gespeichert sind, mit der Arbeitskammer durch ein doppelt wirkendes Kugelrückschlagventil 72, ein Mischrohr 73 und Mischöffnungen 78 in Verbindung, wobei zusätzliche Brennstoff-Zumeßöffnungen 74 vorgesehen sind. Das Kugelrückschlagventil 73 verschließt in einer ersten,, unteren Lage das Rohr 75, welches während des Ansaughubes des Kolbens die Verbindung mit der ArbeitskammerIn the embodiment of Figure 5g, the cavity 71 » in which the unburned hydrocarbon compounds are stored, with the working chamber through a double-acting Ball check valve 72, a mixing tube 73 and mixing ports 78 in connection, with additional fuel metering ports 74 are provided. The ball check valve 73 closes the pipe 75 in a first, lower position, which during the Suction stroke of the piston connects with the working chamber
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herstellt, und verschließt in seiner zweiten Position während des Kompressions-, Expansions- und Auspuffhubes des Kolbens das Rohr 76, welches die Verbindung zu einem Vorrat an flüssigem Kohlenwasser st off brennst off herstellt«, Während des Ansaughubes bewegt sich aufgrund einer Druckdifferenz Brennstoff durch die Brennstoffzumeßöffnungen 74 von dem Brennstoffvorrat 79 durch das offene Rohr 76, verdampft und fließt in das Mischrohr 73 und in den Hohlraum 71 · Während des Kompressionshubes tritt die Brennstoffmischung in der Arbeitskammer durch das offene Rohr 75 in das Mischrohr 73 und auch in den Hohlraum 7"! ein, wobei sie sich mit zusätzlichen, verdampften Kohlenwasserstoffen mischt. Während der anfänglichen Verbrennungsphase des Expan— sionshubes treten die Verbrennungsprodukte durch das Rohr 75 in das Mischrohr 73 und auch in den Hohlraum 71 über eine Vielzahl von Mischöffnungen. 78 ®in, wobei sie sich mit den unverbrannten Kohlenwasserstoffen mischen, so daß ein beachtlicher Betrag nicht flammfähig gemacht wird, wodurch während des restlichen Teils des Expansionshubes die unverbrannten, gasförmigen Kohlenwasserstoffe in die Arbeitskammer zurückkehren, um sich mit den restlichen Verbrennungsprodukten zur Reduktion des darin enthaltenen NO-Gehalts zu mischen. Die Querschnittsfläche des Rohres 76 wird durch die erforderliche Menge an zusätzlichen, verdampften Kohlenwasserstoffen bestimmt, die in der Arbeitskammer während des Expansionshubes nach der Explosion vorhanden sein soll.manufactures, and closes in its second position during the compression, expansion and exhaust stroke of the piston Pipe 76, which establishes the connection to a supply of liquid hydrocarbon st off burn off «, during the intake stroke Due to a pressure difference, fuel moves through the fuel metering openings 74 from the fuel supply 79 the open tube 76, evaporates and flows into the mixing tube 73 and into the cavity 71. During the compression stroke, the Fuel mixture in the working chamber through the open pipe 75 into the mixing pipe 73 and also into the cavity 7 "! mixing with additional vaporized hydrocarbons. During the initial combustion phase of the expan- sion stroke, the combustion products pass through the pipe 75 into the mixing pipe 73 and also into the cavity 71 via a plurality of mixing openings. 78 ®in, dealing with the unburned Mix hydrocarbons so that a substantial amount is rendered non-flammable, thereby reducing the remainder Part of the expansion stroke the unburned, gaseous hydrocarbons return to the working chamber to deal with to mix the remaining combustion products to reduce the NO content they contain. The cross-sectional area of the Tube 76 is determined by the required amount of additional, vaporized hydrocarbons that are in the working chamber should be present during the expansion stroke after the explosion.
Es wurde bereits erwähnt, daß Kohlenwasserstoffe an den Wänden der Arbeitszylinder während des Expansionshubs vorhanden sind. Diese Kohlenwasserstoffverbindungen stehen während des Expansionshubes nicht für die Verbrennung zur Verfügung, weil sie sich nahe bei den gekühlten Zylinderwänden befinden. Diese Kohlenwasserstoffe stehen aus demselben Grund nicht st'r Verfügung, um die gasförmigen Kohlenwasserstoff© für die IfO-Reduktion zu liefernP die nach &φτ ssi^n^lioliea, Ystrb^&mmiig weto^M des Exp^isionsMibes stattfindeöo MiA@Teym®itB Wiwl&ü, erfinaungsgemäß di@ KoiÜj3BMQMBer®to£fe.r &i© ¥oa den Zjlfm&@^fan&&ii während des puff!iii.ßee abgestreift usrd©^ in dem ü^MitssyiiMer nacl?.It has already been mentioned that hydrocarbons are present on the walls of the working cylinders during the expansion stroke. These hydrocarbon compounds are not available for combustion during the expansion stroke because they are close to the cooled cylinder walls. For the same reason, these hydrocarbons are not always available to supply the gaseous hydrocarbons © for the IfO reduction P which according to & φτ ssi ^ n ^ lioliea, Ystrb ^ & mmiig weto ^ M des Exp ^ isionsMibesö o MiA @ Teym® itB Wiwl & ü, according to the invention di @ KoiÜj3BMQMBer®to £ fe. r & i © ¥ oa den Zjlfm & @ ^ fan && ii during the puff! iii.ßee stripped usrd © ^ in the ü ^ MitssyiiMer nacl ?.
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dem Öffnen des Auspuffventils und während des Auspuffhubes verwendet werden, wenn die Temperatur der Verbrennungsprodukte in dem Arbeitszylinder hoch genug ist. Wenn sich das Auspuffventil öffnet, tritt ein erheblicher Druck- und Temperaturabfall in den Verbrennungsprodukten auf, die in dem Zylinder während des Auspuffhubs bleiben. Erfindungsgemäß kann jedoch die Temperatur auf dem Weg, den die Verbrennungsprodukte nehmen, dadurch erhöht werden, daß eine oder mehrere, geheizte Flächen 80 in dem Verdichtungsraum des Zylinders neben dem Auspuffventil angeordnet werden.(Fig. 5 h). Die beheizten Oberflächen 80 können beispielsweise aus rostfreiem Stahl in Form von einem oder mehreren Ringen ausgebildet sein, die an der Oberseite der Zylinderwand in an sich bekannter Weise mit Zapfen befestigt sind. Die Flächen 80 werden durch den Verbrennungsprozeß aufgeheizt und dienen zur Erhitzung der Verbrennungsprodukte während des Auspuffhubes, wenn die Kohlenwasserstoffe (die sich vorher an den Seiten des Zylinders befunden haben) zur NO-Reduktion vorhanden sind.used when opening the exhaust valve and during the exhaust stroke when the temperature of the combustion products in the working cylinder is high enough. When the exhaust valve opens, there is a considerable drop in pressure and temperature the products of combustion that remain in the cylinder during the exhaust stroke. According to the invention, however, the temperature on the route taken by the products of combustion, can be increased by having one or more heated surfaces 80 in the The compression chamber of the cylinder is arranged next to the exhaust valve (Fig. 5h). The heated surfaces 80 may, for example, be made of stainless steel in the form of one or more Rings be formed, which are attached to the top of the cylinder wall in a manner known per se with pins. The surfaces 80 are heated up by the combustion process and are used to heat the combustion products during the exhaust stroke, when the hydrocarbons (which were previously on the sides of the cylinder) are present for NO reduction are.
Die Figuren 1, 3 und 4 zeigen eine Art der Durchführung der Erfindung, während die Figuren 5 a bis 5 g eine andere Art der Durchführung der Erfindung zeigen. Figur 5 h zeigt noch eine weitere Ausführungsmöglichkeit. Es ist zu betonen, daß die beiden erstgenannten Ausführungsformen oder alle drei Ausführungsformen gleichzeitig angewendet werden können, um bei Speziellen Anwendungsfällen die Reduktion des NO zu bewirken.Figures 1, 3 and 4 show one way of carrying out the invention, while FIGS. 5a to 5g show another way of carrying out the invention. Figure 5h shows another further execution option. It is to be emphasized that the two first-mentioned embodiments or all three embodiments can be applied simultaneously to special Use cases to bring about the reduction of NO.
Die Erfindung hat eine Reihe Vorteile und kann in vielen verschiedenen Ausführungsformen verwirklicht werden, um die NO-Verunreinigungen in den Produkten der Kohlenwasserstoffverbrennung zu reduzieren. Es ist zu beachten, daß, wenn das Ausführungsbeispiel von Figur 4, das heißt eine getrennte Quelle für Kohlenwasserstoffe, verwendet wird, um die Temperatur des Abgases aus dem Arbeitszylinder anzuheben, diese auch dazu verwendet werden kann, daß mit Sicherheit eine genügende Menge an überschüssigen Kohlenwasserstoffen zur Verfugung steht, um die Reduktion des NO zu beschleunigen. Auf diese Weise kann dieThe invention has a number of advantages and can be used in many different ways Embodiments are implemented to reduce the NO pollutants in the products of hydrocarbon combustion to reduce. It should be noted that when using the embodiment of Figure 4, that is, a separate source for Hydrocarbons, used to raise the temperature of the exhaust gas from the working cylinder, are also used to do this can be that with certainty a sufficient amount of excess hydrocarbons is available to the Accelerate reduction of NO. In this way, the
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Hauptquelle von Verunreinigungen (die Brennkraftmaschine) bei einem beliebigen Brennstoff-Luft-Verhältnis arbeiten, wßlches nach anderen Konstruktionskriterien erwünscht sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel der.Erfindung, bei dem die Arbeitskammer zur Reduktion des NO verwendet wird, muß die Maschine bei einem größeren als dem stöchiometrischen Verhältnis laufen. Dies ist jedoch vollständig in Einklang mit den bevorzugten Mischungsverhältnissen für durch Funken gezündete Brennkraftmaschinen, was schon erkannt wurde, bevor die gesetzlichen Bestimmungen eingeführt wurden, die eine Reduktion der Verunreinigungen NO, Kohlenwasserstoff und CO auf strenge Richtwerte verlangen.Main source of contaminants (the internal combustion engine) would work at any fuel-air ratio may be desirable according to other design criteria. In the embodiment of the invention, in which the working chamber is used to reduce NO, the engine must run at a greater than stoichiometric ratio. However, this is fully consistent with the preferred mixing ratios for spark ignited internal combustion engines, what was already recognized before the legal provisions were introduced that reduce the amount of contamination Require strict guidelines for NO, hydrocarbons and CO.
Die zweite oder zusätzliche Quelle für Kohlenwasserstoffbrennstoff muß, wenn sie zur Durchführung der Erfindung benutzt wird, nicht den gleichen hochgradigen Brennstoff wie der Brennstoff liefern, der für den Antrieb der Brennkraftmaschine sorgt. Alle Ausführungsbeispiele der Erfindung können durch verhältnismäßig einfache Änderungen an bereits bestehenden Maschinen verwirklicht werden. Die zweite Quelle für Kohlenwasserstoff bedeutet, wenn sie zur Durchführung der Erfindung benötigt wird, keinen großen Kompromiß in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit, wenn man diese Anordnung mit bekannten Anordnungen zur Lösung des gleichen Problems vergleicht. Die Verwendung einer geeigneten Isolierung in Verbindung mit dem Abgassystem, welches auf die Brennkammer folgt, kann die Nachheizkosten für die Auspuffprodukte, die zur Erreichung der geeigneten Reaktionszeiten erforderlich sind, auf ein Minimum herabsetzen. Wenn die Abgase eine NO-Reduktionsstufe,,gefolgt von einer Kohlenwasserstoff- und CO-Reduktionsstufe, durchlaufen haben, besteht nur ein geringer Bedarf an weiteren Abscheidern in dem Auspuffsystem. Die Erfindung ist sowohl auf Zweitakt- als auch auf Viertaktmaschinen anwendbar. Offenbar kann die Erfindung auch auf verschiedene Maschinentypen, beispielsweise die Hubkolben-Brennkraftmaschine, die Kreiskolbenmaschine, Turbinen und Wankelmotoren, angewendet werden. Bei Turbinen würde sich die NO-Reduktionskammer außerhalb der "Arbeitskammer" befinden, während in demThe second or additional source of hydrocarbon fuel when used to practice the invention need not be the same high grade fuel as the fuel deliver, which provides for the drive of the internal combustion engine. All embodiments of the invention can be proportionate by simple changes to existing machines can be implemented. The second source of hydrocarbon means if needed to practice the invention, not a great compromise in terms of economy, if one compares this arrangement with known arrangements for solving the same problem. The use of appropriate insulation in connection with the exhaust system, which follows the combustion chamber, the post-heating costs for the exhaust products, which are necessary to achieve the appropriate reaction times, reduce to a minimum. If the exhaust fumes a NO reduction stage, followed by a hydrocarbon and CO reduction stage, there is only a small need for further separators in the exhaust system. The invention can be used on both two-stroke and four-stroke machines. Obviously, the invention can also be applied to various Machine types, for example the reciprocating internal combustion engine, the rotary piston engine, turbines and Wankel engines, be applied. In the case of turbines, the NO reduction chamber would be outside the "working chamber" while in the
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Wankelmotor die NO-Reduktionskammer entweder innerhalb oder außerhalb der Brennkammern liegen kann.Wankel engine either inside or inside the NO reduction chamber can lie outside the combustion chambers.
Die Erfindung kann auch auf Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung, beispielsweise Dieselmotoren, angewendet werden. Während der Dieselmotor bei einer etwas fetteren als der stöchiometrischen Brennstoffmischung gefahren werden muß, was zu einer gewissen Erhöhung des Brennstoffverbrauchs führt, ist die Brennstoffeinspritzvorrichtung, die die gasförmigen Kohlenwasserstoff verbindungen liefert, bereits Bestandteil der Maschine. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung muß lediglich in ihrer Zeitsteuerung geändert werden, so daß die zweite kleinere Einspritzung von Kohlenwasserstoffen nach der anfänglichen Explosion während des Expansionshubs stattfindet.The invention can also be applied to internal combustion engines with fuel injection, for example diesel engines. While the diesel engine at a slightly richer than the stoichiometric Fuel mixture must be driven, which leads to a certain increase in fuel consumption, is that Fuel injection device, which supplies the gaseous hydrocarbon compounds, already part of the engine. The fuel injector only has to be changed in its timing so that the second smaller injection of hydrocarbons takes place after the initial explosion during the expansion stroke.
Die Erfindung ist auch zur Steuerung der Produkte der Kohlenwasserst off verbrennung bei Heizanlagen und elektrischen Generatoren anwendbar. Tatsächlich kann die zweite Heizeinrichtung für die NO-Reduktion außerhalb der primären Brennkammer sehr klein gehalten werden, da ein umfangreicher Wärmeaustauscher entwickelt werden kann, da Platzerfordernisse für die Verbrennungseinrichtung keine primäre Rolle spielen. Bei Anwendung der Erfindung kann die Hochleistungsanlage näher zu den Stätten oder Abnehmern verlegt werden, so daß sich eine Einsparung an Kosten bei der Übertragung ergibt.The invention is also for controlling the products of the hydrocarbon off combustion in heating systems and electrical generators applicable. Indeed, the second heater for the NO reduction outside of the primary combustion chamber can be kept very small, as an extensive heat exchanger can be developed since space requirements for the incinerator do not play a primary role. When applied According to the invention, the high-performance system can be relocated closer to the sites or customers, so that savings can be made Transfer costs.
Die Erfindung ist in gleicher Weise bei beweglichen und ortsfesten Kohlenstoff-Brennstoffbrennern für den Hausgebrauch anwendbar. The invention is equally applicable to movable and stationary ones Carbon fuel burners applicable for domestic use.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beschrieben. In Figur 5 i ist eine Anordnung gezeigt, bei der eine herkömmliche Zündkerze abgeändert ist, um einen Hohlraum 82 um den Fuß der Zündkerze herum zu bilden, wobei eine oder mehrere Zutrittsöffnungen 83 vorgesehen sind. Dadurch wird eine Anordnung geschaffen, die funktionsmäßig der in Figur 5 d gezeigten Anordnung entspricht und eine einschraubbare EinheitFurther embodiments of the invention are described below. In Figure 5i an arrangement is shown in which a conventional spark plug is modified to have a cavity 82 around the base of the spark plug, with one or more access openings 83 being provided. This will created an arrangement which corresponds functionally to the arrangement shown in Figure 5d and a screw-in unit
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zur Bildung des Hohlraums aufweist. Der Ort des Hohlraums 82 und der Öffnung 83 unmittelbar neben der Zündkerze ist tatsächlich vorteilhaft, da hier die heißeste Stelle in der Arbeitskammer während des Expansionshubes ist, wo aus diesem Grund normalerweise mehr NO erzeugt wird. Der Hohlraum 82 und die Öffnungen 83 sind anders ausgeführt als bei herkömmlichen Zündkerzen. Das Volumen und die Form des Hohlraums 82 und die Zahl und Größe der Öffnungen 83 müssen sorgfältig so gewählt werden, daß während des Ansaug- und Kompressionshubes Brennstoffmischung in den Hohlraum 82 in einer solchen Menge hineingedrückt wird, daß genügend Kohlenwasserstoff in dem Hohlraum gespeichert wird, um mit den Verbrennungsprodukten der Arbeitskammer während der anfänglichen Explosion bei der Verbrennung-· gemischt zu v/erden. Dabei soll eine erhebliche Menge der in der genannten Weise gespeicherten Kohlenwasserstoffe nichtendzündbar gemacht werden und zur Verfugung stehen, um in die Arbeitskammer während des restlichen Abschnittes des Expansionshubes versprüht zu werden, damit sich die Kohlenwasserstoffe mit den restlichen Verbrennungsprodukten als unverbrannte, gasförmige Kohlenwasserstoffe mischen. Auf diese Weise wird dann das NO in der an Sauerstoff verarmten Atmosphäre in der entsprechenden Reaktionszeit und dem zugehörigen Volumen reduziert. to form the cavity. The location of cavity 82 and opening 83 immediately adjacent to the spark plug is in fact advantageous, since this is where the hottest point in the working chamber during the expansion stroke is from where this Reason usually more NO is produced. The cavity 82 and the openings 83 are designed differently from conventional ones Spark plugs. The volume and shape of the cavity 82 and the number and size of the openings 83 must be carefully selected that fuel mixing during the intake and compression strokes is pushed into cavity 82 in an amount such that sufficient hydrocarbon is in the cavity stored in order to deal with the combustion products of the working chamber during the initial explosion during combustion- mixed to ground. A considerable amount of the hydrocarbons stored in this manner should be non-ignitable are made and are available to be sprayed into the working chamber during the remainder of the expansion stroke so that the hydrocarbons Mix with the remaining combustion products as unburned, gaseous hydrocarbons. That way then will the NO in the oxygen-depleted atmosphere is reduced in the corresponding reaction time and the corresponding volume.
Die Anordnung von Figur 5 j arbeitet ähnlich wie die Zündkerzenanordnung von Figur 5 i mit der Ausnahme, daß ein zusätzlicher Brennstoffvorrat 85 durch ein vorgespanntes Rückschlagventil 86 angeschlossen ist, um über ein Brennstoffzuleitungsrohr 86 Kohlenwasserstoffe an den Hohlraum 88 während des Ansaughubes des Kolbens zuzuführen. Dadurch wird die Anwesenheit von genügend Kohlenwasserstoff dadurch sichergestellt, daß unverbrannter Kohlenwasserstoff zum Mischen mit den sauerstoffarmen Verbrennungsprodukten während des Expansionshubes geliefert wird, der auf die anfängliche Verbrennungsexplosion folgt. Die Reduktion des NO kann dann in der sauerstoffarmen Umgebung in der entsprechenden Reaktionszeit und dem zugeordneten Volumen stattfinden. Das durch eine Feder vorbelastete Rückschlag-The arrangement of Figure 5j operates similarly to the spark plug arrangement of Figure 5 i with the exception that an additional fuel supply 85 by a preloaded check valve 86 is connected to via a fuel supply pipe 86 to deliver hydrocarbons to cavity 88 during the intake stroke of the piston. This will increase the presence Ensured of enough hydrocarbon by allowing unburned hydrocarbon to mix with the oxygen-poor Combustion products delivered during the expansion stroke following the initial combustion explosion. The reduction of the NO can then take place in the oxygen-poor environment in the appropriate reaction time and the assigned volume occur. The non-return valve preloaded by a spring
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yentil 86 ist nur während des Ansaughubes offen.valve 86 is only open during the intake stroke.
Figur 5 k zeigt ein Ausführungsbeispiel ähnlich Figur 5 g mit der Ausnahme, daß das Mischrohr nicht vorhanden ist und eine zusätzliche Kohlenwasserstoff-Brennstoffzufuhr mit den Verbrennungsprodukten von dem Abgassystem gemischt wird. Die an Sauerstoff armen Verbrennungsprodukte machen ein Mischrohr dadurch überflüssig, daß sie die gespeicherten Kohlenwasserstoffe nichtbrennbar machen, so daß sie für eine spätere Verwendung als unverbrannte Kohlenwasserstoffe während des Expansionshubes nach der anfänglichen Verbrennungsexplosion zur Verfugung stehen. Es gibt offenbar mehrere Ausführungsformen zur Zufuhr von zusätzlichem Brennstoff, bei denen ein an der Zündkerze vorgesehener Hohlraum wie bei der Ausführungsform von Figur 5 i verwendet wird, um die erfindungsgemäße NO-Reduktion zu liefern. Ferner kann die Maßnahme der zusätzlichen Brennstoffzufuhr mit einer allgemeinen Maßnahme kombiniert werden, die in Zusammenhang mit Figur 5 h beschrieben ist und in der Ausnutzung der von dem Arbeitszylinder abgestreiften Kohlenwasserstoffe besteht. Figure 5k shows an embodiment similar to Figure 5g with the exception that the mixing tube is not present and one additional hydrocarbon fuel feed with the combustion products is mixed by the exhaust system. The combustion products poor in oxygen make a mixing tube through it superfluous that they use the stored hydrocarbons Make non-combustible so that they can be used later as unburned hydrocarbons during the expansion stroke are available after the initial combustion explosion. There are apparently several embodiments for the delivery of additional fuel, in which a cavity provided on the spark plug is used as in the embodiment of FIG. 5 i to provide the NO reduction of the present invention. Furthermore, the measure of the additional fuel supply can be used a general measure, which is described in connection with Figure 5h and in the utilization of the is composed of hydrocarbons stripped from the working cylinder.
Um das Abgas von einer Verbrennungseinrichtung zu behandeln, welches an Brennstoff mager ist und unerwünschtes NO enthält, ist es offenbar notwendig, zuerst genug unverbrannte Kohlenwasserstoffe zuzuführen und die Verbrennung zu beschleunigen, so daß die resultierenden Produkte so beschaffen sind wie die Produkte, die von einer mit fettem Brennstoff laufenden Verbrennungseinrichtung geliefert werden. In 'einem zweiten Schritt werden dann mehr unverbrannte Kohlenwasserstoffe zugeführt, um die Reduktion des NO zu bewirken. In der Praxis zeigt es sich,To treat the exhaust gas from an incinerator, which is lean in fuel and contains unwanted NO, it is evidently necessary to get enough unburned hydrocarbons first and to accelerate the combustion so that the resulting products are like that Products delivered from a rich fuel incinerator. In a second step more unburned hydrocarbons are then added to effect the reduction of NO. In practice it turns out
daß dieser zweistufige Prozeß tatsächlich auch dann auftritt, wenn dieselbe Gesamtmenge an unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu den Abgasprodukten der Verbrennung beim erstenmal zugegeben und die Verbrennung beschleunigt wird.that this two-step process actually occurs when the same total amount of unburned hydrocarbons is added to the exhaust products of combustion the first time and the combustion is accelerated.
In den Figuren 6 bis 12 sind verschiedene Ausführungen von Zündkerzen gezeigt, die ähnlich wie in den Figuren 5 i und 5 jIn Figures 6 to 12 are different versions of Spark plugs shown, which are similar to those in Figures 5 i and 5 j
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ausgebildet sind. Bei diesen Ausführungsformen ist die Kohlenwasserst off-Speicherkamraer als Teil der Zündkerzenanordnung ausgebildet, so daß sie mit einer Gewindeöffnung in der Zylinderwand lösbar verbunden werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, bereits vorhandene Brennkraftmaschinen umzurüsten.are trained. In these embodiments, the hydrocarbon off-storage chamber designed as part of the spark plug assembly, so that they are threaded with a hole in the cylinder wall can be releasably connected. In this way it is possible to convert existing internal combustion engines.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 6 sind mehrere ringförmige, mit Öffnungen versehen Platten, die durch zwei Platten 100 und 102 dargestellt sind, koaxial auf dem Porzellan-Isolatorkörper 104 montiert, um in dem Ringraum zwischen dem Isolatorkörper und der äußeren Elektrode 106 den Speicherhohlraum 108 zu bilden. Während des Kompressionshubes der Maschine v/erden unverbrannte Kohlenwasserstoffe von dem Zylinder über die zueinander versetzten Öffnungen in den Platten 100 und 102 in den Speicherhohlraum eingeführt. Weil der Speicherhohlraum von dem Zylinder durch die Öffnungen isoliert ist und weil ferner eine geringere Temperatur in der Speicherkammer wegen ihres Abstandes zu dem Zylinder vorhanden ist, werden unverbrannte Kohlenwasserstoffe in dem Hohlraum 108 gespeichert, bis die Zündung des Brennstoffes in dem Zylinder abgeschlossen ist. Während des Arbeitshubes der Maschine werden dann die unverbrannten Kohlenwasserstoffe an den Zylinder zurückgeführt, um die Reduktion der unerwünschten Stickstoffoxide zu bewirken (da die Temperatur-, Zeit- und Volumen-Bedingungen in dem Zylinder für die effektive Reduktion der Stickstoffoxide geeignet ist). Gegebenenfalls kann durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung Brennstoff direkt in den Speicherhohlraum eingeführt werden.In the embodiment of FIG and 102 are shown mounted coaxially on the porcelain insulator body 104 to be in the annulus between the insulator body and outer electrode 106 to form storage cavity 108. Ground during the compression stroke of the machine unburned hydrocarbons from the cylinder via the offset openings in plates 100 and 102 in FIG introduced the storage cavity. Because the storage cavity is isolated from the cylinder by the openings and because further If there is a lower temperature in the storage chamber because of its distance from the cylinder, unburned hydrocarbons become stored in cavity 108 until ignition of the fuel in the cylinder is complete. While of the engine's working stroke, the unburned hydrocarbons are then returned to the cylinder to reduce the To bring about reduction of the undesired nitrogen oxides (since the temperature, time and volume conditions in the cylinder is suitable for the effective reduction of nitrogen oxides). If necessary, by the fuel injector Fuel can be introduced directly into the storage cavity.
In dem Ausführungsbeispiel von Figur 7 wird der ringförmige Speicherhohlraum 116 zwischen dem Isolator 118 und der äußeren Elektrode 120 in einem Teil der Zündkerze gebildet, der abseits von dem Gewinde 118 a der äußeren Elektrode 118 liegt. Dadurch wird der Hohlraum von dem Zylinder der Maschine isoliert und befindet sich auf einer wünschenswert niedrigen Temperatur. Folglich wird die Zündung der Kohlenwasserstoffe in dem Hohlraum 116 bei der Zündung des Brennstoffs in dem Zylinder vermieden. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe werden über eine oder In the embodiment of Figure 7, the annular Storage cavity 116 between the insulator 118 and the outer Electrode 120 is formed in a part of the spark plug that is remote from the thread 118 a of the outer electrode 118. Through this the cavity is isolated from the cylinder of the engine and is at a desirably low temperature. As a result, the ignition of the hydrocarbons in the cavity 116 upon ignition of the fuel in the cylinder is avoided. Unburned hydrocarbons are released via an or
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mehrere, durchgehende Längsbohrungen 122 in der äußeren Elektrode 120 an den Speicherhohlraum 116 zugeführt bzw. von diesem abgegeben. Gegebenenfalls kann eine Brennstoffeinspritzvorrichtung vorgesehen sein, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Hohlraum 116 zuzuführen.several, through longitudinal bores 122 in the outer electrode 120 fed to and from the storage cavity 116 submitted. Optionally, a fuel injection device be provided in order to supply unburned hydrocarbons into the cavity 116.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 8 ist eine Nut 130 an der Außenfläche der äußeren Elektrode 132 zwischen dem Gewindeabschnitt 132 a und dem vergrößerten Abschnitt 132 b ausgebildet, der den Dichtring 134 auf die Außenfläche des Zylinderkopfes drückt. In diesem Ausführungsbeispiel sind im wesentlichen in Längsrichtung verlaufende Nuten 136 in dem Gewindeabschnitt 132 a vorgesehen, die eine Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Speicherhohlraum 131 herstellen, der von der Nut I30 und dem Ringraum in dem Dichtring 134 gebildet wird. Gegebenenfalls kann Brennstoff in den Hohlraum durch eine herkömmliche Brennstoffeinspritzvorrichtung eingespritzt werden.In the embodiment of Figure 8, a groove 130 is on the The outer surface of the outer electrode 132 is formed between the threaded section 132 a and the enlarged section 132 b, which presses the sealing ring 134 onto the outer surface of the cylinder head. In this embodiment are essentially in Longitudinal grooves 136 are provided in the threaded portion 132 a, which connect the cylinder and the Produce memory cavity 131, the from the groove I30 and the Annular space is formed in the sealing ring 134. Possibly can fuel into the cavity through a conventional fuel injector be injected.
In dem Ausführungsbeispiel von !Figur 8 ist die Nut I30 in der Zündkerze ausgebildet. Es ist jedoch ersichtlich, daß eine ähnliche Nut auch in dem entsprechenden Teil der Gewind.ebohrung in dem Zylinderkopf entweder in Verbindung mit oder als Alternative von der Nut I30 ausgebildet sein kann, so daß die Größe des Speicherhohlraums auf diese Weise gesteuert werden kann.-In the exemplary embodiment of FIG. 8, the groove I30 is in the Spark plug formed. It can be seen, however, that a similar groove is also found in the corresponding part of the threaded hole may be formed in the cylinder head either in conjunction with or as an alternative to the groove I30, so that the size of the storage cavity can be controlled in this way.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 9 ist eine Ringbuchse 140 konzentrisch auf der äußeren Elektrode 142 zwischen dem Gewindeabschnitt 142 a und dem vergrößerten Abschnitt 142 b montiert. Dichtringe 146 und 148 werden zwischen der Buchse 140 und dem vergrößerten Elektrodenabschnitt und dem Zylinderkopf respektive zusammengedrückt. Dadurch wird ein ringförmiger Speicherhohlraum 150 zwischen der Buchse und dem äußeren Elektrodenteil gebildet. Längsnuten 152 in dem Gewindeabschnitt I42 a bilden die Verbindung zwischen dem Speicherhohlraum 150 und dem Zylinder der Brennkraftmaschine.In the exemplary embodiment of FIG. 9, there is an annular bush 140 mounted concentrically on the outer electrode 142 between the threaded portion 142 a and the enlarged portion 142 b. Sealing rings 146 and 148 are placed between the bushing 140 and the enlarged electrode portion and the cylinder head are pressed together, respectively. This makes a ring-shaped Storage cavity 150 formed between the socket and the outer electrode part. Longitudinal grooves 152 in the threaded section I42 a form the connection between the storage cavity 150 and the cylinder of the internal combustion engine.
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Wie in Figur 10 gezeigt ist, kann die innere Umfangsflache der Buchse 160 mit einer Ringnut 162 versehen sein, um die wirksame Größe des Hohlraumes 164 zu vergrößern. Die Tiefe und Breite der Nut 162 sind Mittel, um die Größe des Speicherhohlraums zu steuern. Um die Verteilung und den Wirkungsgrad der Kohlenwas^- serstoffe in der Speicherkammer zu erhöhen, kann die Nut mit einer porösen Masse 166, beispielsweise gesinterter Bronze, gefüllt sein, wie in Figur 11 gezeigt ist, so daß ein Filtereffekt an dem Brennstoff erzielt wird.As shown in Figure 10, the inner peripheral surface of the Bushing 160 may be provided with an annular groove 162 in order to increase the effective size of the cavity 164. The depth and breadth of the Grooves 162 are a means to control the size of the storage cavity. To the distribution and the efficiency of the coal water ^ - To increase substances in the storage chamber, the groove can be filled with a porous mass 166, for example sintered bronze as shown in Figure 11, so that a filter effect is achieved on the fuel.
Bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 12 ist der Speicherhohlraum 170 durch eine Ringnut oder Ausnehmung gebildet, die in der Stirnseite des vergrößerten Abschnittes 172 a der äußeren Elektrode 172 der Zündkerze ausgebildet ist. Der Außendurchmesser der Nut 170 ist kleiner als der Durchmesser des Dichtringes 174» der zwischen dem vergrößerten Elektrodenabschnitt 172 und dem Zylinderkopf zusammengedrückt wird. Die Verbindung zwischen dem Speicherhohlraum und dem Zylinder wird durch Längsnuten 176 gebildet, die in dem Außenumfang des Gewindeabschnittes 172 b der äußeren Elektrode angeordnet sind.In the embodiment of FIG. 12, the storage cavity 170 is formed by an annular groove or recess which is shown in FIG the end face of the enlarged section 172 a of the outer electrode 172 of the spark plug is formed. The outside diameter the groove 170 is smaller than the diameter of the sealing ring 174 »that between the enlarged electrode section 172 and the cylinder head is compressed. The connection between the storage cavity and the cylinder is made by longitudinal grooves 176 formed in the outer periphery of the threaded portion 172 b of the outer electrode are arranged.
In jedem der Zündkerzen-Ausführungsbeispiele können Brennstoffeinspritzvorrichtungen wahlweise vorgesehen sein, um eine gewisse Brennstoffmenge von einem getrennten Brennstoffvorrat an den Speicherhohlraum zu liefern.In each of the spark plug embodiments, fuel injectors optionally be provided to a certain amount of fuel from a separate fuel supply to deliver the storage cavity.
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Claims (54)
Temperatur gehalten werden. *with the products of combustion at a sufficiently high level
Temperature are maintained. *
verhältnismäßig hohe, bei der Verbrennung erzeugte Temperatur verwendet wird, um die Mischung bei einer genügend hohen Temperatur zu halten, so daß das NO in einer Reaktionszeit, die auf das abgeschirmte Volumen der Quelle der Verbrennungsprodukte abgestimmt ist, auf ein annehmbares Niveau reduziert wird.gaseous hydrocarbons in the deoxygenated combustion products are brought together at a temperature sufficiently high that the unburned hydrocarbon compounds are provided in gaseous form in the shielded volume that serves as the source of the combustion products at a time after the NO has been generated by the combustion products is, where the
The relatively high temperature generated by the combustion is used to maintain the mixture at a temperature sufficiently high that the NO is reduced to an acceptable level in a reaction time which is matched to the shielded volume of the source of the combustion products.
nichtbrennbarer Form gehalten werden, so daß sie zu einem späteren Zeitpunkt nach der Erzeugung der Verbrennungsprodukte verwendbar sind.5. The method according to claim 4 »characterized in that part of the fuel mixture, which is otherwise used for combustion, is stored in the shielded volume as unburned hydrocarbon compounds, and that the stored hydrocarbon compounds in
non-combustible form so that they can be used at a later time after the production of the combustion products.
sind.6. The method according to claim 5 »characterized in that the stored hydrocarbon compounds are sprayed in non-combustible form into the combustion products after they have been generated in the selected volume
are.
Zylinder (Figur 5 h) in dem Weg des Auspuffgases von dem
Zylinder aufweist, wobei das Speicherheizelement (90)
durch die heißen Gase in dem Zylinder während des Arbeitshubes aufgeheizt werden und die Wärme an die Verbrennungsprodukte während des Auspuffhubes abgibt. 20. The device according to claim 19, characterized in that the heating device has a heat storage element (80) in the
Cylinder (Figure 5h) in the path of the exhaust gas from the
Having cylinder, wherein the storage heating element (90)
are heated by the hot gases in the cylinder during the power stroke and the heat is given off to the combustion products during the exhaust stroke.
darin enthaltenen Gase sauerstoffarm sind.21. The apparatus of claim 15, wherein the hydrocarbon fuel operated device is an internal combustion engine, characterized in that a device which makes the combustion products in the cylinder of the engine oxygen deficient, is provided, and that the mixing device comprises a fuel injector to unburned hydrocarbon fuel in inject the cylinder of the machine at a time when the
the gases contained therein are low in oxygen.
steuert.22. The device according to claim 21, characterized in that the device which makes the combustion products in the cylinder low in oxygen has a carburetor which controls the fuel-air mixture supplied to the cylinder
controls.
der äußeren Elektrode den Speicherhohlraum bildet, und daß der Durchgang wenigstens eine Nut aufweist, die sich in
Längsrichtung über den Gewindeabschnitt erstreckt und dadurch eine Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Speicherhohlraum herstellt.Device according to Claim 51, characterized in that an annular bushing is arranged concentrically at a distance from the outer electrode between the seal and the one spark plug end, that an auxiliary seal is placed concentrically around the outer electrode in order to create a seal between the bushing under pressure .e and the electrode head, the annular space between the socket and
the outer electrode forms the storage cavity, and that the passage has at least one groove which extends into
Extends longitudinally over the threaded portion and thereby establishes a connection between the cylinder and the storage cavity.
Elektrode, die dem Zylinderkopf gegenüberliegt, eine Ringnut aufweist, deren Durchmesser geringer als der Durchmesser der Dichtung ist, wotoei die Ringnut den Speicherhohlraum bildet, und daß der Durchgang wenigstens eine Nut aufweist, die
sich in Längsrichtung über den Gewindeabschnitt erstreckt und darin eingearbeitet ist, wodurch die Verbindung zwischen dem Zylinder und der Singnut hergestellt wird.55 · Device according to claim 51 »characterized in that the surface of the enlarged section of the outer
Electrode, which is opposite to the cylinder head, has an annular groove, the diameter of which is smaller than the diameter of the seal, wotoei the annular groove forms the storage cavity, and that the passage has at least one groove which
extends in the longitudinal direction over the threaded portion and is incorporated therein, whereby the connection between the cylinder and the Singnut is made.
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