DE2523698A1 - Verbesserte mittel zum behandeln der abgase an verbrennungsmotoren - Google Patents

Verbesserte mittel zum behandeln der abgase an verbrennungsmotoren

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Description

MITJA VICTOR HINDERKS, 15A ADAMSON ROAD, LONDON im 3 3HÜ. |,j( ,{
VERBESSERTE MITTEL ZUM BEHANDELN DER ABGASE AN VERBRENNUNGSMOTOREN. EINFÜHRUNG UND VORAUSSETZUNGEN DER ERFINDUNG ABSCHNITT EINS
Die Erfindung bezieht sich auf eine besondere Methode der Entgiftung von Abgasen der Verbrennungsmotoren sowie auf die sich aus der Verwendung dieser Mittel auf die Motorkonstruktion, Kraftstoffersparnis und Leistungsabgabe auswirkenden Vorteile. ..
Wegen der Kompliziertheit der hierin beschriebenen Abgasentgiftungsmethode und deren Umfang wird vorgeschlagen, die Beschreibung in
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einige Abschnitte aufzuteilen, die sich mit verschiedenen ' abgegrenzten Gesichtspunkten befassen, und zwar unter den folgenden Titeln: (1) Einführung und Voraussetzungen, (2) Zusammenfassung der Erfindung, (3) grundlegende Gestaltung, (4) Kanalzustände, (5) fadenförmiger Stoff, (6) Kaltstart und damit zusammenhängende Merkmale, (7) Reaktionsprozess, (8) Die Form des Reaktorgehäuses,
(9) Allgemeines über Werkstoffe und Herstellungsmethoden,
(10) Wiedergewinnung der Kraft.
Da alle für jeden Teil der gesamten Anlage verwendeten Werkstoffe gewisse gemeinsame Eigenschaften besitzen müssen, wie z.B. Wärme- / und Stoßverträglichkeit, Reibungs- und Korrosionsbeständigkeit, sind sie außer bestimmten Ausnahmefällen unter getrenntem Titel und nicht in bezug auf einzelne Eigenschaften beschrieben worden. Die Beschreibung der Skizzen ist nicht kontinuierlich, sondern den jeweiligen Abschnitten entsprechend aufgeteilt worden. Der Grund für diese Anordnung ist, das Auffinden und Kreuzverweisen der Information zu erleichtern und den Leser beim Verstehen der Erfindung zu unterstützen. Es besteht die Aussicht, daß einige der hierin beschriebenen Eigenschaften sowohl selbst, wie auch im Zusammenhang mit dem Abgasentgiftungsverfahren erfinderisch bezeichnet werden können. Es ist zu erhoffen, daß die Aufteilung der Beschreibung in Abschnitte die Abgrenzung der verschiedenen Gedanken fördert und vielleicht das Betrachten der Erfindung unter den verschiedenen Titeln erleichtert.
Es ist wohlbekannt, daß es sich beim Abgasentgiftungsverfahren (im Gegensatz zum Beschränken der Bildung der Giftstoffe am Verbrennungs-
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handelt, die sich normalerweise in den Abgasen langsam fortpflanzen, und daß diese Beschleunigung der chemischen Reaktion durch gewisse Kombination zweier grundsätzlicher Mittel erreicht wird, nämlich die Verwendung von katalytischen Mittel und die Begünstigung der Reaktion bei Wärme und/oder Druck. Zum zweckmäßigen Ausgleich der chemischen Reaktion bis auf den gewünschten Zustand wird oft · Zusatzluft verwendet. Bei allen diesen Methoden werden die meisten gemeinsamen Merkmale eingesetzt, wie z.B., die Verwendung von · Reaktionskammern, von hoch temperaturbeständigen Werkstoffen wie"; keramische Werkstoffe, der Zufuhr von Zusatzluft usw. Vom Anmelder werden nicht die bekannten Prinzipien und Verfahren beansprucht, sondern nur die Art der Anpassung, Ausweitung und Verstärkung derselben bis auf verschiedene Zustände, die eine spezifische Methode der Abgasbehandlung darstellen. Hierin darf ein Vergleich der Verbrennungsmotorkonstruktionen gezogen werden, da hier alle Beispiele ebenfalls gemeinsame Merkmale wie z.B. Kolben, Läufer, Kurbelwellen, Ventile, Nocken, Zündkerzen usw. besitzen. Einen Verbrennungsmotor an sich kann man nicht erfinden, das Anordnen der oben angeführten Merkmale in einer neuen und originellen Kombination mit dem Zweck, einen neuartigen Motor mit spezifischen Eigenschaften, Verwendungsmöglichkeiten und Leistungen zu schaffen, die im Vergleich zu den vorangehenden Konstruktionen wegen ausreichend unterschiedlicher Differenzen eine Erfindung bilden, kann durchaus als möglich betrachtet werden. Es wird vorgeschlagen, daß die folgende Beschreibung gleicherweise eine authentische : Erfindung darstellt, insbesondere, da das hier geschaffene Abgasbehandlungsverfahren, das Ergebnis jahrelanger Überlegungen und Untersuchungen einer Person, sich von den verschiedenen Abgasbehandlungssystemen, die von der Automobilindustrie entwickelt werden, stark unterscheidet. Diese Unterschiede bilden die besonderen Vorteile der Erfindung, die tatsächlich einzigartig sind und die erfinderischen Hauptmerkmale umfassen.
Es wird nicht vorgeschlagen, daß sich-diese Beschreibung mit der komplizierten Geschichte der Ankunft und dem Einsatz der Abgasentgiftungssysteme in Fahrzeugmotoren befasst, oder Vergleiche der üblichen Abgasreinigungsmethoden mit der hier vorgestellten Erfindung angestellt werden. Für diejenigen, die mit den Verfahren vertraut sind, sind diese Unterschiede aus den in Abschnitt Drei enthaltenen Beschreibungen größtenteils ersichtlich; falls erforderlich, kann
weitere Erklärung in Form einer Beilage vorgesehen werden. Zusammenfassend wird festgestellt, daß sich die Hauptunterschiede zwischen der hier vorliegenden Erfindung und den herkömmlichen Anlagen auf wirtschaftlichen Kraftstoffverbrauch bezieht. Soweit hat Abgasentgiftung immer eine verhältnismäßige Erhöhung des : Kraftstoffverbrauches mit sich gebracht. Der Hauptzweck dieser . Erfindung besteht darin, Mittel zum Behandeln von Abgasen zu schaffen, die einfach und billig sind, und die keine Erhöhung des Kraftstoffverbrauches verursachen.
In dem folgenden Text wird allgemein angenommen, daß Abgasentgiftung der Abgasreinigung im Sinne der Normen den japanischen und US-Rechtsvorschriften entspricht.- Zur Zeit der Verfassung sind diese Normen in den europäischen Ländern noch nicht gesetzmäßig. Ihre Einführung ist evtl. in den folgenden sechs Jahren zu erwarten.
Der Anmelder ist der Ansicht, daß mit der Zeit alle Mittel zur Abgasentgiftung im Gegensatz zu den heute meistens eingesetzten und praktisch vollkommen katalytisch,arbeitenden, thermisch funktionierend werden und aus diesem Grunde wird ihre Verwendung mit Hardware-Kosten verbunden sein. Grundsätzlich sind zur Erreichung derselben Wirkung, d.h. zur Beschleunigung des Reaktionsvorganges, Wärme sowie Katalysatoren eingesetzt worden. Die Produktion von Katalysatoren ist kostspielig, sie bedürfen teurer Ersatzteile bzw. Wartung dagegen ist Wärme kostenlos vorhanden, da sie bereits beim Verbrennungsverfahren erzeugt wird. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen wird es sich daher durchsetzen, daß bei den Abgasbehandlungsverfahren größtenteils die ohne weiteres vorhandene Wärme eingesetzt wird und wegen der sich daraus ergebenden niedrigeren Kosten der Reinhaltung der Umgebungsluft ist die gesetzliche Einführung in Ländern, in denen diese Maßnahmen bisher als unwirtschaftlicher Luxus betrachtet worden sind, als praktisch anzusehen. Einer der wichtigsten Zwecke dieser Erfindung ist, diese Wärme zweckmäßig auszunutzen und dadurch die Kosten herabzusetzen. Abgesehen davon, daß dadurch ein System mit geringerer Leistung der Katalysatoren zur Verfügung gestellt wird (daher entsprechend niedrigere Kosten), bietet die vorstehende Erfindung weitere Wirtschaftlichkeit in Bezug auf Einbau: und Wartung auf verschiedene Weise. Es liegt wohl auf der Hand, daß alternative Systeme wegen des erforderlichen Einbaus von bereits erwähnten
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komplizierten Teilen wie Luftpumpen usw. kostspielig sind; daher würde Beseitigung einer großen Anzahl von Hilfsgeräten (wie im Falle dieser Erfindung) zu beträchtlicher Kostenersparnis führen. In den meisten Systemen werden mindestens zwei Reaktoren eingesetzt, und zwar einer zum Oxydieren und der zweite zum Reduzieren. Die vorliegende Erfindung bezweckt weitere Kostenersparnis, indem sie einen einzigen Reaktor für Dreikomponenten-Wirkung umfaßt. Bei einigen Ausführungen wird ein einziges integrales Gehäuse aus hochtonhaltiger Keramik verwendet, das zu verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden kann. Die Einbaukosten von alternativen Systemen für Personenkraftwagen, die zur Zeit projektiert werden, belaufen sich schätzungsweise auf ca. 300 - 400 US-Dollar, zuzüglich Kosten der Ersatzteile und der Wartung, die bei Wagen ohne Abgasentgiftung entfallen. Die im Vereinigten Königreich zu gleicher Zeit durchgeführten Kostenuntersuchungen deuten darauf hin, daß sich der Einbau von Einrichtungen nach der vorliegenden Erfindung in einem Personenkraftwagen auf zwischen 40 und 120 US-Dollar belaufen würde, wobei die beiden Preisbereiche die dem Wagenbesitzer berechneten Preise darstellen. Es ist anzunehmen, daß nach Ausreifung der Konstruktion und bei Massenherstellung der dem Wagenbesitzer berechnete Preis weit unter die oben erwähnten Werte fallen würde.. Die Erfindung befaßt sich mit einem Abgasentgiftungsverfahren, welches die Behandlung der Gase nach ihrem Bilden sowie die Regelung ihrer Bildung durch Verstellung der Zündmittel sowie der Gemischzusammensetzung bewirkt. Ein weiteres, mit der Erfindung bezwecktes Ziel ist, dieses Verfahren zur Herabsetzung der zum Verbrennen einer gegebenen Kraftstoffmenge erforderlichen Motorarbeit zu verwenden bzw. anzupassen, in anderen Worten Verbesserung der Motorleistung herbeizuführen.
ZUSAMMENFASSUNG ABSCHNITT 2
Die Erfindung umfaßt eine Reaktorgruppe zum Behandeln der Abgase, einschließlich eines Gehäuses, welches den Reaktionsraum umschließt und den Durchfluß der Abgase ermöglicht, wobei dieser Raum teilweise durch faserförmigen Stoff gefüllt ist und das hier erwähnte Gehäuse mindestens einen Isolierstoff enthält, welcher in dem Gehäuse vorwiegend nach innen gerichtet ist. Weiterhin umfaßt die Erfindung einen Motor mit einem Ansaugsystem und einem Abgaskärial, welcher mit der Reaktorgruppe zur Behandlung der Abgase in Verbindung steht
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und ein Gehäuse hat, welches teilweise das Reaktionsvolumen bestimmt, und am Motor montiert werden muß, um den eben erwähnten Raum auf eine geeignete Weise zu umschließen und somit die Funktion der Reaktorgruppe zu ermöglichen, und zwar bei Einschaltung eines Zwischenstücks zwischen dieses Gehäuse und den Motor. Weiterhin . umfaßt diese Erfindung eine Reaktorgruppe zum Behandeln der Abgase, die mindestens ein Gehäuse mit Umfangswand von elliptischer Form im Querschnitt umfaßt, wobei die Wand dieses Gehäuses in Draufsicht gebogene Seiten aufweist, die allmählich bis auf eine stumpfe -: Spitze verjüngt sind, welche die Abgasauslaßöffnung bildet. Weiterhin befaßt sich die Erfindung mit einem Motor mit einem Einlaßsystem, einem Auslaßkanal, einem Auslaßsystem, wobei das Auslaßsystem mit einer mit Gaseinlaß und Gasauslaß versehenen Reaktorgruppe in Verbindung steht unQ die erstgenannten Teile so angeordnet sind, daß das Gas bei laufendem Motor vorwiegend in einer Richtung strömt, und zwar von einem Punkt innerhalb des bereits erwähnten Auslaßkanals bis zu einem Punkt hinter dem erwähnten Auslaß des Reaktors. Weiterhin befaßt sich die Erfindung mit einem zum Einsetzen in den Abgasbehandlungs-Reaktor geeigneten fadenförmigen Werkstoff, welcher aus einer großen Anzahl von Körnchen besteht, die vorwiegend aus einem Kern hervorragen. Weiter befaßt sich die Erfindung mit einem zum Einsetzen in den Abgasbehandlungs-Reaktor geeigneten fadenförmigen Werkstoff, welcher aus einer großen Anzahl von Körnchen besteht, wobei mindestens ein Körnchen eine ungefähr kugelförmige Fläche, und diese Fläche eine verhältnismäßig große Vertiefung aufweist. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einem Motor, welcher ein Einlaßsystem, ein Auslaßsystem und beim Lauf einen Abgasfluß hat, wobei das Abgassystem mit dem Abgasbehandlungsreaktor in Verbindung steht, welcher einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß hat, und der erwähnte Reaktor beim Kaltstart durch Sperren des Gasabflusses.zweckmäßig angewärmt wird, wobei dieser Abgasfluß vom normalen Strom an einer Stelle abwärts von dem erwähnten Auslaßsystem an ein Abgas-Umlauf sy stern teilweise umlenkbar ist, wobei dieses Abgas-Umlaufsystem mit einem Abgas-Behälter in Verbindung steht. Diese Erfindung umfaßt ebenfalls eine Ventilgruppe, die sich zum Einbau in den motortechnischen Flüssigkeitsfluß eignet, wobei diese Gruppe ein herausragendes Gehäuse hat, in dem sich ein in Verbindung mit einem Ventilglied stehender Kanal befindet; dieses Ventilgiied umfaßt eine Welle, die an in die strömende Flüssigkeit
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eintauchende Flügel befestigt, verschiebbar montiert und aus der geöffneten in die geschlossene Stellung durch Federwirkung vorgespannt ist und somit den Durchgang beschränkt. Im weiteren umfaßt die Erfindung einen Motor mit einem Einlaßsystem und einem Auslaßsystem, wobei das Auslaßsystem mit der Abgasbehandlung^— Reaktorgruppe in Verbindung steht und das Einlaßsystem durch den ersten Kanal mit einer Kammer in unmittelbarer Nähe zu der ' Reaktorgruppe in Verbindung steht und diese Kammer über einen zweiten Kanal mit dem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung steht." Im weiteren umfaßt die Erfindung eine zum Einspritzen der Flüssigkeit in das Einlaßsystem des Motors geeignete Einspritzeinrichtung, wobei diese Baugruppe eine um ihre eigene Achse drehbar angeordnete Düse umfaßt, deren Bewegung mindestens teilweise gleichzeitig mit dem Einspritzen des Kraftstoffes geschieht. Im weiteren umfaßt die Erfindung eine einzelne Einspritzeinrichtung (Gruppe), die zum Einspritzen von mehreren unterschiedlichen Flüssigkeiten in das Einlaßsystem eines Motors geeignet sind. Im weiteren umfaßt die Erfindung eine einzelne Schwimmerkammer (Gruppe), die zum Einbau zusammen mit und Flüssigkeitszufuhr zu dem Einlaßsystem eines Motors bezweckend, geeignet ist, wobei diese Gruppe gleichzeitig mehrere unterschiedliche Flüssigkeiten aufnehmen kann. Im weiteren umfaßt die Erfindung einen ungekühlten Motor, welcher fähig ist, ununterbrochen zu laufen. Im weiteren umfaßt die Erfindung einen Motor, welcher mindestens teilweise mit Verbrennungszyklus lauft und dessen Auslaßsystem mit einer Abgasbehandlungs-Reaktorgruppe in Verbindung steht, wobei innerhalb dieser Reaktorgruppe Mittel angeordnet sind, die einen besonderen, jedoch miteinander verbundenen Raum abgrenzt, welcher nach außen mit dem Reaktor in Verbindung steht, wobei diese im folgenden als Wärmeaustauschersystem bezeichnet werden. Im weiteren umfaßt die Erfindung eine Hohlnadel mit mehrfachen öffnungen, die zum Fördern der Flüssigkeit zur Mischung in das Einlaßsystem eines Motors eingebaut wird.
GRUNDLEGENDE GESTALTUNG ABSCHNITT 3
Die grundlegende Gestaltung des Prinzips der Erfindung in Form eines thermisch/katalytischen Abgasreaktors ist zusammen mit der Wirkungsweise des Reaktors im folgenden beschrieben.
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In den beiliegenden Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Figur 1 schematische, teilweise aufgeschnittene ^^^^^?; Draufsicht, welche das Innere des Reaktors gemäß der Erfindung darstellt.
Figur 2 Querschnitt auf Linie 2 - 2 in Figur 1. .· Figur 3 Querschnitt auf Linie 3 - 3 in Figur 1. ';
Figur 4 Querschnitt ähnlich Figur 3, jedoch geänderte ; Ausführung. :
Figur 5 Querschnitt, ebenfalls ähnlich Figur 3, jedoch durch eine weitere geänderte Ausführung.
Verwirklichung der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Erfindung umfaßt den Reaktor, äußeres Metallgehäuse bzw. Kammer 10, inneres Gehäuse bzw. Kammer 11 aus fester Keramik, deren Form der Innenfläche des äußeren Gehäuses 10 folgt, sowie eine Schicht Fiberwerkstoff 12, die zwischen das innere und das äußere Gehäuse eingelegt ist. Am Umfang des äußeren Gehäuses 10 und der Schicht des Fiberwerkstoffs 12 befinden sich Flansche 13 bzw. 1.4/ welche mehrere "fluchtende Öffnungen zum Einsetzen der Durchgangsbolzen 15 zur Befestigung des Reaktors am Motorblock 16 besitzen und den letzteren derart halten, daß alle Auslaßkanäle 17 des Blocks mit dem Inneren des inneren Keramikgehäuses 11 in Verbindung stehen. Fadenförmige Werkstoffe, wie z.B. Nickelchromlegierung, befinden sich in zwei Formen innerhalb des inneren Gehäuses 11 und zwar die erste als willkürlich verteilter Draht 18 und die zweite als Spiralfeder 19 aus stärkerem Draht neben jedem Auslaßkänal 17 zwecks Einschränkung'der AbgasStrömungsgeschwindigkeit am Kanalausiaß. Es ist zweckmäßig, ah dieser Stelle das Arbeitsprinzip des Reaktors zu erläutern, bevor mit der vollen Beschreibung in diesem Abschnitt begönnen wird. Bedingt durch die Lage des Reaktors am Motor und die Isolierung der inneren Fläche wird bei Betrieb der Inhalt der Kammer, d.h. die Gase und der fadenförmige Werkstoff auf hoher Temperatur gehalten, so daß die aus den Motorzylindern ausgestoßenen Abgase nach dem Eintritt in das Keramikgehäuse 11 die Oxydation und Reaktion weiter fortsetzen, und somit die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyde und Stickstoffoxyde.des Abgases weitgehend ,. beseitigen. Des weiteren wirkt der fadenförmige Werkstoff 18-filterförmig, indem.er feste,
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durch das Gas getragene Teilchen auffangt und örtliche Wirbelung einleitet, welche innerhalb der kürzest möglichen Zeit, die größtmögliche Gasmenge mit den Flächen des fadenförmigen Werkstoffes in Berührung bringt.
Um schnelles Anwärmen des fadenförmigen Werkstoffes 18 und 19 beim Kaltstart zu gewährleisten, ist an der Spindel 21 ein Ventilglied 20 neben dem Auslaßende des Reaktors drehbar angeordnet, dessen Metallgehäuse 11 und die Schicht des faserigen Materials: mit Flanschen. 22 und 23 versehen sind, die wiederum am Flansch 26 des ein Teil des Auspuffsystems des Fahrzeuges bildenden Rohres mittels Schrauben 24 und Haitemuttern 25 befestigt sind, wie in Fig. 3 abgebildet. Bei Kaltstartbedingungen wird das Ventil 20 entweder von Hand oder automatisch (normalerweise nach zwei oder drei Zyklen vom Zündungsbeginn) über das Gestänge 28 geschlossen, so daß die neuerzeugten Abgase in der Kammer 11 aufgefangen werden, um darin schnelle Temperatursteigerung mit Sicherheit zu erzielen, bis ein bestimmter Druck erreicht wird und sich somit das Ventilglied 20 wenigstens teilweise öffnet. Dies kann zweckmäßig durch Vorspannung des Ventils 20 in der geschlossenen Stellung verwirklicht werden, wobei es nur bei Kaltstart schaltet und so auf der diametrisch versetzten Achse 21 sitzt, daß der in der Kammer 11 steigende Druck auf das Ventilglied 20 ausgeübt wird und das letztere sich zu öffnen beginnt, wenn das Drehmoment die von der Feder ausgeübte Schließkraft übersteigt. In der Vorkammer des Ventilglieds 2O kann ein Druckentlastungsventil 40 und ein Kanal 41 vorgesehen werden - siehe schematische Darstellung in Fig. 1.
Es ist daher verständlich, daß in normaler Stellung das Ventil an der Auslaßseite des Reaktors die Abgase in der Kammer aufhält und dadurch einen schnellen Anstieg der Temperatur der fadenförmigen Werkstoffe herbeiführt, wodurch wiederum die fortsetzende Verbrennunc der eingesperrten Abgase unterstützt wird. Eine ähnliche,! wenn auch etwas weniger intensive Wirkung wird durch teilweises Schließen des Ventilgliedes erzielt, welche durch das Aufbauen des Druckes den normalen Durchfluß der Abgase verzögert und dadurch verursacht, daß sie länger mit dem fadenförmigen Material in Berührung bleiben und die angewärmten Flächen bei der Reaktion durch Oxydierung und/oder Reduzierung unterstützt sind.
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Die in Fig. 4 abgebildete Anordnung ist z.B. zur Anwendung in einem Hochleistungsmotor, wo maximale Isolierung evtl. nicht gewünscht wird und eine feste Aufnahme des fadenförmigen Werk- V stoffes wichtig sein kann. Bei dieser Ausführung wird das eine Ende der .Spiralspule 29, welche einen verstärkten, mit Außengewinde versehenen Untersatz hat, direkt in den Auslaßkanal 17 eingeschraubt, wodurch die Wärmeübertragung von den ausgehenden Abgasen an den umgebenden Block 16 und an die Motorkühlungssysteme verstärkt wird. Das teilweise im Schnitt bei 42 dargestellte Kammergehäuse zeigt eine alternative Ausführung mit integralem Mantelkörper, welcher mittels L-Klemmen 43 und Schrauben 15 in Stellung gehalten wird.
Bei....der in Fig. 5 dargestellten Version erweist es sich als erforderlich, die Wärmeübertragung von den herausströmenden Abgasen zum umgebenden Block 16 und zu der Kühlanlage zu reduzieren, so daß jeder Kanal 17 mit einer Hülse 30 aus Keramik versehen ist, welche.eine Schicht aus faserigem Stoff 31 zwischen ihrer äußeren Fläche, und dem Block 16 besitzt. Eine Hülle aus Blech oder einem anderen Werkstoff 32 ist innerhalb der Isolierung ersichtlich; sie hat die Aufgabe, den Reaktionsvorgang zu unterstützen. Diese Anordnung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt; in einer bevorzugten Anordnung ist die Stärke der Hülle aus Metallblech oder ,aus.einem.anderen.Werkstoff von geringer Bedeutung und bildet einen Film, welcher im Niederschlagverfahren aufgetragen worden ist bzw. aus einer Auftragungs schicht (z.B.. ähnlich, wie ..Blattgold) besteht, welches durch Druck und/oder mittels Klebstoff aufgetragen wird. Der Film kann ebenfalls auf Keramikteile aufgetragen werden, indem der Werkstoff in Pulverform beim Herstellen des Keramikteiles auf die Fläche der Form aufgetragen wird. Falls Formen bei Wärme und/ oder Druck,erfolgt, wird der Fremdwerkstoff in der Art eines Films mit der Keramikflä,che verbunden. . ; _ .
Um. das ..Entfernen...oder Umwandeln ungewünschter Bestandteile der Abgase zu unterstützen, können .im.Zusammenhang mit dem Reaktor 'Katalisatoren zu Hilfe gezogen werden. Die oben beschriebene Ausführung in bezug auf Metall oder andere Filme stellt dar, wie ein Katalysator mit der Innenfläche des Reaktors verbunden werden bzw. zusammenwirken kann, zwecks Erreichung voller Wirksamkeit
sollte der Katalysator jedoch innerhalb der ganzen Kammer vorhanden sein, so daß alle Gase der katalytischen Wirkung ausgesetzt sind. Katalysatoren.können in,oder mit dem innerhalb der Kammer angeordneten fadenförmigen Werkstoff eingearbeitet werden. Unter Katalysatoren versteht man oft Werkstoffe mit sehr starker katalytischer Wirkung, wie z.B. Edelmetalle wie Platin, Palladium usw. Mit dieser Beschreibung sind hier jedoch Werkstoffe gemeint, die eine wichtige, meßbare katalytische Wirkung haben und somit natürlich Werkstoffe einschließen, die nur eine mäßige Katalysierwirkung erzeugen, wie Nickel, Chrom, Nickel/Chrom-Legierungen usw. Als übliche Lösung der Einschaltung der katalytischen Wirkung innerhalb des Reaktorsystems wird ein stark wirkender Katalysator wie z.B. ein Edelmetall in kleinen Mengen auf einen Träger, wie z.B. Keramik gelegt. Auf ähnliehe Weise/können auf fadenförmigen Werkstoff kleine Mengen eines anderen,, katalytische Eigenschaften besitzenden Werkstoffes niedergeschlagen werden. Wahlweise kann der fadenförmige Werkstoff aus einem Werkstoff hergestellt werden, welcher selbst eine massige bis gute katalytische Wirkung besitzt, wie z.B. Nickel/Chrom-Legierung. Die Frage der Zusammensetzung, Verwendung und Konstruktion des Katalysators wird kurz in Abschnitt Neun behandelt, sie bildet jedoch nicht Teil der Erfindung.
Der fadenförmige Werkstoff kann aus einer hochtemperaturbeständigen Legierung bestehen wie rostfreier Stahl, Icohel oder keramische oder "Kunststoff"-Werkstoffe, d.h. Werkstoffe aus der "Riesenmolekül"-Familie mit Molekülgewichten über dem 5.000 Bereich, einschließlich generische Werkstoffe wie Polymere, Kohlenwasserstoffe, Harze, Silikone usw. In Abschnitt Neun sind sie genauer beschrieben. Die Bezeichnung "fadenförmige Werkstoffe" bezieht sich auf die Teile des miteinander verbundenen Werkstoffes, welche den Durchfluß von Gasen durch diese erlauben und Wirbelung sowie Vermischen durch Änderung der Flußrichtung von Teilen des Gases gegeneinander einleiten bzw. unterstützen. Zweckmäßig haben solche Werkstoffe die Form unwillkürlich oder gleichmäßig verteilter Fasern, Fäden oder Drähte oder sie können aber auch in Form dreidimensionaler. Körper aus gelochtem Blech oder Stabmaterial, gegossen, gepresst oder gestanzt und mit gestreckten Flächen gebildet werden. ..·.-..
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Das Kammergehäuse kann wie bereits beschrieben konstruiert werden, d.h. entweder aus vollem Keramikwerkstoff oder in vielschichtiger Ausführung mit einer inneren Hülle aus Keramik, einer Faserstoff-Zwischenschicht wie z.B. aus Keramikwolle und mit einem äußeren, einem strukturellen Teil bildenden Metallgehäuse. Es kann ein beliebig geeigneter, hochtemperaturbeständiger und gute bauliche und/oder Isolier-Eigenschaften besitzender Werkstoff verwendet werden, einschließlich Werkstoffe aus der bereits erwähnten "Riesenmoleküi"-Familie. Das Gehäuse kann eine kombinierte Konstruktion sein, zum Beispiel mit einer innen hergestellten oder außen aus einer anderen bereits bearbeiteten Schicht. Auf diese Art kann an der Außenseite einer keramischen Hülle, die wegen ihrer Härte und größeren Temperaturbeständigkeit gegen die Auswirkung der Abgase weniger beständig ist, eine Schicht hochtemperaturbeständxgen Harzes mit zwar sehr guten Isoliereigenschafteri jedoch geringerer Beständigkeit gegen Abrieb bzw. Korrosion, gebildet werden. Dieser Aspekt wird in Abschnitt Neun näher behandelt.
Es ist erkennbar, daß, falls gewünscht, Vorkehrungen zum Zuführen von Zusatzluft in die Kammer, und zwar zum Unterstützen des VerbrennungsVorganges, getroffen werden können. Wie in Abschnitt Eins bereits erwähnt, ist u.U. Beseitigung des Erfordernisses für Zusatzluft erwünscht, und im folgenden wird erklärt, wie unter normalen Bedingungen die gewünschten Reaktionsvorgänge stattfinden können, ohne daß Zusatzluft erforderlich ist. Anpassung der Erfindung an vorhandene Motoren oder Motorkonstruktionen ist jedoch vorgesehen und u.U. haben die letzteren besondere Verbrennungseigenschaf teni welche das Zuschalten von Zusatzluft gegebenenfalls unter bestimmten Laufbedingungen erforderlich machen. Shnlicherweise gibt es auch verschiedene Motoren von Einzweckkonstruktion für besondere Betriebsbedingungen wie z.B. zum Antrieb von schweren Erdbewegungsmaschinen; :;bei diesen Einsatzzwecken kann Zufuhr von Zusatzluft wünschenswert sein.
In Betrieb wirkt die oben beschriebene Einrichtung als ein Wärme-/ katalytischer Abgasreaktor, das heißt, daß sie durch das Bilden einer Hochtemperatur-Umgebung und einer katalytischen Wirkung in derselben Reaktorgruppe das Ziel, d.h. Beschleunigen des Reaktionsvorganges, erreichen kann. Aus Gründen, welche unten näher erläutert
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„: werden, ist es die Temperatur bzw. Wärme, die im allgemeinen wichtiger, d.h. wirkungsvoller ist, und man kann sagen, daß die katalytische Wirkung bei einigen Verwendungszwecken als das ' wärmeorientierte Verfahren unterstützend bezeichnet werden kann. Bei grundsätzlich sehr saubere Abgase abgebenden Motoren ist; es möglich, Entgiftung der Abgase nach den höchsten Normen bei äußerst geringfügiger bzw. koinzidenter katalytischer Wirkung vorzusehen. Bei koinzidenter Wirkung ist gemeint, daß u.U. Stoffe mit gewisser katalytischer Wirkung in Berührung mit Gasen vorhanden sein können aus Gründen, die nicht mit katalytischer Wirkung zusammenhängen, d.h., daß sie zum Erfüllen bestimmter Konstruktionsparameter wie z.B. Hochtemperaturbeständigkeit usw. bestens geeignet sind. In den mehreren Ausführungen, die sich zum Anpassen an alle Verbrennungsmotorkonstruktionen eignen, bleiben die Prinzipien der Erfindung weitgehend unverändert und werden hierin ohne Bezug auf spezifische Daten, die sich natürlicherweise auf nur einen bestimmten Motor beziehen würden, im allgemeinen beschrieben. Falls nötig, werden solche Daten in den nachfolgenden Abschnitten angegeben. Es ist bekannt, daß Motoren weit unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse, Abgastemperatüren, Gasflußmengen, Kraft/Drehmoment-Verhältnisse haben und für unterschiedliche Betriebsarten konstruiert sind, die grundlegenden Prinzipien der Erfindung werden jedoch für beinahe alle Arbeitszustände der Verbrennungsmotoren anwendbar sein.
Erfindungsgemäß wird ein Wärmereaktor mit einem sehr hohen Wirkungsgrad geschaffen. Hohe Arbeitstemperaturen werden aufgrund der Nähe der Auslaßkanäle erreicht, die direkt in den Reaktionsraum münden sowie aufgrund der Form mit einer kleinen Außenfläche im Verhältnis zum Raum, wodurch Wärmeverluste minimal gehalten werden. Normalerweise verwenden übliche Wärmereaktoren, deren typisches Beispiel vielleicht im US Behrens-Patent No. 3,247,666 beschrieben ist, mehrere Abgasstützen, die in einem schmalen Zylinder münden, ' wo die Flächen im Verhältnis zum Reaktorraum groß sind und zu größeren Wärmeverlusten führen. Die üblichen Zustände bringen ; ebenfalls Isolierungsprobleme mit sich, weil Keramik, der am besten geeignete Werkstoff, in diesen komplexen Formen nicht zuverlässig verarbeitet werden kann, da sich an Stellen, wo eine zylindrische Form in eine andere übergeht, Risse bilden. Erfindungsgemäß eignen sich die in sich robusten, strömungsrunden Formen viel besser für
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weitgehende Isolierung, die ohne weiteres aus den am besten
geeigneten Werkstoffen gefertigt werden kann. Zum Beispiel v/erden durch Isolierung der Auslaßkanäle, wie in Fig. 5 gezeigt, weitere Wärmeverluste beseitigt, die sonst durch den Block bzw. den ι Zylinderkopf an die Kühlanlage abgegeben werden würde. Wegen:der erfindungsgemäßen Konstruktion, die im allgemeinen als die Form eines umgekehrten Megaphons bezeichnet werden kann, und der Anwesenheit von fadenförmigem Werkstoff (Evtl. wolleähnlich) I: in dessen Innerem, wird sie weitgehend als ein Schalldämpfer j wirken. Es ist bekannt, daß bei schalldämpfender Wirkung die
Schallwellen zerstreut werden und deren Energie in Wärme j umgewandelt wird, deren Reste in dem schalldämpfenden Mittel verbleiben. Auf diese Weise erfolgt in dem fadenförmigen Werkstoff und an den Wänden der Kammer zusätzlicher Wärmeaufbau und zwar wegen der Zerstreuung der Schallwellen sowie aufgrund der Schwingungen. Alle diese chemischen Vorgänge, die im weiteren beschrieben werden, sind in einem Teil der Reaktionen mit Oxydierung verbunden, wobei weitere beträchtliche Wärme entsteht. Wegen der Kombination eines oder einiger der oben angeführten j Eigenschaften wird . die Umgebungstemperatur im erfindungsgemäßen Gegenstand schätzungsweise zwischen 100 und 2000C über
der Temperatur des Auslaßkanals eines unveränderten Motors liegen, bei dem sich Temperaturen bei normalen Laufbedingungen auf 850 bis ! 1100°C belaufen. Bei etwaiger Steigerung unter Hochleistungsbedingungen oder bei neuen Motortypen werden daher die Temperaturen innerhalb des Reaktors etwa zwischen 950 und 1300° C liegen.
Es ist bekannt, daß in heutigen Motoren die Reaktortemperaturen dazu neigen, etwas über den theoretischen Werten zu liegen. Bei Leerlauf oder niedriger Belastung fallen die Temperaturen ab und gerade hier wird die Erfindung verschiedenen anderen Systemen i! überlegen, weil ein verhältnismäßig starkes Keramikgehäuse als -, Wärmeableiter wirkt (wie Keramikfütterungen in vielen industriellen Verfahren) und verursacht, daß ein Teil der Wärme nach innen strahlt, falls die Abgastemperatur unterhalb die Temperatur des Gehäuseinnerei abfällt. Diese Strahlung wird sich dank des runden bzw. radialen Querschnitts des Gehäuses zum maximalen Vorteil auswirken, ,,!„ι,
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- I H. -
Die vorteilhaften Auswirkungen der hohen Umgebungstemperatur werden erfindungsgemäß höchst vorteilhaft ausgenutzt, und zwar wegen der Einschaltung des fadenförmigen Werkstoffes, was einem Aussetzen der Abgase von mehrfachen, heißen Flächen vergleichbar ist. Es ist bekannt, daß sich aus gewissen Gründen, die Thermodynamikern scheinbar immer noch nicht ganz verständlich sind, chemische Wirkung bei geheizten Flächen leichter abwickelt. ., . Diese Erscheinung unterscheidet sich von der katalytischen Wirkung, die von der Art der Werkstoffe abhängig ist. Daher ':. wird durch die Einschaltung von vielfachen, nahe beieinander liegenden, geheizten Flächen in Form von fadenförmigen Werkstoffen sichergestellt, daß jeder Teil der kontinuierlich reagierenden Abgase sehr nahe an der geheizten Fläche vorbeistreicht. Darüberhinaus werden die Abgase diesen Flächen sofort beim Verlassen des Kanals ausgesetzt und somit ihre Reaktion in dem frühest möglichen Moment unterstützt. Zusätzlich bietet der fadenförmige Werkstoff ■ dadurch einen Vorteil, daß er kleine Wirbelungen einleitet, verschiedene Teile der Gase gut vermischt und somit den Reaktionsvorgang unterstützt und verursacht, daß etwas Wärme durch die · kinetische Bewegung des Gases erzeugt wird. Diese Wirbelung ist ebenfalls aus einem anderen Grund wichtig und zwar daher, daß sie die Zusammensetzung der Gase "ausgleicht". Während des Verbrennungsvorganges werden in den verschiedenen Teilen des Zylinders aufgrund von Temperaturunterschieden, veränderlicher Flammenausbreitung, Ortung der Zündkerze und des Kraftstoffeinlasses, Anwesenheit von. Kraftstoff oder Ruß an den Zylinderwänden usw. unterschiedliche Produkte gebildet. Normalerweise werden diese unterschiedlichen Verbrennungsprodukte in gewissem Maße auf dem Wege durch den Auslaßkanal vermischt, jedoch bestehen einigermaßen unvermischte Einschüsse eines "unausgeglichenen" Gases evtl. immer noch und . haben noch nicht die richtige Zusammensetzung, die das Zusammen-, wirken auf die gewünschte Weise zulassen würde. Dadurch können u.U. Schwierigkeiten vorkommen, wie zum Beispiel in den langen, nicht untereinander verbundenen Kapillarröhrchen der für Katalysatoren verwendeten, zellenartigen Strukturen, falls diese zu nahe der Auslaßkanäle angeordnet sind. Die Art des erfindungsgemäßen fadenförmigen Werkstoffes gewährleistet, daß richtiges "Ausgleichen" bzw. Vermischen der Gaskomponente stattfindet. Die bekannten . Reaktoren, wie z.B. die von Behrens, sind in dieser Hinsicht im Vergleich
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zu der Erfindung ziemlich grob. In dieser Einrichtung strömen große1'Gas-Säulen bzw. ^-zylinderV wo nur eine dünne Umfangfläche des Gases beeinflußt wird. Es ist vielleicht eben aus diesem Grund, daß die Gase durch verschiedene koaxiale Kammern und 180 Biegungen geleitet, werden, damit mehr Gasteilchen mit den heißen Flächen in Berührung kommen. Die Nachteile dieser Lösung sind u.a. Hemmen der Gasströmung und sich daraus ergebende — Erhöhung des Rückdruckes.
Es wird beabsichtigt, daß erfindungsgemäß Katalysatoren nach der jeweils erforderlichen Art und Stärke und abhängig von Einflüssen wie die Wirksamkeit von thermisch unterstützten Reaktionen, Typ und Menge der zu entfernenden Verunreinigungen, Lebensdauer, die jeweiligen Kraftstoffzusätze usw. erfaßt werden. Es ist bereits beschrieben worden, wie Beschichtungen aus katalysierenden Werkstoffen vorwiegend an die verschiedenen Flächen im Inneren des Reaktors aufgetragen werden können. In einer bevorzugten Ausführung wird der fadenförmige Werkstoff selbst aus einem katalytische Wirkung besitzenden Werkstoff wie Nickel, Nickel/Chrom, Kupfer, rostfreier Stahl usw., hergestellt.- Dazu ist Nickel/Chrom-Legierung vorzüglich geeignet, weil sie nicht zu teuer ist und verhältnismäßig' gute Beständigkeit gegen Korrosion, Abrieb und hohe Temperaturen bei mäßig bis guter katalytischer Leistung hat. Bei den hohen Umgebungstemperaturen gemäß der Erfindung würden sich auf der Oberfläche der Nickel/Chrom-Legierung Filme von Nickel/Chrom-Oxyd bilden, deren katalytische Leistung bedeutend besser als die des Grundmetalls ist. Ein solcher, in Drahtform verteilter Werkstoff wird eine sehr starke katalytische Wirkung haben.
Bei den meisten bekannten katalytischen Verfahren ist der Katalysator verhältnismäßig weit von den Auslaßöffnungen entfernt, wo Temperaturen sich im Bereich von 200 - 50Q?C bewegen, weil die Edelmetall-Katalysatoren oder deren Befestigungen am Grundmetall bzw. die Form des Grundmetalls (oft Zellenkeramik) bei hohen Temperaturen nicht zuverlässig oder dauerhaft warenvs Es ist bekannt, daß sich bei steigender Temperatur die katalytische Wirkunglogarythmisch in ungefähr quadratischem Verhältnis erhöht.? Mit anderen Worten bewirkt Verdoppelung der Temperatur vierfach gesteigerte bzw. Verdreifachung neunfach gesteigerte Wirksamkeit. Natürlich handelt es sich dabei
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um grobe Richtwerte, weil es dafür keine genau abgegrenzte, fortschreitende Reihe gibt und viel von den Werkstoffen und Reaktionszuständen abhängig ist. Zum Beispiel werden bestimmte Katalysatoren innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Temperatursteigerungsbandes wirksam, wonach sich bei einer weiteren : bedeutenden Temperatursteigerung ihre Wirksamkeit nur geringfügig erhöht. Im allgemeinen erhöht sich die katalytische Wirkung b'ei steigender Tamperatur bedeutend, wie von G.L. BauerIe und K. Nobe (und anderen) in ihrem Vortrag v. September 1970 für das Projekt Reinluft an der Kalifornia-Universität erklärt. Die vorliegende Erfindung bietet größere Möglichkeiten für wirksame Verwendung von Katalysatoren als je zuvor, weil sie in Temperaturen eingesetzt werden, die viel höher als die bei den heutigen Katalysatoranwendungen üblichen liegen. U.U. stellt dies einen bedeutenden Vorteil der Erfindung dar.
Der fadenförmige Werkstoff, gemeinsam mit den hohen Umgebungstemperaturen, wird gewährleisten, daß der erfindungsgemäße Gegenstand gegenüber Feststoffpartikeln und Fremdstoffen oder Spurenstoffen, wie zum Beispiel Bleiverbindungen besonders verträglich ist. Der fadenförmige Werkstoff, besonders wenn er mindestens teilweise faserig oder wollähnlich ist, wird weitgehend als Sperre für Feststoffpartikel wirken, ohne daß beim Auffangen dieser Stoffe in dem Reaktor die Leistung des letzteren bedeutsam beeinträchtigt wird. Bestimmte andere Systeme, wie zum Beispiel Zellenstrukturen, sind gegen Verstopfung durch Feststoffpartikel empfindlich, , wobei Schaden auf Fremdstoffe aus dem Kraftstoff oder auf nachlässige Handlung durch den Bedienungsmann zurückzuführen sind. Die meisten Feststoffpartikel, welche in dem erfindungsgemäßen, bei außergewöhnlich hohen Umgebungstemperaturen funktionierenden Reaktorsystem aufgefangen werden, würden sich zerlegen, oxydieren oder auf eine andere Weise reagieren, besonders wenn sie sich auf einer Fläche mit Katalysatoreigenschaften absetzen. Genau wie die Katalysatorwirksamkeit, erhöht sich im allgemeinen die Neigung von Stoffen zum Reagieren bzw. zur Bildung von Verbindungen bei Temperatursteigerung in einem logarythmischen Verhältnis, mit anderen Worten, ein Stoff reagiert bei Verdoppelung der Temperatur vier mal leichter, wobei sich die Ablagerungen schneller "ausbrennen". Naturlieh gelten auch hier die oben erwähnten Bedingungen, wie zweifellos
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zu erkennen ist/kann dieses sehr allgemeine Prinzip (Wärmesteigerurig beschleunigt chemische Vorgänge) als allgemeine, grundlegende Theorie der Wärmereaktoren bezeichnet werden. Gerade weil Temperatursteigerung so wirksam ist, kann die Erfindung hauptsächlich als ein thermisch arbeitender Reaktor betrachtet werden. Wenn er auch katalytisch sehr wirksam arbeiten kann, so wird diese Betriebsweise durch die innerhalb der Baugruppe erzielbaren hohen Arbeitstemperaturen unterstützt und beeinflußt.
Bei thermischer sowie katalytischer Betriebsweise, die sich in der Praxis zum Zwecke gemeinsamer Unterstützung des StoffVerbindungsvorganges vereinigen, soll der Reaktor nach der Dreiteilchen- bzw. Dreikomponenten-^Betriebsweise arbeiten, das heißt, daß die drei wichtigsten/ verunreinigenden Stoffe beim Durchfluß durch eine einzige Einrichtung beseitigt bzw. reduziert werden.
Bei den drei^wichtigsten verunreinigenden Stoffen handelt es sich um Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxyd (CO) und Oxyde des Stickstoffes NOxi In der Industrie ist bedeutendes Interesse in . diesen drei OKomponentenlösungen erst Anfang der 70er Jahre entstanden und die ersten erfolgreichen Laborergebnisse wurden angeblich von T.Vi de Palma während der Interpetrol-Tagung in Rom, Italien* am 24. Juni 1971 verlesen. Bei allen diesen und nachfolgenden Versuchen sind Katalysatoren von üblicher Gestaltung (obwohl nicht unbedingt aus üblichem Werkstoff) verwendet worden. Durch außergewöhnlichen Zufall haben Berechnungen und Ergebnisse aus praktischen Versuchen gezeigt; daß die drei Komponenten bei Kraftstoff/Luft-Gemischen von ± 14,5:1, 14,7:1,mit anderen Worten bei stoichrometrischen Gemischen, welche optimale Leistung bzw. Arbeit aus der Verbrennung bestimmter Kraftstoffmengen erzeugen, höchstwahrscheinlich gleichzeitig reduziert Werden können. Die praktische und kommerzielle Bedeutung dieser Umstände ist in Abschnitt 1 erwähnt, kann jedoch zusammenfassend so ausgelegt werden, daß der Verbrennungsvorgang keine Änderungen und der Abgasreaktionsvorgang keine zusätzlichen Einrichtungen erfordert. Dies heißt, daß praktisch alle kraftver·- braüchenden und/oder kostspieligen Einrichtungen wie jene für Zufuhr von Zusatzluft* für Abgasumwälzung, Änderungen der Zündung aus den OptimumwertenV zur Anreicherung oder Abmagerung der Mischung usw. erforderlichen weggelassen werden könnten, falls die Dreikomponenten-
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Lösung der Abgasentgiftung erfolgreich eingesetzt ist. Kurz und ganz einfach gesagt, wirkt das Dreikomponenten-Behandlungsverfahren wie folgt: Zuerst reagieren Kohlenwasserstoffe mit dem in Abgasen normalerweise vorhandenen Sauerstoff/ da sich diese Oxydierung zuerst einstellt. Dann verbindet sich Kohlenmonoxyd mit dem restlichen Sauerstoff und bildet Kohlendioxyd. Dabei" wird jedoch " ■'■ nicht alles Kohlendioxyd beseitigt; ungefähr die Hälfte dieses Kohlenmonoxyds verbleibt und wird ausreichend "sauerstoffarm", um die Oxyde des Stickstoffs anzugreifen, sich in Kohlenstoffdioxyd umzuwandeln und Stickstoff sowie andere Verbindungen zu belassen.
Wenn auch die ersten Ergebnisse aus Versuchen unter Laborbedirigürigen erfolgreich waren, so wären sie für praktische Zwecke ohne Bedeutung und zwar aufgrund der außerordentlichen Empfindlichkeit des ' Katalysators und der erforderlichen, übermäßig genauenMischurigs- ; regelung. Obwohl seit dieser Zeit große Fortschritte in der Regelungstechnik gemacht worden sind und Katalysatoren nunmehr verträglicher sind, stellen diese Punkte das grundsätzliche Problem bei rein katalytischer Lösung dar. Das erfindungsgemäße System ist den bisherigen überlegen, indem seine Wirkung wärmeorientiert lot und fadenförmigen Werkstoff enthält. Die bei den üblichen Katalysatoren vorkommende Verstopfung und Vergiftung stellt kein Problem dar ündr erfindüngsgemäße Verträglichkeit in Bezug auf Verunreinigung kann ■''■'"' vorteilhaft sein. Das Dreikomponehten-Verf ahren .i st von der "; kritischen Einstellung der Kraftstoffgemische abhängig; falls das Gemisch gestört wird, besteht ein Oberschuß oder Mangel ah einem * ; der Komponenten, die Reaktionsvorgänge gleichen sich nicht aus und belassen die verunreinigenden Stoffe in "unbehandeltem" Zustand.' Meistens besteht dabei ein bestimmter Mangel, d»h./ daß ein Element, mit dem der verunreinigende Komponent reagieren könnte, nicht vorhanden ist. Die Mengen der die Reaktion nicht eingehenden/ rteiii verunreinigenden Komponenten sind im allgemeinen sehr gering, und würden aufgrund des "Mangelzustandes" zum Reagieren, mit anderen vorhandenen Stoffen neigen. Die vorliegende Erfindung, welche1 verunreinigungsverträglich ist und innerhalb ihres Systems!beträchtliche Spuren von Verunreinigungen bzw. sekundären Stoffen beseitigen würde, scheint für die Dreikomponentenlösung besser geeignet^zü-se^Ln als viele bestehende Systeme. ;:. nfei c^; ^u^.
Ein weiterer, sehr wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß in diesen, im Gegensatz zu allen anderen, dem Anmelder .bekannten Dreikomponentensystemen, die sich alle vorwiegend katalytischer Lösung bedienen, die Dreikomponentenlösung grundsätzlich thermische. Mittel verwendet. Von den drei Hauptreaktionen
ist die zwischen Kohlenstoffmonoxyd und den Stickstoffoxyden die am schwersten zu erreichende. Das Beseitigen von NOx hat in praktisch allen Systemen immer die größten Schwierigkeiten bereitet und zwar grundsätzlich wegen eines verhältnismäßigen Widerstandes von NOx zur !Reaktion mit anderen Stoffen. Aus diesem Grunde hat die gesamte Industrie starke Katalysatoren verwendet und hat zur Verwendung von teueren Edelmetallen wie Palladium usw. geführt. Daher erfordert gerade diese Reaktion die stärkste Unterstützung in dem Dreikomponentenverfahren. Bei steigender Temperatur erfahren die hier vorkommenden beiden chemischen Stoffen, d.h. CO und NOx, eine deutliche Änderung ihrer Eigenschaften. Bei Umgebungstemperatur! der vorliegenden Erfindung verhalten sie sich anders als in den bekannten Katalysatorsystemen, wo die Temperatur evtl. bis zu 7000C niedriger liegt. Bei hohen Temperaturen werden die Stickstoffoxyde (eine Familie von Verbindungen mit ungefähr ähnlichen Eigenschaften) unstabil, neigen zum Zerfallen in ihre Komponenten und zum 3ilden neuer*Reaktionen. Das Kohlenstoffmonoxyd wird bei steigender Temperatur äußerst wasserstoffarm und bildet die gewünschte Reaktion bei weniger stabilem NOx viel leichter. Dabei verhält sich die Auswirkung auf chemische Eigenschaften und Stabilität wiederum in ungefähr logarythmischem Verhältnis zum Temperaturanstieg. Mit anderei Worten, es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, daß der Dreikomponenten-Vorgang in Hochtemperaturatmosphäre vorkommt. Es wird vorgeschlagen, daß auf lange Sicht dieses Verfahren zum Behandeln bzw. Beseitigen von NOx, des größte Schwierigkeiten bereitenden, verunreinigenden Elementes, die besten Möglichkeiten bietet.
Bei den ersten Versuchen auf dem Wege zur Lösung der Abgasentgiftungs frage hatte man sich der Wärmemittel bedient, und zwar aufgrund der vielen inhärenten Vorteile. Aufgrund der Schwierigkeiten beim Kaltstart-Zustand sind Arbeiten in dieser Richtung allmählich eingestellt worden. Reaktoren mußten heiß sein, um wirksam zu sein; Anwärmen nahm eine sehr lange Zeit in Anspruch, währenddessen unzulängliche Mengen giftiger bzw. verunreinigender Elemente erzeugt
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wurden. Diese Vorgänge werden in Abschnitt Eins genauer beschrieben.
Der Kaltstart-Vorgang der vorliegenden Erfindung ist zum Beseitigen eben dieses bestehenden Problems geschaffen worden. Unvermeidlicherweise ist die Masse eines Reaktors beträchtlich, so daß man versucht hat zu erreichen, daß mindestens die eigentlich arbeitenden Teile des Reaktors und nicht die ganze Baugruppe einschließlich Teile, die sich an der Reaktion nicht beteiligen, die gewünschte Temperatur erreichen. Die Oberflächen der vorliegenden Erfindung sind die wirksamen Arbeitsteile und umfassen praktisch alle die aus Isolierstoff bestehenden Innenbeläge des Gehäuses, und die innen angeordneten fadenförmigen Werkstoffe. Isolierstoff, wie Keramik, ist durch niedrige Wärmeleitfähigkeit gekennzeichnet und überträgt nur eine kleine Menge Wärme aus der Kammer; zum Anwärmen der , Öberflächenmoleküle auf die innere Umgebungstemperatur braucht auch nicht viel Wärme zugeführt werden. (Wegen niedriger Wärmeleitfähigkeit erfolgt Wärmeübertragung von den Oberflächenmolekülen an die einwärts angeordneten Moleküle nicht ohne weiteres). Es ist· eben aus diesem wichtigen Grunde, daß erfindungsgemäß der Reaktionsraum von Isolierstoff direkt umschlossen ist. Der innen angeordnete fadenförmige Werkstoff hat eine geringe Masse und erweiterte Oberfläche (ungleich den schweren Leitplatten oder Innenkammern verschiedener üblicher Reaktoren). Wie in Abschnitten Fünf und Neun genauer ; beschrieben, kann die fadenförmige Füllung aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, einschließlich z.B. Metallen und Keramik. Falls Metalle verwendet werden, wird durch ihre Wärmeleitfähigkeit gewährleistet, daß Wärme durch Anwärmen ihrer ganzen Masse absorbiert wird, während bei keramischen Stoffen zum Erhöhen der Oberflächentemperatur bis zu der erforderlichen Stufe, aufgrund der bereits im Zusammenhang mit dem Gehäuse erwähnten Gründe nur sehr wenig Wärme absorbiert wird. Es ist unbedingt darauf hinzuweisen, daß die angewärmten Oberflächen des Reaktors seine wirksamen Arbeitsflächen sind und daher nur die Oberflächen schnell angewärmt werden müssen.
Es ist gerade zum Zwecke der Ausnutzung der aus dem Verbrennungsprozess bereits.vorhandenen Wärme (und nicht besonders für den Kaltstart vorgesehene), daß sofort nach dem Beginn der Zündung der Gasauslaß aus der Kammer wenigstens teilweise geschlossen wird.
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Kalkulatorisch ist festgestellt worden, daß die Arbeitsflächen-Temperaturen den Bereich von 7000C innerhalb von fünf bis fünfzig Arbeitstakten, je nach Motortyp, Wärmeleitfähigkeit des fadenförmigen Werkstoffes, Isolationszuständen an den Auslaßkanälen usw., erreichen, vorausgesetzt, daß alle neugebildeten Gase in der Kammer aufgefangen werden können. Es ist angenommen worden, daß der gesamte Reaktionsraum ungefähr dem Doppelten des Motorhubraumes entspricht, und daß je zwei Liter Hubraum ungefähr 5OO Gramm fadenförmiger Werkstoff verwendet wird. Gemäß den obigen Ausführungen würde in einem Viertaktmotor die Anwärmezeit bei einer Leerlaufdrehzahl von 1200 U/min zwischen einer halben Sekunde und fünf Sekunden betragen. Zum Temperaturanstieg beitragend ist Aufrechterhalten der Gase unter Druck, der bald die Kolben einigermaßen belastet und schnelleres Anwärmen des Motors und insbesondere der Verbrennungsräume ermöglicht
In einer bevorzugten Ausführung ist bei Kaltstart der Reaktorgasaüsläß durch mechanische oder automatische Mittel geschlossen und. zwar nach Beginn der Zündung und vor dem Erreichen der Schließmittel durch die neuerzeugten Abgase; bei Viertaktmotoren entspricht dies ungefähr zwei bis fünf Arbeitszyklen des Motors nach dem Beginn der Zündung, je nach dem Reaktorraum usw. Dies ermöglicht das Ausstoßen der Restgase und gewährleistet, daß alle im Verbrennungsvorgang erzeugte und in den Abgasen an den Auslaßkanälen vorhandene Wärmeenergie zum Anwärmen der Arbeitsflächen der Erfindung vollständi aufgebraucht wird ..und-schnelles' Anwärmen bewirkt. Die neu erzeugten und aufgefangenen Gase reagieren auf gewünschte Art, jedoch langsamer als bei normalen Arbeite temperature!*. Die Tatsache, daß sie in Berührung mit den Reaktorflächen langer als bei Hochtemperaturzuständen der Normallaufbedingungen verbleiben, wirkt sich bei der langsamen Reaktionsgeschwindigkeit ausgleichend aus und gewährleistet daß die ersten, Abgase beim Verlassen des Reaktors weitgehend entgifte bzw. gereinigt sind. Diese Eigenschaft ist wichtig, insbesondere bei einem Fahrzeug, welches zum Beispiel den US-Vorschriften entsprechen soll; wichtige Abschnitte dieser Vorschriften beziehen sich auf Kalfestärtprüfungen, Den Forderungen in bezug auf solche Prüfungen könnten andere Systeme nicht immer ohne weiteres entsprechen? dies war insbesondere; bei gewissen Wärmereäktoren der Fall, die vorliegend Erfindung bietet jedoch einen einzigartigenjyorteil dadurch, daß sie
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bei Kaltstart Zero-Abgase und in Wirklichkeit überhaupt keine ' ^ : Abgase abgibt. Dies ist die wichtigste Eigenschaft von großer soziologischer Bedeutung.
Die Mindestanzahl der Arbeitszyklen (d.h. Zündungen), die zur Erreichung der Reaktor-Arbeitstemperatür erforderlich sind und die max. Anzahl der Arbeitszyklen, welche ablaufen können, bevor der Auslaß geschlossen werden muß, überschneiden sich beinahe ausreichend, um zu gewährleisten, daß die neu gebildeten Abgase' mindestens über einen sehr großen Teil und evtl. während des ganzen Kaltstartvorganges vollkommen aufgefangen werden (d.h. \ Schließglied ganz geschlossen), und zwar abhängig von den Parametern wie Motor- und Reaktorkonstruktion, Raumverhältnis usw.
In einer bevorzugten Ausführung bleibt das Schließglied geschlossen, bis im Reaktor ein Druck erreicht wird, welcher niedriger ist als der Druck, der Abwürgung eines leerlaufenden und gegen den Reaktordruck pumpenden Motors verursachen würde. Im praktischen Einsatz sollte sich das Fahrzeug vorzugsweise während der wenigen Sekunden des Kaltstartvorganges nicht fahren lassen, weil Druck unter dem Optimumzustand für den Anwärmevorgang angeglichen werden muß, wenn eine Toleranz für eventuelle Einrückung der Kupplung vorgesehen werden muß. Während des Kaltstartvorganges kann Erhöhung der V Druckgrenze durch Mittel wie besondere manuell oder automatisch bewirkte Motoreinstellung, z.B. Zünd- oder Ventilverstellung, besondere vergasungsbewirkte Verdichtungsänderung usw. erfolgen. Nach dem Erreichen.des max. zulässigen Druckes im Reaktor kann das den Gasauslaß sperrende Glied sich (a) ganz öffnen, um Druck zu entlasten und das System auf normalen. Lauf zustand zu bringen, (b) teilweise öffnen, um den Druck aufrechtzuerhalten und die Gase mit ungefähr derselben Geschwindigkeit ausströmen lassen wie sie einströmen oder (c) in geschlossenem Zustand bleiben, während sich ein zweites Schließgleid zwecks Druckentlastung öder Aufrechterhaltung des Druckes und Ableitung der Abgase durch einen Kanal, welcher nicht das normale Abgassystem ist, entweder ganz oder teilweise öffnet. Diese wahlweise Maßnahme wird in größerem Detail in Abschnitt Sechs behandelt. Die wahlweise Anordnung wie unter (b) ermöglicht wirksame Fortsetzung des Kaltstarirvprganges_|. da das Aufrechterhalten
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des Druckes im Reaktorraum dafür sorgt, daß die Gase in der Kammer beim Durchlauf durch dieselbe länger als unter normalen Laufbedingungen verbleiben, wobei bei längerer Durchlaufzeit bessere Wärmeübertragung zu den kälteren Flächen des Reaktors bewirkt wird und das Verbleiben des Gases in reaktionsfördernder Umgebung:über eine größere Zeitdauer den Ausgleich der kälteren Temperaturen und somit weitgehende, entgiftende Reaktionsvorgänge zuläßt. Gleicherweise kann bei Zuständen wie unter Alternative (c) der Kaltstartvorgang fortgesetzt werden. In der bevorzugten Ausführung ist bei Erreichen der gewünschten Arbeitstemperatur das Schließglied ganz geöffnet. Normalerweise hat der sich bei Beginn des normalen Gasdurchflusses ergebende Druckabfall zuerst eine' Erhöhung der Leerlaufdrehzahl zur Folge und gibt somit dem Bedienenden ein hörbar« Anzeichen dafür, daß der Motor arbeitsbereit ist und die Kupplung eingerückt werden kann.
Die Erfindung kann in Ausführungen verwirklicht werden, die den strengsten Abgasentgiftungsbedingungen und sogar mit weiten Sicherheitsgrenzen entsprechen. Als katalytisch arbeitender Reaktor kann er in höchstwirksamen Ausführungen eingesetzt werden. Als rein wärmetechnischer Reaktor ist er mindestens mit gleicher Wirkung einsetzbar. Die Vorkehrungen zum Kaltstart ergeben einen Vorteil gegenüber konkurrenzfähigen Systemen, die bei Kaltlauf große Mengen Rauch bzw. giftige Abgase abgeben und zum Anwärmen viel mehr Zeit als die vorliegende Einrichtung brauchen. Ein weiterer, zu der Wirksamkeit der Erfindung beitragender Faktor ist die Tatsache, daß der erfindungsgemäße Raum verhältnismäßig größer ist als in anderen an vergleichbaren Motoren oder Fahrzeugen montierten Anlagen bzw. Systemen. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß in der Grundform de: Erfindung der Reaktionsraum der Erfindung einen Raum mit einschließt, welcher normalerweise nicht als verwendbar betrachtets,wird# d.h. der Raum in anderen Systemen zwischen den Sammelrohrstutzen und zwischen dem verbindenden Sammelrohr oder Reaktor und dem Motor/Zyiinderblock. Bei Gasströmungen in grundsätzlich einer Richtung verbleiben Gase länger in der reaktionsbewirkenden Umgebung, wenn der Reaktorraum Ί vergrößert wird, wobei die giftigen bzw. verunreinigenden Partikel in großem Maße beseitigt werden. Da die Erfindung aus vier getrennter Gesichtspunkten wirksam ist, bietet sie Möglichkeiten zum Entgiften von Abgasen bis auf einen Reinheitsgrad, der weit unterhalb den bei
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normalen Arbeits- und Kaltstartbedingungen liegt. Die Reinheitsgradforderungen in vielen Ländern auf kumulativen Messungen, d.h. Summenwerten über Zeitbild und/oder Arbeitsbedingungen beruhen, bedeuten, daß bei der sich daraus ergebenden und unter dem Durchschnitt liegenden Wirkung, kurzzeitiger Abgabe von übermäßigen Mengen giftiger Abgase unter bestimmten, selten vorkommenden Bedingungen oder Betriebsarten geringere Bedeutung zugemutet wird. Kurzzeitiger Überschuß von giftigen Gasen verschwindet leicht in Summenmengenwerten, die im allgemeinen weit unter den geforderten Grenzen ' liegen. Diese Eigenschaft erweist sich als besonders vorteilhaft in Reaktoren, die nach dem Dreikomponenten-Prinzip arbeiten, welches gegen übermäßig große Änderungen im Mischungsverhältnis empfindlich ist. .
Werkstoffe und Fertigungsmethoden sind in Abschnitt Neun im einzelnen beschrieben. Zusammenfassend sei aus den in Abschnitt Eins angeschnittenen Gründen gesagt, daß die Erfindung bei viel niedrigeren Kosten als andere Systeme massenproduziert werden könnte. Das Gehäuse sowie der fadenförmige Kern, wenn er aus Keramikstoffen einschließlich Glas gefertigt wird, kann so gebaut werden, daß es so dauerhaft wie das Fahrzeug sein kann. Falls aus Metall wie Nickel/ Chrom-Legierung hergestellt, kann man erwarten, daß der Kern für mindestens 37,000 Fahrkilometer ausreicht und dabei ohne Schwierigkeiten und bei niedrigen Kosten ersetzt werden kann.
Die obige Beschreibung ist nicht als wissenschaftliche Analyse gemeint, sondern bezweckt leichtes Verständnis grundlegender Eigenschaften, Prinzipien und Vorteile der Erfindung, da sie verschiedenen Ausführungen zum Einbau in beliebige Verbrennungsmotoren ausgebildet werden kann und Personen verständlich sein sollte, die sich normalerweise mit der Technik der Abgasentgiftung nicht beschäftigen. Es ist zu erhoffen, daß dabei dargestellt worden ist, wie die Erfindung die in verschiedenem Maße vorkommenden Schwierigkeiten weitgehend beseitigt, einschließlich der verschiedenen Probleme wie Kosten, Kraftstoffwirtschaftlichkeitseinbuße, Verwendung mit Motoren, die mit optimaler Leistung laufen, Einbauraum, Bereitstellung von Zusatzluft und Abgasumlauf, Kaltstart, Reaktionseinleitung bzw. -Unterstützung, Anpassung an unterschiedliche Vorschriften, Lebensdauer, Anpassung an bereits in Betrieb befindliche Fahrzeuge und an
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heutige Baumethoden in Fahrzeugfabriken. Da so viele ausstehende Probleme der Automobilindustrie durch die auf diesen Seiten beschriebenen Mittel beseitigt werden können, ist man der Meinung, daß die aus praktischen Gründen besten Abgasentgiftungssysteme den Grundlinien der vorliegenden Erfindung entsprechen werden.
ZUSTÄNDE AM AUSLASSKANAL ,...IHNITT 4
Dieser Abschnitt beschäftigt sich hauptsächlich mit der Ausführung des Auslaßkanals. In Abschnitt acht ist beschrieben, wie die < Erfindung die Erwägungen in bezug auf die Konstruktion des Einlaßkanals beeinflußt. Es wird beabsichtigt, die hierin und in Abschnitt Acht beschriebenen Merkmale in beliebiger, zweckmäßiger Kombination zu verwenden."
Wie bereits erwähnt, wird bei der Grundausführung eine Kammer mit einer geöffneten Seite am Motor bzw. Zylinderblock angesetzt und ersetzt somit den üblichen Auslaßkrümmer. Ih WirklicnKeit bildet . der Block somit Teil des Reaktorgehäuses und als solcher kann er in Form.der bereits beschriebenen Teile der Reaktorgruppe, nämlich des verwendeten Gehäuses und fadenförmigen Werkstoffes, in der Beseitigung der Verunreinigungen eine wichtige Rolle spielen. Es ist dargestellt worden, wie das Gehäuse direkt an den Block paßt, ohne Rücksicht darauf, ob dieser andere Eigenschaften besitzt wie Kanalauskleidungen oder fadenförmige Spiralen. In wahlweisen Ausführungen kann zwischen den Block und das eigentliche Reaktorgehäuse ein Zwischenglied eingeschaltet werden, indem dieser vollkommen oder teilweise die Abgrenzung des Reaktorraumes vervollständigt. Es ist nicht genau feststellbar, wo ein Abschnitt aufhört ein Zwischenglied zu sein und ein dem Block zugehöriger oder diesem vorgesetzter Teil wird. Im allgemeinen wird jedoch gesagt, daß ein Zwischenglied den Umfang des Gehäuses berührt. Die verschiedenen, hier beschriebenen Merkmale, ob sie sich auf Zwischenglieder oder Vorsatzteile des Blocks beziehen, sind als auf beide, und wenn zweckmäßig, auch auf den Umfang des Gehäuses anwendbar gemeint.
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•Die Anordnung der Reaktorgruppe nach dieser Beschreibung betrifft die Technik, die strenggenommen den Gegenstand dieser Erfindung, nämlich den Abgasfluß, nicht betrifft. Seit langem ist diese Technik beinahe exklusiv mit der Bewegung der Säulen bzw. Kolben von Gas und insbesondere mit der kinetischen Energie und den. pulsierenden Erscheinungen, die sich in den gleichmäßig dimensionierten Gassäulen aufbauen. Die vorliegende Erfindung verzichtet'völlig auf regelmäßige röhrenähnliche Zustände in dem ersten und wichtigsten \ Teil des Auspuffsystems mit dem Ergebnis, daß Abgase auf eine solche Weise strömen werden, die bisher wenig untersucht worden ist. Erste Untersuchungen haben gezeigt, daß erfindungsgemäße Gasströmungen ; mögliche Vorteile bieten. Zuerst gewährleistet die verhältnismäßig ; große Erweiterung des Querschnitts des Reaktionsraumes im Vergleich zu der Querschnittgröße der Auslaßkanäle eine bedeutende Verringerung der Gasströmungsgeschwindigkeit. Die verminderte Strömungsgeschwindigkeit wird die Dauerhaftigkeit, zumindest von Teilen der Reaktorgruppe in großem Maße erhöhen, da Verschleiß größtenteils durch die Korrosionswirkung der sich bewegenden Gase und der mitgeführten Festteilchen verursacht wird. Zweitens strömen die Gase aus jedem Zylinder zu einem Punkt und vermischen sich in dem Reaktorraum, wodurch Auspuff-Zweigrohre überflüssig werden. Zweigrohrformen1 bilden eines der Probleme der üblichen Auspufftechnik, da gerade an dieser Stelle wichtige Leistungsverluste entstehen können. Durch sorgfältige Konstruktion der Zweigrohre ist es möglich, Leistungsverluste in großen Maße zu verhindern, normalerweise ist dafür jedoch Strömung im Optimumbereich Voraussetzung. Leistungsverluste erhöhen sich, wenn die Motordrehzahl "außerhalb diesen ansteigt oder unter diesen abfällt. Drittens wird der Reaktionsraum Schwingungen sowie Schall, wie bereits'erwähnt, in nützlichem Ausmaß absorbieren, übliche Auspuffrohre mit ihren gleichmäßigen, rohrförmigen Formen und Metallkonstruktionen können evtl. einen großen Teil der Schwingungen aufgrund ihrer Eigenschaften übertragen sowie verursachen' und zwar normalerweise aufgrund von Verstärkung. Aus Verbrennung herrührende und über Abgase übertragene Schwingungen werden durch das große Gasvolumen in dem fadenförmigen Werkstoff der Reaktorfüllung zum Zerstreuen neigen. Obwohl es zweckmäßig ist, den Reaktor über die Öffnung eines üblichen Auspuffkanals mit zylindrischer Form zu montieren, wird angenommen, daß die plötzliche Umstellung der Strömungsbedingungen aus säulenförmiger Form in die amorphen Strömungen
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des Reaktorraumes sowie der scharfkantige übergang zwischen der Kanalöffnung und dem Block einen unnötig schlechten Gasfluß und somit Leistungsverluste ergeben werden. Aus diesem Grunde hat die bevorzugte Ausführung einen sich aufwertenden Auslaßkanal, dessen Durchmesser sich auf irgendeine Art progressiv vergrößert, wie auch im Schnitt in Fig.· 3 und 5 gezeigt. Dadurch wird die vorteilhafte Wirkung der progressiven Herabsetzung der Gasflußgeschwindigkeit erzielt.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigt
Fig. 6 bis 11 Schematische Darstellung im senkrechten Schniti
durch verschiedene Anordnungen der Zwischenglie
Fig. 12 bis 14 Querschnitt durch verschiedene Befestigungs-
; einzelheiten.
Fig. 15, 16 Schematische Darstellung, Draufsicht von zwei
Beispielen, wo ein Reaktionsraum in den normale weise vom Motor besetzten Raum übergreift.
Fig. 17, 18 Anordnung der Auslaßkanalachsen.
Fig. 19 bis 24 Mittel zum Ablenken des Abgasflusses Fig. 25 bis 28 Mittel zum Einleiten von Abgaswirbelung.
Fig. 29 bevorzugte Ausführung.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des Gehäuses 51, welches den Reaktionsraum 52 umschließt, wobei zwischen diesem und dem Motorblock 53 mit dem Auslaßkanal 54 ein vorwiegend flach ausgebilde tes Zwischenglied 55 eingeschaltet ist. Fig. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung, jedoch mit dem Zwischenglied 55, an welchem sich an einer Seite der Motorblock 53 sowie eine Auslaßkanalauskleidung 56 befindet, in dem die letztere in dieser abgebildeten Ausführung durch das Zwischenglied 55 in Stellung gehalten wird. Fig. 8 zeigt eine der in Fig. 6 gezeigten Ausführung ähnliche Lösung/, jedoch mit dem vorwiegend flachen Zwischenglied 55 mit einer entsprechenden, in dem Motorblock 53 gebildeten Vertiefung, wobei es in dieser abgebildeten Ausführung gleichzeitig durch das umschließende Gehäuse 51 gehalten wird. Fig. 9 zeigt eine Anordnung, die der in Fig. 6 gezeigten ähnlich ist, wobei jedoch das Zwischenglied 58 eine umschließende Form hat; wenn von der Reaktionsraumseite gesehen, hat es eine Vertiefung, die durch die ümfangslippe 60 abgegrenzt ist, deren
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Profil der Lippe des umschließenden Gehäuses 51 gegenüberliegt. Eine gedachte, quer durch die Lippen gezogene Linie wird zwei Teile des Arbeitsraumes des Reaktors abgrenzen und zwar den einen innerhalb des Gehäuses bei 62 und den anderen innerhalb der Vertiefung 59 des Zwischengliedes. Fig. 10 zeigt eine im allgemeinen ähnliche Anordnung/ wobei jedoch die Aufnahme zwischen dem Gehäuse und dem Zwischenglied zum Abstützen des fadenähnlichen Werkstoffes verwendet wird. Fig. 1.1 zeigt eine der in Fig. 9 abgebildeten Anordnungen, wobei das umschließende Zwischenglied 64 motorseitig einen integralen Halsansatz 65 hat, wobei er in dieser Ausführung ungefähr ringförmig oder hohlkonisch ausgebildet ist und als Auskleidung des Auslaßkanals dient. Fig. 12 zeigt die Einzelheit der Befestigung bei (2) in Fig. 6, wo die L-Klemme 66 und die Schraube 67 das Gehäuse 51 an die Zwischenplatte und somit an den Motorblock drückt. Zerdrückbarer, wärmebeständiger Stoff 68 ist zwischen die Verbindungsstellen eingelegt, um sie gut abzudichten, u.U. vorkommende unterschiedliche Dehnung der verschiedenen Teile auszugleichen und zwischen möglicherweise innerhalb gewisser Grenzen falsch angepaßter Flächen Spannungen gleichmäßiger zu verteilen. Fig. 13 ist die Einzelheit bei (b) in Fig. 7 und zeigt eine ähnliche Befestigungsmethode sowie eine wahlweise Anordnung, wo die Zwischenplatte 55 'ein Außlaßkanalauskleidung bzw._buchse in stellung festhält. Fig. 14 zeigt eine Einzelheit der Befestigung, welche der bei (c) in Fig. 9 ähnelt, wobei jedoch ein Zwischenglied 69 von anderem Typ festgehalten wird, welches den Motorblock nur etwas abdeckt, jedoch Teil einer eigentlichen Teilung des umschließenden Gehäuses bildet, dessen Vorteile unten erläutert sind. Hier sind die zwei Teile getrennt an den Block befestigt gezeigt, obwohl in bestimmten Ausführungen, je nach Konstruktionseinzelheiten nur das äußere Gehäuse befestigt werden muß. Beispielsweise wird das Gehäuse 51 an dem Zwischenglied 69 mittels dem Bügel 70 gehalten, der durch die punktiert gezeigte Mutter 75 mit Scheibe 76 drehbar an die Flügel-, Verlängerungen 71 des Bundes 72, welcher auf dem glatten Teil 73 des abgesetzten Stehbolzens 74 sitzt, gehalten wird. Das Zwischenglied ist an den Block 53 mittels desselben Stehbolzens, einer L-Klemme 66, einer Scheibe 77 und einer Mutter 78 mit größerem Innendurchmesser als der des Satzes 75, 76 angebracht. Zwischen die Anschlußflächen wird zerdrückbarer, wärmebeständiger Stoff 68 eingelegt»
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Die Verwendung eines Zwischengliedes kann mindestens drei Hauptvorteile haben. Zuerst bietet sie die Möglichkeit, Wärmeverluste aus dem Reaktionsraum an den metallischen Motorblock und die zugehörige Kühlanlage zu verhindern, da das Zwischenglied aus einem Isolierstoff wie Keramik, und zwar ähnlich dem Material des Hauptgehäuses, hergestellt werden kann. Zweitens können die zusätzlichen und an zweckdienlicheren Stellen angeordneten Dichtstellen zwischen den verschiedenen Teilen gleichzeitig als Abstützungen für zusätzliche Einrichtungen, wie zum Beispiel fadenähnliche Werkstoffe 63 zwischen dem Zwischenglied und dem Gehäuse in Fig. 10 und zwischen dem Zwischenglied und dem Block wie in Fig. 7 dienen. Drittens bietet das Zwischenglied die Möglichkeit, das Gehäuse des Reaktionsraumes, dessen innere (bzw. äußere) Oberfläche einen Bogen von über 180 Grad im Querschnitt beschreibt, so zu teilen, daß die Teile auf einer äußeren (bzw. inneren) Form hergestellt werden können, d.h. auf eine u.U. billige und konstruktionsmäßig gewünschte Weise. Zum Beispiel kann man ersehen, daß der in Fig. 10 gezeigte Reaktor u.U. nicht im Pressverfahren hergestellt sein würde, falls er im Querschnitt integral sein sollte. Obwohl in jedem einzelnen Fall nur ein Zwischenglied'gezeigt worden ist, kann in Zusammenhang mit einem umschließenden Gehäuse eine Mehrzahl von Zwischengliedern bzw. vielfache Zwischenglieder verwendet werden, die zwecks Bilden eines solchen Gehäuses kombiniert werden können.
Beispielsweise zeigen Fig. 15 und 16 schematische Darstellungen im Schnitt (Draufsicht) von Reaktorgehäusen 79, die an Auslaßkanälen eines Motorblocks 53 montiert sind, wo die Vertiefungen 80 in dem Raum gebildet sind, welcher normalerweise durch den Motorblock besetzt ist, wobei der durch die Vertiefung gewonnene Raum zum integralen Teil des Reaktionsraumes 52 geworden ist. In Fig. 15 ist eine durchgehende Vertiefung, vorhanden, während in Fig. 16 um die für doppelte Einlaßkanäle vorgesehenen Stellen 81 eine Anzahl von Vertiefungen gebildet worden ist. Außer den zwei obigen Beispielen kann der normalerweise durch den Motor besetzte Raum dem Reaktionsraum in jeder beliebigen Gestaltung zugeteilt werden. Im allgemeinen ist es wünschenswert, Reaktionsräume für Entgiftungszwecke möglichst groß vorzusehen, wobei die Beschränkungen meistens durch Platzmangel im Motorraum und die Beschaffungskosten bei
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größeren und stärkeren Reaktorgehäusen auferlegt sind. Bei vorliegender Erfindung ist es möglich, die Reaktionsräume zu vergrößern, indem Vertiefungen im Motorblock vorgesehen v/erden, ohne daß ein Teil des Motorraumes aufgegeben oder das Gehäuse bei gleichzeitiger Kostensteigerung vergrößert werden muß. ; In welchem Ausmaße dies durchführbar ist, hängt davon ab, ob ., ein Motor besonders zur Anpassung der Erfindung konstruiert ist oder nicht. Falls Voraussetzungen dafür bestehen, so wird es möglich sein, in diesem Bereich die Wassermäntel (falls der . Motor wassergekühlt ist) zu beschränken, besonders wenn Isoliermuffen in den Auslaßkanälen vorgesehen worden sind, da es erfindungsgemäß vorteilhaft ist, Wärmeverluste im Bereich der Auslaßkanäle möglichst weitgehend auszuschließen, und bei Verwendung der Isoliermuffen wird Kühlung an dieser Stelle überflüssig. Das Anordnen von Aushöhlungen bzw. Vertiefungen im Motorblock dient zum Bilden von progressiver geformten Reaktionsräumen zwecks Erreichen glatterer Gasströmungen.
Fig. 17 zeigt im Beispiel eine schematische Darstellung (Schnitt in Draufsicht) des Reaktorgehäuses 79 am Motorblock 53 mit zusätzlichen Kanälen 54, deren Achsen 82 nicht parallel zueinander und/oder nicht rechtwinklig zu der Stirnfläche des Motors verlaufen, während Fig. 18 eine ähnliche Anordnung im senkrechten Schnitt zeigt. Es ist wichtig darauf zu achten, daß die Abgase möglichst gleichmäßig innerhalb der Kammer verteilt werden, daß der Zeitfaktor, multipliziert mit der Größe der ausgesetzten Fläche, für die aus den unterschiedlichen Kanälen strömenden Gase möglichst gleich ist und daß der Verschleiß und/oder die Belastung, die durch Abrieb, Korrosion und Gasströmung verursacht werden, möglichst gleichmäßig in dem Reaktor verteilt sind. Diese ausgleichende Optimumwirkung kann u.a. durch Anlenken des GasStroms aus jedem Kanal in der zweckmäßigsten Richtung, wobei meistens Kanalachsenanordnungen, wie beispielsweise in Fig. 17 und 18 abgebildet zu Hilfe gezogen werden. In dieser bevorzugten Ausführung verlaufen die Achsen der äußersten Kanäle im größten Winkel zu der Senkrechten der Motorachse in Draufsicht und zu den Achsen der mittleren Kanäle, die sich von der Senkrechten in senkrechtem Schnitt im weitesten Punkt befinden, wodurch die Gase leichter über den gleichen Abstand zum Austritt des Reaktors strömen können. Im folgenden werden \
wahlweise oder zusätzliche Mittel zum Erreichen einer besseren Gasstromverteilung beschrieben.
Aus der grundlegenden, im vorangehenden Abschnitt beschriebenen Ausführung ist ersichtlich, daß in den Auslaßkanalbereich fadenförmige Werkstoffe eingeführt werden können und zwar zwecks ' Unterstützung der Reaktion und/oder zum richtigen Lenken der Abgase. Die Regelung des Gasflusses kann erreicht werden, indem innerhalb des Kanals vorwiegend flügelig, zellenförmig oder -; geflanscht geformte Glieder wie zum Beispiel Glieder aus beliebigem geeignetem Werkstoff wie Metall oder Keramik vorgesehen werden; nach den neuesten Erkenntnissen der Technik werden diese jedoch aus Metallen mit katalytischer Wirkung wie Nickel/Chrom-Legierung hergestellt, falls die Gasströmungslenkglieder den Reaktionsvorgang einigermaßen unterstützen sollen. Bei den besonderen Ausführungen der fadenförmigen Stoffe, die für die Auslaßkanalbereiche mit ihren verhältnismäßig beschränkten Querschnittflächen und hohen Strömungsgeschwindigkeiten (im Vergleich zu jenen in der Reaktionskammer selbst), handelt es sich um Stoffe ohne besonders große Quersichnittflache, die den Gasfluß behindern und die Strömungsgeschwindigkeit durch den Stoff selbst beeinträchtigen würden. Im Kanalbereich kann jedoch beliebig geformter fadenförmiger Stoff verwendet werden, einschließlich verschiedene, in Abschnitt Fünf beschriebene Versionen, besonders wenn die Absicht besteht, diese Stoffe zum Unterstützen des Reäktionsvorganges auszunutzen.
Beispielsweise zeigt Fig. 19 einen Querschnitt und Fig. 20 die Vorderansicht aus Punkt E einer Auslaßkanal-Isoliermuffe mit zellenförmigem Strömungslenker in kombinierter Anordnung 83, die am Motorblock 53 durch das Zwischenglied 55 festgehalten sind, wobei zwischen den Anliegeflächen zerdrückbarer, wärmebeständiger. Stoff 68 eingelegt ist. innerhalb des Kanals 5.4 werden "sich die Gase auf der äußeren Seite der Krümmung bei 84 konzentrieren; daher hat die Zellenstruktur an dem auf die Gase gerichteten Stirnende eine diagonale Fläche über den Kanal wie gezeigt, so daß bei beliebiger Stirnfläche der Zellenwände 85 die Gase gleichmäßiger verteilt durch die Struktur gelenkt werden. Mit fortschreitendem Gasfluß erweitert sich der Raum zwischen den Zeilenwänden, Wodurch Herabsetzung der Gasströmung!erzielt" wird, und die Zeilehwähde '
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verlaufen in Krümmungen weg voneinander, so daß die Mündungen 86 der Struktur die Gase in viele Richtungen richten. Die Zellenstruktur kann in beliebiger Form ausgeführt werden, beispielsweise einschließlich der in Fig. 21 gezeigten, wo die Kanäle sechs Flächen haben oder der in Fig. 22 gezeigten, wo die Kanäle durch die sich kreuzenden, radial und konzentrisch verlaufenden Membranen geformt sind. In einer wahlweisen Ausführung wird der Gasstrom durch geflanschte Glieder gelenkt, die über einen Teil der Auslaßkanallänge entlang, wie gezeigt, verlaufen, zum Beispiel wie in Fig. 23 (Querschnitt) und in Fig. 24 (Teilschnitt in Draufsicht) gezeigt. Wahlweise können die geflanschten Glieder in y-Form bei 87 und ungefähr in Kreuzform bei 88 ausgebildet werden und werden mittels Ringen 89 verteilt und voneinander entfernt gehalten, die in Abständen über die ganze Länge der Baugruppe angeordnet sind. Die geflanschte Baugruppe in der abgebildeten Anordnung wird in den Nuten 90 der Kanalumrandung 91 aufgenommen, wobei in den Nuten wahlweise eine zusammendrückbare Auflage 92 wie bei F vorhanden ist und diese mittels eines Zwischengliedes 55 am Block 53 gehalten werden, indem das erstere die gekrümmte Flanschverlängerung wie bei 93 über den zerdrückbaren Stoff 68 klemmt.
Es kann wünschenswert sein, die durch die Kanäle strömenden Gase in eine Spiralbewegung zu lenken oder sie in Wirbelung zu versetzen, um das Vermischen von" Gasen innerhalb des Reaktorraumes zu unterstützen. Zu diesem Zweck können die nachfolgenden Kanäle Wirbelungen in wechselnder Richtung erzeugen, wie schematisch in Fig. 25 gezeigt. Die Wirbelung kann durch flügelige, diagonal über die Strömungsachse liegende Glieder eingeleitet werden. Solche Flügel können an beliebigen Stellen im Kanalbereich angeordnet werden; in der bevorzugten, in Abb. 26 dargestellten Anordnung ragen die Flügel 94 aus der Wand oder deren Auskleidung 95 und sind mit dieser in einem Stück gebildet. Es ist wünschenswert, die Gase in einen Drall sowie eine Wirbelung zu versetzen, wobei die einzelnen Flügel wellig ausgeführt werden können, wie beispielsweise in der in Fig. gezeigten Ansicht und im Schnitt (Draufsicht) entlang G in Fig.
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Alle hier sowie in Abschnitten Drei, Fünf und Acht beschriebenen Vorteile können auf jede geeignete oder gewünschte Weise kombiniert werden. Zum Beispiel zeigt Fig. 29 den Querschnitt durch eine bevorzugte Anordnung. Hier ist der Reaktionsraum durch ein Zwischenglied 55 aus keramischem Stoff eingeschlossen, welches Auslaßkanalauskleidungen 56 enthaltende Vorsprünge hat und vom Motorblock durch zerdrückbaren, wärmebeständigen Stoff 68, wie zum Beispiel Keramikwolle, zusammen mit dem umschiiessenden Gehäuse 51 von integraler Keramikkonstruktion getrennt wird. Die Verbindung zwischen den zwei umschliessenden Hauptteilen stützt den Rahmen 96 für den fadenförmigen, den Raum füllenden Werkstoff ab, das heißt eine Konstruktion aus geraden, kurzen und unter verschiedenen.Winkeln miteinander verbundenen Stäben, welche den vordersten Teil des Reaktionsräumes weitgehend füllt, während
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dessen hinterer Teil durch wollähnlichen, fadenförmigen Stoff,
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zum Beispiel aus einer Verbundmasse auf Keramikbasis, gefüllt wird. Innerhalb des Auslaßkanalbereiches befinden sich zwei konisch geformte Spiralen 97, deren freie Enden an den aneinander befestigten Stirnseiten in Form von Bayonettbefestigungen, wie bei 98 punktiert gezeigt, herausragen und in den von der Eintrittsstelle und weg von der Richtung des Auslaßventils verlaufenden Nuten 99 sitzen, so daß der durch die Gasströmung erzeugte Druck die Vorsprünge oder Bayonette der Feder am Ende der Nuten hineindrückt. ■ ·"■*.'.. : ..'■■■■
Mit der in dieser Beschreibung verwendeten Bezeichnung "Motorblock" ist entweder ein Motorblock oder ein Zylinderkopfblock wie im üblichen Sprachgebrauch der Automobilbranche gemeint.
FADENFÖRMIGER WERKSTOFF ABSCHNITT
Dieser Abschnitt beschäftigt sich praktisch ausschließlich mit den alternativen Ausführungen der fadenförmigen Werkstoffe, deren
Zusammensetzung in Abschnitt Neun beschrieben ist. In Abschnitt Drei ist fadenförmiger Werkstoff als Teile eines untereinander verbundenen Stoffes definiert worden, welche den Durchfluß von Gasen durch diese erlauben und Wirbelung sowie Vermischen durch Änderung der Flußrichtung von Teilen des Gases gegeneinander', einleiten bzw. unterstützen. Unter "untereinander verbunden" wird nicht nur "integral" oder "kontinuierlich" verstanden, sondern ebenfalls ineinandergreifend oder ineinandersitzend, obwohl nicht unbedingt berührend. Die obige Definierung bezieht sich auf einen Stoff innerhalb des Reaktors im ganzen und nicht unbedingt auf die einzelnen Teile dieses Stoffes. Es wird insbesondere vorgesehen, daß in seiner wirksamsten Form der fadenförmige Stoff in einem Reaktor aus Abschnitten von unterschiedlicher Zusammensetzung bestehen wird. Man kann sagen, daß die zwei Hauptklassen des fadenförmigen Stoffes Paket- oder Plattenform, Draht und Wolle umfassen, und nach seinem progressiv abnehmenden Widerstand gegen Reibung und Stoffe aufgestellt sind, und zwar aus demselben Stoff. Logischerweise folgt daraus, die stärker ausgebildeten Stofformen näher an den Auslaßkanälen und die zerbrechlicheren gegen das Ende des Reaktors anzuordnen. Wird katalytische Wirkung gewünscht, so können die geeignetsten Stoffe zweckmäßigst in einer bestimmten Form ausgebildet werden, die sich zum Einsetzen in einem bestimmten Teil des Reaktors bestens eignet. Es ist möglich, daß mehr als ein Katalysator gewünscht wird; sodann können sie an Stellen angeordnet werden, die sich für ihre unterschiedlichen Formen am besten eignen. Es ist bereits erwähnt worden, daß die hauptsächlichen, chemischen Reaktionen zum Ablaufen in einer bestimmten Reihenfolge neigen und, falls bestimmte katalytische Unterstützung für eine bestimmte Reaktion gewünscht wird, dieser Katalysator in Kombination mit fadenförmigem Stoff in der am besten geeigneten'Form in dem Bereich innerhalb der Kammer an solchen Stellen angeordnet wird, wo die Reaktion höchstwahrscheinlich zu erwarten ist. Falls zum Beispiel zu erwarten ist, daß eine bestimmte Reaktion zuletzt stattfindet, dann wird der entsprechende Katalysator/fadenförmige Stoff im hinteren Raum des Reaktors an der von den Auslaßkanälen am weitesten abgelegenen Stelle angeordnet. Die Definierung des fadenförmigen Stoffes soll sich daher auf den innerhalb des Reaktors als ganzes beziehen und nicht unbedingt auf jeden der evtl. vielen unterschiedlichen
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Komponenten, aus welchen eine ganze Fadenstoffgruppe eines Reaktors besteht. (
Es wird beabsichtigt, die verschiedenen Ausführungen des fadenförmigen Stoffes innerhalb eines einzigen Reaktors auf -.. beliebige Weise zu kombinieren.
Es zeigen:
Fig. 30, 31 zellenförmige und Wollstruktur . ■ -
Fig. 32, 33 Dehnmetall- oder Metallsiebstruktur
Fig. 34 Verflochtener und gewirkter Draht
. Fig. 35 - 37 Drahtspiralen
Fig. 38 - 46 Drahtschleifenstruktur
Fig. 47-51 Drahtstrangstruktur und zugehörige Merkmale
Fig.. 52 - 60 verschiedene paketähnliche Plattenausbildung
Fig. 61 - 65 Blechmaterial in dreidimensionalen Formen
Fig. 66-72 Einzelheiten der Befestigung von fadenartige
Stoffen an das Reaktorgehäuse
Fig. 125 - 131 kornähnlicher, fadenartiger Stoff
Anhand eines Beispiels zeigen Fig. 30 (Querschnitt) und Fig. 31 (Teilschnitt in Draufsicht) eine Ausführung, in welcher Stäbe von zellenförmiger Struktur 101 und wollähnliche Schichten wechselweise aufeinanderfolgen und mindestens den hinteren Teil eines Reaktors 100 bilden. Die Strömungswege bestimmter Gaseinschlüsse durch das System sind in jeder Ansicht durch die Pfeile 103 angezeigt. Es ist zu vermerken, daß der zellenförmige Stoff nicht von üblicher Äusführungsart ist, weil er aus Kanälen aufgebaut ist, deren Spalten oder Reihen in jeweils einer anderen Richtung abgelenkt sin< In dem ersten zellenförmigen Paket 104 verlaufen die in Teil 106 gezeigten Kanäle "nach unten", während die sich unmittelbar dahinten befindlichen und bei 107 gestrichelt gezeigten "nach oben:" gerichtei sind, wobei die getrennte Richtung erzielt wird und daher die Gasströmung vorwiegend in der. senkrechten Ebene stattfindet. Das zellenförmige Paket 105 ist von gleichartiger Konstruktion, jedoch durch 90 Grad versetzt, so daß die Trennung des Gasflusses vorwiegend in der waagerechten Ebene stattfindet. Aufdiese Weise werden die verschiedenen Gasmengen, richtig vermischt, wjLe -durch den durch punktierte Pfeile 103a dargestellten Strömungsweg, eines
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Gaseinschlusses, welcher neben dem.ersten Einschluß anfängt und sich auf dem Wege durch die Gruppe von dieser über einen weiten Bereich trennt. Mit anderen Worten, obwohl ein zellenförmiger Durchgang keine Wirbelung einleitet, so wird dies durch die Anordnung der Durchgänge zueinander innerhalb einer zellenförmigen Struktur erzielt, wie es auch durch Einschalten einer Anzahl von hintereinanderliegenden zellenförmigen Elementen erreicht wind.
Dehnmetall bzw. Metallsieb stellen noch weitere Ausführungsarten des fadenförmigen Stoffes dar, welche mit Erfolg in der Erfindung verwendet werden können, wenn sie auch nicht Draht oder Paket Sind. Als Beispiel zeigt Fig. 32 ein Schema eines Schnittes, in welchem gewellte Metallsiebplatten in einem Reaktor 100 hintereinander angeordnet sind, während Fig. 33 eine Vergrößerung bei H mit Einzelheiten der Siebstruktur zeigt. Normalerweise wird ein Sieb im kombinierten Pressen und Aufreißen eines Bleches erzeugt, wobei scharfe Kanten gebildet werden. Da die Stoffe einen kleineren Widerstand gegen Wärme, Abreibung und Korrosion aufweisen, wenn sie nicht glatt oder abgerundet sind, sollte das für diesen Zweck verwendete Sieb vorzugsweise nach dem Formen sandgestrahlt oder in einem anderen Verfahren abgeglättet werden. Metallsieb ist bekannt und kann ohne weiteres aus katalytisch aktiven Metallen hergestellt werden. Die hier beschriebenen Ausführungsarten können aufgrund ihrer inhärenten Eignung zur Verwendung in der Erfindung, evtl. in anderen Pressverfahren ebenfalls aus nichtmetallischen Werkstoffen wie Keramik hergestellt werden.
Fadenförmige Stoffe in wollähnlicher oder fiberähnlicher Form sind zur Verwendung in der Erfindung besonders vorteilhaft wegen des großen Oberflächen-zu-Masse-Verhältnisses und da sie eine wirksamere Feststoffsperre bilden. Auf den Oberflächen können zum Beispiel im Niederschlagverfähren oder Abscheidungsverfahren einschließlich Verfahren mit Tauchen in Lösungen oder anderen Flüssigkeiten katalytische Mittel aufgetragen werden. Soll der Werkstoff selbst katalytische Wirkung haben, so muß er aus Metall bestehen, welches den obigen Voraussetzungen entspricht. Das heißt, daß er zwecks Dauerhaftigkeit möglichst glatt und gerundet sein sollte, wobei die Wolle am besten aus vielfachem, feinem und gleichmäßigem Draht ; bestehen sollte, der geflochten, gestrickt, in Schichten oder
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willkürlich angeordnet ist. Besteht die Wolle zum Beispiel aus Fibern oder Fäden eines Stoffes wie Keramik oder Glas, so wird sie gegen Temperatur, Reibung und Korrosion beständiger als Metalle, jedoch "abblatterungsempfindlicher" sein, das heißt, daß sich unter der Gasflußkraft Teilchen oder Stoffspitzen von der Hauptmasse trennen und evtl. stromabwärts an empfindlichen Stellen, wie z.B. an einem Ventil ansammeln können. Aus diesem Grunde -ist es vorteilhaft, wollartige Stoffe in dem dafür am besten geeigneten Teil des Reaktors, bei Metall hinten in einem Abstand von der vollen Hitze und Kraft der Gase und bei keramischen Fibern diese in einem Abstand voiti Gasaustritt anzuordnen. Wahlweise und vorzugsweise sind wollartige Stoffe zwischen oder innerhalb von andersartigen fadenförmigen Stoffen einzuschichten, wie beispielsweise in Fig. 30 gezeigt.
Draht ist eine weitere, zweckmäßige Art fadenförmiger Stoff, insbesondere, v/eil bei Bedarf Metalldraht praktisch immer erhältlich ist und von dem Reaktorhersteller einfach gebogen oder beliebig geformt werden kann. Zwecks geforderter Dauerhaftigkeit muß der verwendete Draht im allgemeinen in der Nähe der Abgasquelle stärker sein als an anderen Stellen in dem Reaktor. Der Draht kann geflochten 108 oder gestrickt 109 werden, so daß er ein schematisch in Fig. dargestelltes Sieb bildet. Vorzugsweise ist Draht in einer Anordnung vorzusehen, in welcher sich die einzelnen Litzen nicht auf übliche Weise berühren, da die Schwingungen des Verbrennungsmotors Reibung an den Berührungspunkten verursachen und evtl. zum vorzeitigen Ausfall führen könnten. Daher sollte Draht vorzugsweise so geformt sein, daß eine verhältnismäßig große Länge (d.h. Fläche, welche reaktionsfördernd wirkt) in dem gesamten umschlossenen Raum des Gehäuses angeordnet werden kann, in dem die verschiedenen Abschnitte
des Drahtes möglichst wenige Berührungspunkte haben. Es ist zu erwarten, daß zwischen den nahe zusammenliegenden, jedoch sich nicht berührenden Drähten etwaige Berührung vorkommen wird; diese Berührung sollte jedoch nicht regelmäßig vorkommen, obwohl sie die Dauerhaftigkeit nicht bedeutend beeinflußt, wenn sie während · ■ Ii, Ausreißerschwingungen oder bei Betrieb geschieht. Draht in Spiraloder Spulenform scheint zur Verwendung für diesen Zweck vorteilhaft zu sein; Fig. 35 zeigt solchen Draht axial über den Gasstrom und Fig. 36 konzentrisch zum Gasstrom angeordnet. In einem Beispiel sind
bei 110 Spiralen mit regelmäßigen Windungen von gleichem Durchmesser gezeigt; 111 zeigt regelmäßige Spulen mit sich progressiv änderndem Durchmesser und 112 mit ungleichmäßigen Windungen, das heißt von nicht runder Form und/oder mit unwillkürlichem Durchmesser. Die drei Ausführungsarten haben Spiralen mit Achsen, welche vornehmlich in gerader Linie " ■ verlaufen. Fig. 37 ist eine schematische Darstellung im Schnitt von Spiralen 113 mit gebogenen Achsen, wobei ihre Verbiegung besserem Widerstand gegen Gasstrom aus Richtung 114. dient. Alle. Ausführungsarten der oben angeführten Spiralen können gebogene. Achsen haben. Der Draht kann ebenfalls schlangenartig in zwei- oder drei-dimensionalen Anordnungen vorgesehen werden. Eine solche zwei-dimensionale Form ist schematisch in einem Beispiel in Fig. 38 dargestellt, während die Seitenansicht in Fig..39 und die Draufsicht in Fig. 40 drei-dimensionale Form zeigen. Solche Ausfuhrungsarten können innerhalb des Reaktors verschiedenartig angeordnet werden, wie zum Beispiel in Fig. 41 , .wo/flache "Schlangen" 115 und gebogene "Schlangen" 116 (wobei jede Schlange aus einem in der veranschaulichten Ebene Schlaufen bildenden Draht besteht) nebeneinander und hintereinander aufgebaut sind, und zwar entweder mit Abständen wie bei 117 oder ineinandergreifend wie bei 118. Diese Pakete oder Schlaufen bzw. Kurven können auch unwillkürlich angeordnet werden (nicht gezeigt). Fig. 42 zeigt schematised wie die Ebene der Kurven 119 gerade und Fig. 43 wie sie gebogen, wie bei 120, sein kann, um dem Gasfluß aus 114 Widerstand zu leisten oder wie sie in Fig. 44 bei 121 gebogen sein kann, um einen besseren und natürlichen Weg für den Gasstrom zu bilden. Fig. 45 zeigt in einer ähnlichen Ansicht, wie die Ebenen der schlangenartigen Schlaufen oder Kurven, und zwar gebogen wie gezeigt oder gerade, selbst in einer bestimmten Größe oder in mehreren Größen vorbei-c laufend ineinandergreifen können, wo die Ebenen auf der ununterbrochenen Linie 122 im Vordergrund und die durch die punktierte Linie gezeigten im Hintergrund liegen. Fig. 46 zeigt schematische Darstellung eines Schnitts in Vorderansicht, woraus ersichtlich ist, wie die Kurvenebenen (hier von vorne gesehen) auf andere Weise ineinandergreifen können, wobei 124 Ebenen in Seitenansicht durch Linien dargestellt sind (hier in dritter Dimension gekrümmt, obwohl sie auch gerade sein können), wo sie schräg den Weg der Ebenen dahinter kreuzen, die punktiert 125 in anderen Richtungen verlaufen.
Wahlweise kann ihre Krümmung in der dritten Dimension ungleichläufig sein, wie bei 126 gezeigt, währen bei 127 gezeigt wird, wie die Kurven in der dritten Dimension dichtes Anordnen in diesen Ebenen zuläßt. Zweckdienlicher strecken sich die Ebenen über kürzere Abstände wie gezeigt, sie können sich jedoch auch über größere erstrecken. Wahlweise kann der Draht einfach über den Reaktor in Litzen angeordnet werden, wie beispielsweise schematisch in Fig. 47 gezeigt, v/o die Drähte im Vordergrund durch ununterbrochene Linie 128 und jene dahinter bei 129 punktiert gezeigt sind. Um die Beseitigung von Resonanzschwingungen zu unterstützen, dürfen die Litzen nicht genau parallel verlaufen sondern in einem kleinen Winkel zueinander (nicht abgebildet). Da die Litzen in den letzteren Ausführungsarten vorgespannt angeordnet werden können, brauchen sie im allgemeinen nur dünner ausgeführt zu werden als die vorwiegend selbstabstützenden Konstruktionen wie Spiralen oder schlangenförmige Schlaufen. Mit Draht ist hierin immer entweder einfacher Draht oder vieldrähtige Litzen gemeint, wie beispielsweise schematisch in Fig. 48 gezeigt. Da vorzugsweise die größtmögliche Fläche des Stoffes den strömenden Gasen ausgesetzt werden sollte, kann es wünschenswert sein, die einzelnen Drahtlitzen zu trennen, um Gas durch und neben jeder Litze strömen zu lassen, wobei sich jedoch die einzelnen Litzen in gewissem Maße gegenseitig abstützen lassen sollten, übliche Separatoren, wie zum Beispiel aus Keramik körinen verwendet werden, in einer anderen Ausführung sind jedoch die Einzeldrähte gekräuselt, d.h. mit engen Biegungen in allen Richtungen versehen, wie in Fig. 49 dargestellt. Wie in Schnitt in Fig. 50 gezeigt/ besetzt der Draht einen größeren Durchmesser (punktiert eingezeichnet) als sein eigener Durchmesser und bildet den unterteilten Draht in Fig. 51. Befestigungen für den Draht und ändere fadenförmige Stoffe in dem Reaktörgehäuse werden auf den folgenden Seiten dieses Abschnitts beschrieben.
Aus drähtförmigem Stoff können ebenfalls Blech bzw* Platten oder ein Paket gebildet und in einer einfachen'Form als eine Ebene von bestimmter Stärke ähnlich einer Reihe von schlangenartigen Drahtschlaufen' bezeichnet wenden. Diese Eberien-körineh innerhalb des '■-■■> ■■ ; Reaktors weitgehend auf gleicherweise wie^die ;oben beschriebenen ·- und aus Drahtschiaufen 'bestehenden' angeordnet werden;' Zum Beispiel"
können diese Ebenen lange gerade oder gebogene Bleche bzw. Platten bilden und wie schematisch in Fig. 41 - 46 dargestellt angeordnet werden. Solche Bleche bzw. Platten können auch einfache Wellenform, wie schematisch im Schnitt in Fig. 52 gezeigt oder aber komplexe Wellen oder Vertiefungen haben, wie in Fig. 53 gezeigt. Wahlweise kann das Blech bzw. die · Platte einen scharf gebogenen oder gekrümmten Querschnitt haben, wie in Fig. 54, um den Gasstrom 114 einer größeren Stirnfläche auszusetzen. Des weiteren kann das Blech bzw. die Platte in der Form gelochter Rippen oder Flügel sein wie in Fig. 55 im Querschnitt dargestellt, wobei vorzugsweise der stärkere, weiter zur Seite abgerundete Teil dem Gasstrom gegenübersteht. Die Löcher in dem Blech bzw. der Platte können mit vorstehender Lippe bzw. mit vorstehenden Lippen wie in Fig. 56 und 57 gezeigt, gepreßt werden oder die Löcher können gestanzte, ausgepreßte und/oder ausgerissene öffnungen bilden, wo wenig Werkstoff entfernt worden ist, wie beispielsweise im Querschnitt in Fig. 58 und 59 dargestellt. Fig. 60 zeigt in einem Ausschnitt eines solchen Bleches in schematischer Darstellung beispielsweise Ausführungen der Löcher oder ausgepreßter/aufgerissener öffnungen. Wiederum werden hier die im Herstellungsverfahren entstandenen scharfen Kanten vorzugsweise durch Strahlen oder mit anderen Mittel entfernt. Das Blech oder das Paket kann in dreidimensionalen, ineinanderragenden oder ineinandergreifenden Formen ausgebildet sein, wie in einem Schnitt des in Fig. .61 dargestellten Beispiels gezeigt, wo 130 eine Reihe ineinandergreifender Ringe und 131 eine Reihe ineinandergreifender Sechsecke bilden. Fig. ist eine schematische Darstellung eines Beispiels, worin,konische Ringe 132 ineinandergreifen. Ähnlicherweise zeigt Fig. 63 ineinandergreifende Mittel* in diesem Fall ist die Gesamtform jedoch eher gekrümmt als geradlinig. Fig. 64 zeigt schematisch im Schnitt, wie die einzelnen Bleche 133 ineinandergreifen und eine dreidimensionale Form aufbauen, während in Fig. 65 ähnlicherweise die Verwendung von gekrümmten Blechen 134 für denselben Zweck veranschaulicht ist.
Der fadenförmige Stoff kann in dem Gehäuse verschiedenartig befestigt ,,werden. Gemäß Fig. 66 und 67 können das Blech oder das Paket 139 und Draht 136, ob sie Teil von Schlaufen- oder Spiralformen bilden oder wie;in Fig. 36, wo die Drähte 135 Abstützung für die
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Struktur bilden, in den Vertiefungen 137 im Gehäuse 138 wie in Fig. 66 eingesetzt oder aber durch Vorsprünge 140, wie in Fig. und 68 gezeigt, aufgenommen werden. Zwischen den fadenförmigen Stoff und das Gehäuse kann zerdrückbarer Stoff 141 eingelegt werden, um schwingungsbedingte Reibung zu verhindern. In wahlweiser Anordnung, Schnitt in Fig. 69 und Seitenansicht in Fig. wird gezeigt, wie das Blech 139 mittels Glieder 142 verbunden werden kann, die.wiederum entlang der in Fig. 66 und 67 gezeigten Linien am Gehäuse 138 befestigt sind. Falls aber das Blech aus einem geeigneten Stoff wie Keramik besteht, kann es in dem Gehäuse bei der Fertigung des letzteren vorgesehen werden. Beispielsweise wird im Schnitt, Fig. 71 und'in Seitenansicht, Fig. 72, gezeigt, wie das Paket 139 mit zweckmäßigen, vorzugsweise gelochten, Verbindungsgliedern 142 mit dem Gehäuse 138 formschlüssig geformt wird, indem das Gehäuse bei seiner Fertigung noch in weichem Zustand auf die vorgeformte> bereits in Stellung angeordnete und miteinander verbundene Paketgruppe aufgeschrumpft wird. Diese Fertigungsmethode wird als besonders geeignet betrachtet, wenn der fadenförmige Stoff sowie das Gehäuse aus Keramik hergestellt werden sollen.
Der fadenförmige Stoff kann auch in willkürlichen oder regelmäßigen Formen gebildet werden, die sich aus Herstellungsverfahren ergeben, welche im allgemeinen als Zusammenprall von Flüssigkeiten evtl. im Zusammenhang mit Reduktionsverfahren bezeichnet werden können. Diese Zusammenhänge werden genauer in Abschnitt Neun beschrieben. Eine weitere Form fadenförmigen Stoffes und zwar der Raumrahmen, dessen Struktur aus kurzen, meistens geraden und untereinander verbundenen Strängen besteht wurde bereits im vorangehenden Abschnitt angeschnitten. " '
Des weiteren kann fadenförmiger Stoff in Form von Körnchen, insbesondere kugelförmig gestaltet werden oder ein theoretisch kugelförmiges Profil annehmen. Körnchen sind in der Technik bekannt und bilden kleine Kugeln mit gleichmäßigen Oberflächen. In v/ahlweiser. Ausführurigsarten können die Körnchen eine ungleichmäßig halb-ovale Form haben, wie in Fig. 125, oder ungefähr nieren- oder bohnenähnlich wie in Fig. 126, ausgebildet werden. Jedenfalls sollte das Körnchen vorzugsweise eine Form haben, die aus einer Reihe Vorsprünge und
Vertiefungen bei zweckdienlich kugelartiger Gesamtform besteht, und vorzugsweise so gestaltet sein, daß die Vorsprünge eines Körnchens nicht leicht in die Vertiefungen eines anderen hineinpassen, damit ein möglichst vorteilhaftes Verhältnis von Oberfläche zu Masse erzielt wird. Wenn solches Ineinanderpassen minimal . gehalten wird, wird versichert, daß die Körnchen nicht dicht " aneinander anliegen und Gas zweckmäßig um diese und zwischen diesen leicht durchströmt. Beispielsweise wird im Schnitt in Fig. 127 (Seitenansicht) eine Form gezeigt, wo vier gleichmäßig' verteilte Vorsprünge 390 aus dem ungefähr pilzförmigen bzw. zwiebeiförmigen mittleren Kern radial verlaufen (ähnliche Formen werden in Betonblöcken bei Wellenbrecherkonstruktionen verwendet). Dieselben Prinzipien können bei einem Körnchen angewendet werden, welches eine größere Anzahl von Vorsprüngen hat als das schematisch in Fig. 128 dargestellte Beispiel oder eine Mehrzahl von herausragenden Flügeln hat, vorzugsweise in einem Winkel zueinander, um die nebeneinander liegenden Körnchen besser in Abstand zu halten, wie in Fig. 129 gezeigt. Gemäß Fig. 129 kann das Körnchen kugelartig mit großen schlangenartigen Vertiefungen mit gerundetem Querschnittauf seiner Oberfläche gestaltet werden. Eine der Fig. 127 ähnliche Ausführung ist in Fig. 130 gezeigt, wo die Vorsprünge 391 eine deutlicher ausgebildete Pilzform haben. Solch körnchenähnlicher Stoff wird sich unter Schwingungen kompakter als beim Zusammenbau absetzen. Um zu versichern, daß die Körnchen nach erstmaligem Absetzen einander gegenüber in grundsätzlich konstantem, physikalischen Verhältnis verbleiben (und zwar ohne viel zu wandern und sich somit schneller abzureiben) ist es von Vorteil, wenn auf die Körnchen ein gewisser konstanter Druck ausgeübt wird. Zum Beispiel kann dies erreicht werden, indem die Körnchen zwischen einen fadenförmigen, woll- bzw. drahtförmigen Stoff eingelegt werden. In einem Beispiel, Fig. 131 erhält das Gehäuse 392 Körnchen 393 neben Wolle 394, die wiederum neben Draht 395 liegt.
Der fadenförmige Stoff kann ebenfalls eine verdampfende Wirkung haben, das heißt, daß seine Zersetzung erwünscht und geregelt wird, in diesem Fall zwecks Unterstützung des gewünschten Reaktionsverfahrens. Ein Stoff kann verwendet werden, wobei fadenförmige Substanz eine zweckmäßig begrenzte Lebensdauer hat und innerhalb des Reaktors eine. Masse vorgesehen wird, welche unter bestimmten Bedingungen mit
den verunreinigenden Teilchen oder Komponenten und/oder Gasen reagiert.
KALTSTART UND DAMIT ZUSAMMENHÄNGENDE MERKMALE
ABSCHNITT SECI
Es wird vorgeschlagen, in diesem Abschnitt die verschiedenen Gesichtspunkte des Kaltstartvorganges genauer zu behandeln, einschließlich Reihenfolgen und Aktivierung mittels der Ventile, Möglichkeiten zum Verlängern der Schließzeit ohne Einfluß auf Zündeinstellung, verschiedenartige Ventilkonstruktionen und schließlich kurze Erklärung, wie Ventilausführungen ungewöhnliche Einrichtungen verkörpern können, einschließlich Einrichtungen zum Umwälzen von Abgas.
Es zeigen:
Fig. 73 und 74 Fig. 76 und76
Fig. 77 bis 81 Fig. 82 und 83 Fig. 84 und 85 Fig. 86 bis\ 88 Fig. 89 bis 94
Ausführung eines Abgasspeichers schemätische Darstellung eines Ventils, Abgasweg und Bauteileanordnung Ausführung eines Schmetterlingventils in der in Fig. 75 dargestellten Anordnung Ausführung eines Schmetterlingvehtiis in der in Fig. 76 dargestellten Anordnung Ausführung eines Kugelventils wie in Fig. 76 eingebaut :
Beispiele von Mitteln zur Betätigung von Ventilen '> :'
Mittel zum Regulieren von Abgasumläuf (Abgasumlaufsystem) ' r ;
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In Abschnitt EINS ist dargestellt worden, wie zum wirkungsvollen Kaltstart das Gasausgangsventil möglichst lang geschlossen blei- : ben muß, wobei der bisher beschränkende Faktor die in dem Reaktor erreichbare Druckhöhe ohne Abwürgen des Motors sei. In einigen Fällen, wenn der Reaktor eine besonders steile Anwärmecharakteristik · hat, wird es nicht schwer sein, das Ventil in geschlossenem Zustand zu halten, bis der Schwellenpunkt des Betriebstemperaturbereiches erreicht ist. Bei anderen Systemen wird dies schwieriger wenn nicht unmöglich sein. In solchen Fällen kann es evtl. vorteilhaft sein, den Gasauslaß teilweise zu öffnen und dabei den Druck aufrechtzuerhalten, da die herausströmenden Abgase nur teilweise verschmutz^ werden. Daher wird als wahlweise Lösung vorgeschlagen, an den Reaktor einen mit dem Abgasspeicher stehenden Kanal vorzusehen und zusätzlich, wahlweise zweite unabhängige Schließmittel zwischen dem ■ Reaktor und dem Speicher, vorzugsweise nahe der Verbindungsstelle · des Kanals und des Reaktors vorzusehen. In Betrieb, wenn die zuläs-v sige ,Druckhöhe in dem Reaktor erreicht ist (einschließlich einem Druck, welcher nicht größer als der atmosphärische Druck.ist),strömen die Gase durch den Kanal, weil an dieser Stelle nicht gesperrt^.' ist oder weil die Sperre zum Speicher entfernt worden ist. Sobald' die Reaktor-Änwärmetemperatur erreicht ist, würde der Gasfluß zum Speicher fast aufhören. Die Gase werden dann aus dem Speicher durch irgendwelche Mittel ausgestoßen, jedoch bevorzugt während des Motorlaufs in warmem Zustand und zwar entweder zum Ansaugsystem, damitsie wieder zum Verbrennen geleitet werden können oder direkt zum Reaktor, welcher sie ausreichend behandeln kann, weil er warm ist. Da die Gase immer kontinuierlich reagieren, obwohl diese Reaktion eventuell langsam vor sich geht, ist es möglich, daß sie beim Verbleiben in den Kanälen und im Speicher in großem Maße entgiftet bzw. von verschmutzenden Teilchen befreit werden. Die Dauer des Aufenthalts in diesem System wird wahrscheinlich viel langer sein,, vielleicht sogar mehr als einhundert mal_als die Zeit. :
Fig.73 zeigt beispielsweise eine schematische Darstellung (Seitenan^- sicht) eines Motorraumes 15? im Fahrzeug 153, in dem ein erfindungsgemäßer Reaktor 151. eirigebaut und wo ein dehnbarer Gasspeicher 150 vorgesehen, ist. Fig. 74; zeigt die Vorderansicht, worin in der
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linken Hälfte ein expandierter und mit Abgas gefüllter Speicher : und in der rechten ein mit reduziertem Raum und verhältnismäßig leerer Speicher gezeigt ist. Mit und über dem Reaktor 151 ist ein Einlaßkrümmer 154 mit darüber montiertem Vergaser155 hineingebaut. Ein Ventilator 156 saugt Luft durch den Kühler 157. Der Speicher 150 umfaßt ein Balgglied 158 auf dem Untersatz 159 , wo der Balg an dem dem Untersatz entgegengesetzten Ende (das untere Ende) 'ein integrales T-förmiges Verstärkungsglied 160 hat/ welches an jedem Ende einen steifen Übergang mittels der Dreieckaufnahmen 161 mit der Gleitführung 162 auf senkrechter Schiene verbünden ist. Das untere Ende jeder Führung ist mit einer Druckfeder 164 verbünden, welche wiederum mit dem unteren Teil der Fahrzeugstruktur 165 verbunden ist. Von der Verbindung 167 in der der Strömungsrichtung entgegengesetzten Richtung des Gasauslaßventils 166 des Hauptreaktors, ist der Kanal 168 mit dem Untersatz des Speichers 159 in Verbindung, und von diesem Untersatz steht wiederum ein zweiter Kanal 169 mit dem Ansaugkrümmer 154 in Verbindung. Der Speicher ist in solcher Stellung gezeigt, daß er in Nofmalbetrieb, das heißt, wenn er zurückgezogen und leer ist, in einer verhältnismäßig geschützten Lage
Wenn das Hauptventil 166 sich im Betrieb schließt/ wird Abgas durch den kanal nach unten strömen, um den Speicher zu füllen. Dabei wird, sich Druck aufbauen, weil der Speichef sich nur gegen.die.Kraft der Feder 164 dehnen kann. Da die Verbindung zwischen dem Speicher und dem Ansaugkrümmer nicht gesperrt ist," wird Gas in"den Krümmer mit einer Geschwindigkeit strömen, welche''im"Verhältnis zu der Öffnungsgröße und dem Druck im Speicher steht. Sobald si.ch die Dehnung des Speichers nach unten dem Grenzpunkt nähert (ein Sicherheitsabstand ist dafür vorgesehen), öffnet sich das Hauptventil 166 und zwar entweder teilweise, um den Druck aufrechtzuerhalten/ wenn die volle Betriebstemperatur nicht erreicht worden ist, oder aber ganz. In der dargelegten Ausführung ist die Öffnung zwischen dem Kanal und dem Einiaßkrümmer sehr eng gestaitetT^sb^^dafi^sogar unter dem konstrüktiohsmäßig vorgesehen Maximaidruck des Abgäs-Speichersystems : dieiGeschWindigkeit der Gasströmung in den· Abgaskfümmef im Ver-
hältnis zu der Strömung durch die Auslaßkanäle* sehr langsam ist, wodurch sich eine sehr verminderte Geschwindigkeit des Abgasumlaufes ergibt. Nach dem Füllen des Speichers und nach dem Umleiten der Gase in das normale Abgassystem wird durch die Spannung \ der Feder 164 gesichert, daß die Bälge 158 sich langsam zurückziehen und Gas in das Einlaßsystem weiter abgezapft wird, bis der Speicher entleert ist. Die öffnung zum Ansaugkrümmer ist so be7 messen und die Stärke der Feder so eingestellt, daß das Entleeren des Speichers je nach Unterdruckhöhe/Fahrwexse usw. zwischen fünf und fünfzehn Minuten in Anspruch nimmt. Während dieser Motor-An- : wärmezeit -· die länger als die des Reaktors dauert - wirkt der :: Speicher als Abdeckung des Kühlers, indem er bei· allmählichem Zu-"f v rückspringen, welches sich dem sich erhöhenden Anwärmen des Motorsystems angleicht, die Abdeckwirkung herabsetzt. Bei Verwendungen, f in welchen sich die Umgebungstemperatur über eine größere Spanne erstreckt kann die Größe der öffnung zum Einlaß durch den Bedienungsmann gewählt werden,so daß zum Beispiel bei Winterkälte.die r; umlaufende Gasmenge durch die Wahl der kleineren öffnung beschränkt-' werden und somit die Abdeckung des Kühlers sich über eine längere Zeit erstreckt. Der Einbau eines zweiten, mit dem Kanal 168 in Verbindung stehenden Ventils kann bei gewissen Konstruktxonszuständen ausgelassen werden, indem zwischen dem-Reaktor und dem Kanal an -■'■' der Verbindungsstelle 167, eine verhältnismäßig kleine öffnung <vör-: gesehen wird, deren Querschnitt viel kleiner als die Querschnittsfläche des Hauptabgasrohres 170 ist. Wegen der Kleinheit der öf f-' nung wird der Gasfluß von dem Reaktor am Beginn des Anwärmevorgan-' ges und beim geschlossenen Ventil 166 drosseln, bis der höhere Druck im Reaktor den Gasfluß durch den Kanal 168 beschleunigt, um den Speicher-schneller zu füllen. Durch Nichtschließen der kleinen Öffnung ah 167 wird gesichert, daß die Abgase in den Reaktor wirksam umgeleitet werden, sobald Betrieb bei normaler Temperatur beginnt. Je nach der Stärke der Speicherfeder 164 wird durch die Öffnung eine jeweils kleinere Gasmenge als zum Speicher strömen ' (weil die Pumpenwirkung des Motors notwendigerweise die Federwirkung überwindet) und somit Gase im System aufhalten. Falls angenommen wird, daß die in das Speichersystem umgeleiteten Gase evtl. vor dem
Einströmen in den Reaktor ungenügend reagieren, dann kann der i Katalysator in Verbindung mit dem Speicherinneren oder nach innen gerichtete Teile und/oder die im Kanal168, 169 angeordneten oder aber sie können aus einem katalytische Wirkung ergebenden Stoff wie Kupfer oder Nickel hergestellt werden. Wahlweise oder zusätzlich kann die Verbindungsstelle 167 möglichst nah den Auslaßöffnungen so angeordnet werden, daß die rückströmenden Gase durch einen großen Teil, des Reaktors, welcher jetzt warm und völlig wirksam bzw. betriebsfähig ist, strömen. Die Speichergruppe kann aus jedem geeigneten Werkstoff gefertigt werden,.der gewissermaßen wärmebeständig sein muß. Falls die gewählten Werkstoffe eine niedrige. . Wärmebeständigkeit erweisen, dann.können an den Kanal bzw. das Rohr 168 wahlweise Wärmeableitmittel befestigt werden, wie schematisch in.,.;.171 dargestellt. Falls die Werkstoffe nicht wärmebeständig, sind, wie z.B. jene der Bälge, die aus Siliziumgummi hergestellt sind, ·,.· dann können wie schematisch in 172 gezeigt, in den Kanälen Isoliermittel vorgesehen werden, wodurch sich Vorteile daraus ergeben, daß Gase in dem Speicher bei höheren Temperaturen gehalten werden könner und somit sich der Reaktionsyorgang schneller abwickelt. Die Wärme der Gase kann Vorteilhaft bei anderen Konstruktionszuständen verwendet werden, wo = Gase zu dem Ans augsystem über den Vergaser zurückgeleitet werden. Die Anordnung dieses warmen Gasstroms beim Kaltstart (wie bereits oben erklärt, kann dieser Gasstrom, sich bereits nach" einigen Arbeitszyklen vom Beginn der Zündung auswirken) wird die Verdunstung des -Kraftstoffs beim Anwärmen des Motors unterstützen. In.eine bevorzugte Ausführung ;wird das Gas direkt durch die Drossel des Kaltstartsystems des Vergasers in das Umlauf system umgeleitet. Bei Normalverwendung werden die Gase am Einlaßpunkt ungenügend heiß sein, um ein Risiko .vorzeitlicher Verbrennung zu bilden. Wahlweise kann zwischen den Speicher und das Einlaßsystem ein Ventil zwecks Regulierung des Umlaufes eingebaut werden. ·.·:,,
Bei der Ventilkonstruktion können evtl..,Schwierigkeiten entstehen, weil ein solches Ventil gegen hohe Temperaturen und Korrosionswirkung, der Gase? vorzugsweise über .die ganze Lebensdauer des Motors.; ;. beständig sein muß. Eine Auswahl geeigneter;hochtemperaturbeständige
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Werkstoffe einschließlich keramischer Stoffe und Nickellegierungen werden im einzelnen in Abschnitt NEUN beschrieben. Es wird jetzt vorgeschlagen, anhand eines Beispiels einige Ventilkonstruktionen zu beschreiben, die bei erforderlich werdendem Ersatz oder bei Kontrolle leicht zu warten sind und die wirksame Abdichtung, wahlweise Umleitung von Gasen zu der Speicherstelle oder in das Umlaufsystem gewähren und gegen die Auswirkung von Fremdstoffen oder Fasern von den fadenförmigen Stoffen gewissermaßen beständig sind. Die auf diesen Seiten beschriebene grundlegende Eigenschaft der Hauptausführungen liegt darin, daß die Verbindung oder der Flansch zwischen zwei.Hauptteilen mit der Ventilachse zusammenfallend liegt, so daß das Ventil und die Spindel nach dem Zusammensetzen dieser zweiten Teile in Form einer einzigen Einheit hergestellt werden kann, wobei dieser Konstruktionszustand besonders für Schmetterlingventile geeignet ist. Bei wahlweisen Schmetterlingsventilkonstruktionen wird das Ventil zum Beispiel durch einen Schlitz in der Spindel eingesetzt und mittels Schrauben aufgenommen und zwar nach dem Einführen durch integrale Öffnungen, wie zum Beipsiel in Vergaserkonstruktion, und man ist der Ansicht, daß solche wahlweisen Ausführungen bei Dehnung zu kritisch bzw. empfindlich sind und somit nicht als ein idealer Teil zur Verwendung in Abgassystemen betrachtet werden kann. Das Zusammenfallen der Verbindung mit der Mittellinie des Ventils ergibt ebenfalls mögliche Vorteile der Abdichtungszustände, wie aus nachstehenden Beschreibungen hervorgeht.
Fig. 75 zeigt anhand eines Beispiels eine schematische Darstellung (Draufsicht) eines Reaktorteils 180, wo sich am Verbindungspunkt mit dem Abgasrohr 181 das Hauptabgasaustrittsventil 182 befindet, während Fig. 76 einen ähnlichen Reaktorteil 181 zeigt, wo sich zwischen dem Abgasrohr 181 und dem Hauptventil 182 ein Zwischen- stück 183 befindet und wo am Verbindungspunkt mit dem Umlaufsystem in Verbindung stehenden Kanal 184 ein wahlweises Sekundärventil 185 eingebaut,,1st. Fig., 77-81 zeigen Einzelheiten des in Fig. 75 dargestellten Ventils 182, wo Fig. 77 Schnitt entlang der Linie K, Fig.;..,.7.8 eine vergrößerte Draufsicht, Fig. 79 eine Seitehansicht bei L, Fig. 80 und 81 Einzelheiten an der Verbindung zwischen den
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Abschnitten sind. Eine Schmetterlingmembrane 187 in ovaler, auf einer Seite größerer Form, worin ein Teil 188 eine größere Fläche als der andere Teil 189 aufweist, so daß das Ventil zum "Fail Safe" in der geöffneten Stellung neigen wird, wird integral mit der Spindel 186 und dem Betätigungshebel 187 gefertigt. Der Querschnitt des Abgasrohres 181 und des Reaktorteiles in der Nähe der Verbindung hat größtenteils ähnliche Form wie das Ventil. Beide Hauptabschnitte haben ihre Verbindung an den Innenflansehen 190, die mit den zusammenfallenden lastverteilenden Hohlkanten 191 verbünden sir durch-welche die Schrauben 192 mit Unterlegscheiben 193 und Muttern 194 ragen und die zwei Teile unter Druck halten, wo die zusammengehaltenen Teile durch zusammendrückbaren Stoff 195 getrennt werden; bevorzugt werden hier zwei Schichten an beiden Seiten der Spindel 186. Dies wird im einzelnen im Querschnitt in Fig. 81 durch die Spindel am Durchgangspunkt zwischen den zwei Hauptteilen 18O und 181 gezeigt. Bevorzugt wird eine Ausführung, worin die Teile und die Spindel Paßflächen mit Mitten haben sollten, die nach dem Zusammenbau nicht zusammenfallen; um eine besseren Eingri-ffswirkung im Bereich der Verbindung 196, wo die schwächste Abdichtung zu erwarten ist, erreichen. Kleines Herausragen der zwei Schichten zusammendrückbaren Stoffs 195 innen (siehe Teilschnitt Fig. 80), wird in geschlossener Stellung richtige Aufnahme und Abdichtung an der Membrane 187 unterstützen. Fig. 82 zeigt anhand eines Beispiels eine schematische Darstellung der in Fig. 76 dargestellten Anordnun wo das wahlweise Sekundärventil in Form eines druckempfindlichen Stopfens 197 mit Druckfeder 198 ausgebildet ist und wo eine zellenförmige Struktur 199 an der Verbindungsstelle des Zwischenabschnitt 183 und des Reaktors 180 angeordnet ist, um hauptsächlich als eine Fiber- oder Fasersperre zu wirken. Fig. 83 zeigt eine ähnliche Darstellung in Draufsicht, wo der Kanal 184 an das Zwischenglied mittels mindestens zwei Baugruppen, bestehend aus zwei zusammenfallenden lastaufteilenden Kanten 191 und Schraube 192f Unterlegscheibe 193 und Mutter, befestigt ist, während das Abgasrphr 181 an den Reaktor 180 über den Zwischenabschnitt 183 mittels Baugruppen, bestehend aus drei zusammenfallenden lastaufteilenden Kanten und den zugehörigen Befestigungsteilen befestigt ist. Fig. 84 zeigt
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schematische Darstellung des Längsschnittes durch ein Hohlkugelventil in geöffneter Stellung an der Verbindungsstelle zwischen zwei Teilen, wo 201 folgendes umfaßt: die "Kugel" mit ihrer integralen Spindel 202 und dem Betätigungshebel 203, mit dem Hauptabgaskanal . 204, den Dichtungen 205, dem wahlweisen Sekundärkanal 206, welcher beim Kaltstart Abgasumlaufmittel zuläßt, dem Reaktorgehäuse 180 und dem Abgasrohr 181, wo sich zwischen den zwei letzteren die gestrichelt gezeigte Verbindung 207 befindet. Fig. 95 zeigt eine ähnliche Darstellung der obigen Anordnung bei geschlossenem Ventil, wo der Sekundärkanal 206 mit dem Hauptkanal 204 in Verbindung steht, welcher wiederum mit der zu den Gasumlaufmitteln führenden öffnungen 208 in Verbindung steht.
Es ist wünschenswert, die'ventilbeaufschlagenden Mittel möglichst einfach und "fail-safe"zu gestalten. Zweckdienlich sollte daher das Ventil in der geschlossenen Stellung derart federbelastet (und nicht durch mechanische Wirkung gesperrt) werden, daß ein die konstruktionsmäßig vorgesehene Grenze übersteigender Reaktordruck den Federdruck genügend überwindet, um etwas Gas entweichen zu lassen und somit den Druck wieder unter die zum Beaufschlagen der Feder erforderliche Höhe senken zu lassen und den Ausgleich der Füllung so aufrechtzuerhalten, daß das Ventil in leicht geöffneter Stellung bleibt und im Reaktor ein konstanter Druck besteht. Die Federspannung ist derart, daß das Ventil ebenfalls in die voll geöffnete Stellung vorgespannt wird. Diese Anordnung ist anhand eines Beispiels in Fig. 86 dargestellt, wo 210 ein ventilbeaufschlagender Hebel durch starke Linien, ein Schmetterlingventil 211 und hintere Flächen des Kanals 212 mit leichten Linien sowie die Feder 213, Federachse 214 und Federbefestigung 215 am Gehäuse und Federbefestigung 216 am Hebel mit Schwenkachse 217 am Ventil gekennzeichnet ist. Die Ventilgruppe ist gestrichelt in leicht geöffneter Stellung und in voll geöffneter Stellung durch eine Punkt-Strich-Linie gezeigt. Dieselben Spannungen sowie dieselbe Anordnung der Beaufschlagung des Ventils kann verwirklicht werden, wenn die zuerst in einem festen Punkt befindliche Federbefestigung 215 zwischen den Grenzpunkten 219 und 220 über den gestrichelt (Linie 218) gezeigten Weg verstellbar ist;
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die gestrichelte Linie 214 zeigt die Federachsen in jedem Grenzpunkt. Die Bewegung der Federbefestigung kann auf jede geeignete Weise beaufschlagt werden und in einer bevorzugten Ausführung entsteht sie mittels eines über einen sich bei Wärme dehnenden Stoff bzw. eine ähnliche Substanz wie zum Beispiel in einer Tasche eingeschlossenes Gas oder Wachs, wie in Fig. 87 dargestellt, wo der Kolben 221 mit einem Behälter von großer Wärmeleitfähigkeit 222 in Verbindung steht, welcher dem Durchfluß von heißen Abgasen 223 über eine Menge eingeschlossenen, leicht dehnbaren Stoff wie z.B. Gas oder Wachs ausgesetzt ist.
Der Kolben 221 ist an die Stange 225 und das Gestänge 226 angeschlossen. Bei Betrieb wird der Kolben, welcher hier in der Stellung bei kalter Substanz gezeigt ist, bei fortschreitender Dehnung wegen steigender Gastemperatur die punktiert dargestellte Stellung erreichen. Fig. 88 zeigt schematisch, wie die Kolbenstange 225 das Ventil über den Betätigungshebel 210, die Feder 213 und einen schwenkbar an 228 angeordneten Hebel 227 beaufschlagt. Durch unmittelbare Beaufschlagung des Ventils mittels einer Feder wird die "Fail-Safe"-Eigenschaft gesichert. Falls dies nicht als erforderlich betrachtet wird, kann der wärmebeaufschlagte Kolben 221 über ein unmittelbar wirkendes Gestänge das Ventil öffnen und schließen, als ob zum.Beispiel das Ende 229 des Zwischenhebels 227 an den das Ventil betätigenden Arm (Ausführung nicht abgebildet) direkt angeschlossen wäre. In beiden Fällen, insbesondere jedoch bei dem letzeren Fall wird es möglich sein, das öffnen des Ventils in Verbindung mit der Abgastemperatur und daher den Reaktordruck in Verbindung mit Temperatur zu betrachten.
Es ist gezeigt worden, daß das Anwärmen der Baugruppe durch vollständiges oder teilweises Schließen des Abgasaustritts mittels Ventilen beschleunigt worden ist, in dem in Wirklichkeit Stauung der Gase innerhalb des Reaktors bewirkt wurde. Solche Stauung kann mit jeglichen geeigneten Mittel erreicht werden, wie zum Beispiel in einer bevorzugten Ausführung, wo ein Gebläse dder eine Turbine im Abgassystem neben dem ,Rea'k.torgasaustritt eingebaut wird. Da-das
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Gebläse bei Kaltstart unempfindlich ist und in dem System eine Dämmung bzw. Hemmung bildet, so wird während der ersten Zyklen des Motorbetriebs Druck hinter diesem aufgebaut. Das Gebläse würde vorzugsweise keine vollständige Dämmung bilden, weil die Luft entweder zwischen den Flügeln oder an ihren Verbindungsstellen am Gehäuse entweichen und verhältnismäßig leichtes Andrehen des Motors mittels des Anlassermotors ermöglichen. Nach Beginn der Zündung gewährleistet schnelle Erhöhung der Motordrehzahl und der Gasströmung eine weitgehende Saugwirkung, die nur aufgehoben wird, wenn der Reaktordruck gegen die Gebläseflügel die Trägheit des Gebläses überwindet. Wahlweise können die Gebläseachse und ihre Lager unterschiedliche Dehnungskoeffizienten haben, so daß bei Kälte ein festerer Lagersitz einen größeren Drehwiderstand als in warmem· Zustand bilden würde.
Die oben dargestellten Eigenschaften können evtl. beliebig miteinander zusammengestellt sowie je nach Zweckmäßigkeit für-Funktionen eingesetzt werden, die nicht mit Kaltstart in Verbindung stehen. Gasumlauf bzw. -rückführung zum Ansaugsystem kann im Zusammenhang mit einem Gasspeicher verwendet oder andererseits direkt arbeitend ohne Speicher ausgeführt werden. Desweiteren wird das bereits beschriebene Abgasumläufsystem zum Beispiel nach dem Anwärmen zugeschaltet werden, um die Abgasumlaufwirkung bei Normallauf entweder ununterbrochen oder bei bestimmten Betriebsarten zu gewährleisten. Um den Einsatz des Abgasumleitungssystem zu erleichtern .und somit möglicherweise die Verwendung von Pumpen zu vermeiden, kann in den Reaktor in der Nähe der Verbindungsstelle mit dem Umlaufkanal eine Schaufel angeordnet werden,, wie schematisch in Fig. 89 dargestellt, wo die Schaufel 230 in den Gasflußstrom 231 ragt und somit bei 232 einen höheren Druck bildet, um den Gasstrom entlang des Umlaufsystems 233 zu unterstützen. Bevorzugt wird die Schaufel in einem "schwachen" Bereich des Reaktors angeordnet, d.h. wo die Reaktionsvorgänge sich bei unterdurchschnittlicher Intensität abwickeln, so daß möglichst wenig gereinigte bzw. entgiftete Abgase in das Umleitungssystem abgeführt werden und somit die Reaktionsvorgänge bei wiederholtem Durchströmen des Reaktors fortgesetzt werden können. Beim Anordnen ,'.
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der Schaufel würde man voraussetzen, daß bei kontinuierlichem Betrieb das Abgasumlaufsystem nach dem Aufbau der Verhältnisse zwischen den sehr niedrigen und mittleren Drehzahlen ungefähr feste Verhältnisse aufrechterhält, weil umlaufende Abgasmenge von der Motordrehzahl und daher von der vom Motor kommenden Abgasmenge abhängig ist.' Allgemein gesagt verbraucht das Abgasumlaufsystem Motorleistung bei bestimmten unteren Drehzahlen und/oder Betriebsbedingungen kann jedoch dieses Umlaufsystem eine geringfügige Erhöhung der Motorkraft herbeiführen " "inde und/oder zwecks besserer Beseitigung der Verunreinigungsteilchen wird es evtl. wünschenswert sein, das Abgasumlaufsystem nur bei bestimmten Betriebsbedingungen wie z.B. bei Beschleunigung oder Verzögerung usw. funktionieren zu lassen. Ein wahlweises Ventil am Verbindungspunkt zwischen dem Abgasumlaufsystem und dem Eintritt ist anhand eines Beispiels schematisch in Fig. 90 dargestellt, wo Betätigung durch Unterdruck erfolgen würde; 234 ist der Eintrittskanal, 233 das Abgasumlaufsystem, 235 ist der Krümmer, 236 ist der Kolben in geöffneter Stellung gegen die Kraft der Blattfeder 237, wobei dieser in geschlossener Stellung den Kanal 238 mit der progressiv geformten Öffnung 239 schließt; die letzter. Ist wirksam, wenn der Kolben in ganz oder teilweise geöffneter Stellung liegt. In Schließstellung des Kolbens ruht die Kolbenscheibe an den Sitzen 240, wobei der Innenraum bei 241 über den Kanal 242 mit dem Abgasumlaufsystem druckausgeglichen ist. Das Verhältnis des Abgasumlaufsystems zum Eintrittsunterdruck (z.B. durch Beschleunigung verursacht, wenn dem Vergaserventil vorgeschaltet oder z.B. durch Verzögerung, wenn zwischen den Vergaser und den Eintrittskanal eingeschaltet ) wird durch die Größe der öffnung 239 bestimmt, welche entweder eine lineare, logarythmische oder eine andere progressiv steigende Größe sein kann. Zur Anpassung an eine bestimmte Betriebsart kann evtl. erforderlich sein, eine Menge umlaufender Gase plötzlich zuzustoßen. Bei einem direkten System wird nach dem erstmaligen Sättigen der Forderung teilweiser Unterdruck im Abgasumlaufsystem gebildet und somit die Gaszufuhrrate unter den idealen geforderten Wert verlangsamt. Dies kann hauptsächlich dadurch beseitigt werden, daß in/das System ein Abgasspeicher eingebaut wird, welcher dehnbar
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oder nicht dehnbar ausgeführt werden kann. Wird ein dehnbarer Speicher wie für das Kaltstartverfahren eingebaut, dann kann seine Dehnwirkung in Zusammenhang mit progressiver Federbelastung erfolgen. Bei normalem Lauf liegen die Umlaufdrücke, z..B. durch Absperren unterstützt, in dem niedrigen Bereich und verursachen, daß die Feder zuerst über den weichen Federungsbereich nachgibt und das Dehnen und Zurückspringen des Speichers innerhalb von z.B.-, einem Viertel der ganzen Dehnstrecke zuläßt, wobei diese Speicherbewegung stetigere Umlaufmengen bei plötzlichem Umschalten auf bestimmte Betriebsarten gewährleistet. Während des Kaltstartes werden die höheren Drücke den Widerstand des zweiten, stärkeren Federkraftbereiches überwinden (sowie den des ersten Federkraftbereiches) und Dehnung bis.auf volle Kapazität zulassen. .
Es ist erklärt worden, wie unter bestimmten Bedingungen das Abgasumlaufsystem gewissermaßen zu kleiner Leistungssteigerung des , Motors beiträgt. Eigentlich ist es beinahe unmöglich/ dies unmittelbar zu erreichen; jede Leistungssteigerung wird durch die Herabsetzung der Oktanzahlforderungen, die durch das Abgasumlaufsystem bewirkt werden, verursacht und dabei erhöhte Verdichtungsverhältnisse sowie bessere Optimumzustände am Ventil und Zündsteuerung bei jeweiligem Kraftstoff zulassen. Da das Abgasumlaufsystem Verhinderung der Vorzündung bzw. des "Klopfens" unterstützt, ist seine Wirkung besonders bei Hochbelastungszuständen erforderlich. Bekannte Systeme sind im Verhältnis zum Eintrittsunterdruck eingestellt, welcher bei allen Hochbelastungszuständen nicht unbedingt sehr groß ist. Mindestens ein Teil des Abgasumlaufsystems, welcher am besten unter einem aus einem Speicher eingeführten niedrigen Druck steht, kann direkt an einen jAnreicherungskreis in einem Vergaser angeschlossen werden, welcher nur bei hohen Lastzuständen funktioniert. Wahlweise kann an der Verbindungsstelle des Abgasumleitungssystems und des Ansaugkrümmers ein durch die einströmenden Gase beaufschlagtes Ventil eingebaut werden, wie in Fig. 91 (Schnitt) und Fig. 92 ( Vorderansicht) gezeigt. Das in geöffneter Stellung in Fig. 91 dargestellte Ventil umfaßt die Welle, welche im Kanal 244 gleitbar angeordnet ist; dieser Kanal steht mit dem Abgasumlaufsystem in Verbindung und
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hat eine progressiv geformte Öffnung 245/ wobei die Welle in einem Kopf 246 mündet, welche mit Schaufeln oder Flügeln 247 versehen ist, die in den Gasstrom 248 gegen die Wirkung der Feder 249{mit;geschlauftem Blatt hervorragt. .Fig. 92 zeigt dieselbe Anordnung mit dem Ventil, welches in dem Gehäuse 250 sitzt und in geschlossener Stellung weg von der Wand des Ansaugkrüminers 251 herausragt. In einer bevorzugten Anordnung enthält ein richtig ausgeglichenes Abgasumlaufsystem eine Reihe Ventile, wie z.B. durch Unterdruck und/oder Strömung oder andere geeignete Mittel beaufschlagt und in verschiedenen Teilen des Einlaßsystems verteilt werden und welche alle mit dem Abgasumlaufsystem in Verbindung stehen, wobei das letztere einen Gasspeicher hat. Durch zweckmäßige Positionierung dieser Ventile, Einstellung ihrer Federspannung auf die geschlossene Stellung und zweckmäßige Wahl des Kanaldurchmessers könnte für die unterschiedlichen Betriebsarten die richtige Mitwirkung des Abgasumlaufsystems erreicht werden. In Zusammenhang mit einem solchen Ventilsystem oder ohne dessen Mitwirkung können die umlaufenden Abgase des Abgasumlaufsystems durch bestimmte Kraftstoffverdunstungssysteme gelei- !|; tet werden, einschließlich jene, die in einem weiteren Teil dieser Beschreibung beschrieben sind. Das oben erwähnte System von Ventilen
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■ und Zufuhr, hier in Zusammenhang mit dem Austritt aus dem Abgasumlauf system,kann ebenfalls zum Zuführen von Zusatzluft zum Ansaugsystem eingesetzt werden, um Unterstützung der genau geregelten Luft/Kraftstoff-Mischung zu bilden, die sich in Dreikomponenten-Abgasentgiftungssystemen als besonders wünschenswert erweist. Die Luft kann aus einem Speicher zugeliefert werden, welcher am Eintritt einen Filter besitzt, wie schematisch in Fig. 93 dargestellt, wo eine koaxiale Kammer 252 das Haupteinlaßrohr umschließt und neben dem Luftfilter 253 angeordnet ist, wobei Luft durch die öffnungen 253 hineinströmt, wo zum Aufrechterhalten eines niedrigen Druckes in dem Speicher wahlweise Sperren oder eine Schaufel angeordnet sind. Dasselbe, durch Betriebsarten beaufschlagte Ventilsystem könnte zum Fördern der umlaufenden Abgase bzw. Luft in den Reaktor durch einen Kanal verwendet werden,'welcher von der Quelle zum Reaktor', über ein zum Beispiel im Luftänsäugsystem angeordnetes Ventil führt. Die Funktion eines solchen Ventils ist schematisch in Fig. 94
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dargestellt, wo die Welle 256 und der Kopf in dem Ansaugsystem 258 gegen die Wirkung der Feder 259 geöffnet wird, indem Spannung zum öffnen des Kanals 260 bewirkt wird. In einer bevorzugten Ausführung enthält das Abgasumlaufsystem einen Filter zum Auffangen von Fest-. teilchen aus dem Abgas, die bekanntlich Motorverschleiß verursachen und in vielen bisher ungenügend gefilterten Systemen zum Versagen mechanischer Systeme führen können. Man ist der Ansicht, daß sich erfindungsgemäß Zuführen von großen Luftmengen erübrigt. Es kann jedoch wünschenswert sein, kleine Luftmengen zuzuführen, insbesondere durch die oben beschriebenen Mittel, um nur bei gewissen Laufzuständen genaues Ausgleichen bei irgendwelchen Dreikomponentenverfahren zu unterstützen. Der Luftspeicher kann evtl. dehnhar .ausgeführt sein, indem er zum Beispiel mit Seitenwänden aus Elastomer-Werkstoff versehen wird, um bei plötzlichen Änderungen in der Betriebsart Luft unter einem gleichmäßigeren Druck zuführen zu können; der Luftspeicher enthält zum Beispiel einen auf einer Plattform montierten Ballon. Wahlweise besteht der Speicher aus einer Reihe gleitbar gelagerter Gehäuse, welche ineinander zurückschiebbar sind, wie zum Beispiel in Perspektive schematisch in Fig. 144 gezeigt, wo 600 das Grundgehäuse mit Seitenwänden und Grundplatte, 601 ein Zwischengehäuse mit nur den Seitenwänden, 602 das obere Gehäuse mit Seitenwänden und der Kopfseite ist, wo die gepreßten Vorsprünge als Führungen wirken. Die Anordnung der Federbelastung und der Führungen gemäß der vorangegangenen Beschreibung kann in Zusammenhang mit diesem Speicher verwendet werden.
REAKTIONSVORGANG ABSCHNITT 7
Die Auswirkung des durch Industrieanlagen und Fahrzeugiaotoren erzeugten Rauches bzw. der Abgase ist während der letzten fünfzehn Jahre weitgehenden Untersuchungen unterstellt worden und ist Gegenstand umfassender Literatur. Es ist bekannt, daß die wichtigsten," im Abgas mitgeführten Substanzen Kohlenmonoxyd, Kohlenwasserstoff, Stickstoffoxide und Festteilchen einschließen. Praktisch alle diese Substanzen sind selbst schädlich oder unerwünscht (Kohlenmonoxyd ist äußert giftig) und bilden in der Atmosphäre komplizierte
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Reaktionen untereinander und mit anderen Substanzen, um dann noch weitere unerwünschte Substanzen aufzubauen, wobei Teil dieser 1, Reaktionen unter "Bildung von photochemischem Smog" im allgemeinen beschrieben wird, weil die sekundären Reaktionen (in der Atmosphäre) Vielmals durch Sonnenlicht aktiviert werden. Die Bildung von Smog und sein Zusammenhang mit verunreinigenden Substanzen ist zum Beispiel in einem Vortrag während der 1972-stattgefundenen ISAP Tagung in Tokio von Prof. Janes N. Pitts Jr. und Gerald E. Grimstone in Umrissen dargestellt worden. Eine Vorstei ".,■.·-. ä <■<... ou':·5gkeit und der Größe dieses Problems erhält man schon aus den Statistiken über die mehrere Tonnen verunreinigende Substanzen, welche täglich über dem Stadtgebiet von Los Angeles in die Atmosphäre herausgestoßen werden (die eingeklammerten Prozentzahlen beziehen sich auf Verunreinigung durch Fahrzeugmotoren). Es sind: Kohlenwasserstoffe 2.455 t (65%); Kohlenmonoxide 9.105 t (98%); Stickstoffoxide 1.050 t (72%); Festteilchen 130 t (42%) . Weitere Erläuterung dieses Themas erübrigt sich, weil es schon von anderen Schriftstellern umfassend behandelt worden ist, und seine Auswirkung auf den erfindungsgemäßen Gegenstand ist hier nur am Rande zu vermerken.
Das grundlegende Prinzip der Reaktionsprozesse in bezug auf die drei gasförmigen, verunreinigenden Substanzen im Rahmen der Dreikomponentenlösung sowie das Grundprinzip der Behandlung der Festteilchen sind bereits in Abschnitt DREI beschrieben worden, während einige sachdienliche zusätzliche Beschreibungen noch in Abschnitt FÜNF und SECHS zu finden sind. Es ist bereits erwähnt worden, daß die Erfindung mit jedem gewünschten Katalysator funktioniert und zum Behandeln der Abgase an Verbrennungsmotoren jeglicher Bauart anpaßbar sein soll. Zweckmäßig sollen die erfindungsgemäßen Prinzipien ebenfalls für Abgase einsetzbar sein, die aus allen anderen Verbrennungsquellen stammen, einschließlich Außenverbrennungsmotoren wie zum Beispiel der Stirling-Motor oder der Rankine-Zyklus-Motor oder aber bestimmte Industrier-Verbrennungsverfahren. Soweit es sich um die Abgase der Verbrennungsmotoren handelt, sind die Gründe ihrer Bildung In der Verbrennungskammer seit über 50 Jahren untersucht worden (von Sir Harry R. Ricardo und anderen ). Die Frage der
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gegenseitigen Auswirkung und Reaktion der Abgase unter dem Einfluß von Wärme oder katalytischer Wirkung ist während des letzten Jahrzehnts Gegenstand äußerst intensiver Untersuchungen geworden, die jemals unternommen worden sind; tausende Millionen Dollar sind · für diese Arbeiten in der ganzen Welt jährlich ausgegeben worden und die Ergebnisse dieser Vorhaben in unzähligen Vorträgen, Berichten offizieller Organisationen, in Presseartikeln, Patent-Spezifikationen usw. festgelegt worden. Es besteht die Ansicht, daß Kenntnisse über "die Abgasreaktionen in verschiedenen Dokumenten mit ausreichender Gründlichkeit Behandlung gefunden haben und auf diese soll hier nicht weiter eingegangen werden. Ein weiterer Grund für diese Weglassung ist, daß die Erfindung sich auf alle Verbrennungsmotoren bezieht, einschließlich Drehkolbenmotoren, Zweitaktmotoren und Verdichtungsmotoren, während die chemische Analyse sich auf eine sehr genaue Spezifizierung und Bauart von Motor, Kraftstoff , Werkstoff zusammensetzung und Umgebungstemperatur des Reaktors und/oder zugehörige Katalyten beschränken muß. Es ist bekannt, daß komplexe chemische Reaktionen bei Veränderungen"dieser Parameter über einen großen Bereich variieren, während jedoch die Grundprinzipien der hierin beschriebenen Dreikomponentenlösung oder die Prinzipien anderer grundlegender Lösungen wie zum Beispiel Führen der Gase durch eine Reihe abwechselnd angeordneter Oxydations- und Reduktionsreaktoren (z.B. das Questor-System)immer noch befolgt werden. Manchmal wird die Reihenfolge der zwei ersten in Abschnitt Drei beschriebenen Grundreaktionen gewechselt werden, so daß je nach dem verwendeten Katalysator HC gelassen wird, um NOx zu reduzieren. Zu erwähnen ist vielleicht die unerwünschte Sekundärreaktion, welche den sich mit Umwalt befassenden Wissenschaftlern Sorge bereitet haben. Bei gewissen Verwendung findenden Katalysatorzusammensetzungen bildet sich in gewissen Systemen mit einem in der ersten Stufe eine starke katalytische Reduktion ergebenden Reaktor und einem Oxydationsreaktor Ammoniak. Und zwar bildet hier Stickstoff eine Reaktion mit dem im Abgas vorhandenen Wasserstoff,woraus Ammoniak erzeugt wird; 2NO + 5H2= 2NH_ + 2H2O. Befindet sich der oxydierende Katalysator stromabwärts, so wird Ammoniak in Stickstoffoxyd zurückverwandelt und die Ergebnisse des Entgiftungs- bzw. Reinigungsver-
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fahrens zunichte gemacht. Die Bildung von Ammoniak findet nur bei reichen Kräftstoffgemischen statt und/oder wenn Zusatzluft zugeführt wird (in' anderen Worten wo sauerstoffreiche Atmosphäre vorhanden ist) und üblicherweise nur in Anwesenheit von bestimmten Katalysatoren. Im Falle der vorliegenden Erfindung ist es äußerst unwahrscheinlich, daß Ammoniak gebildet wird, weil der Reaktor in dem stoimetrischen Kraftstoff/Luft-Gemisch-Bereich normalerweise ohne Zusatzluft funktionieren soll. Ähnliche Überlegungen gelten ebenfalls bei der Bildung von NOx.
Es ist zu erkennen, daß die Erfindung nicht zuerst die chemischen Reaktionen, sondern das Bilden geeigneter Umgebungsbedingungen zum Verwirklichen solcher Reaktionen betrifft. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, in diesem Abschnitt Mittel zum Beeinflussen oder zur Einregelung von Reaktionen auf die gewünschte Höhe zu beschreiben und nicht die Reaktionen selbst. Die hauptsächlichen bekannten Mittel zum Regulieren von Reaktionen betreffen praktisch alle das Einregeln bzw. Nachstellen der im Verbrennungsraum des Motors stattfindenden Reaktion (wobei Zuführung von Luft oder Sauerstoff zum Reaktor eine Ausnahme bildet), zum Beispiel durch Verstellen der Zünd- oder Ventileinstellung, Einbau des Abgasumlaufsystems usw. Alle solchen Methoden sind bekannt Und diese sowie ihre Wirkung auf die Zusammensetzung der Abgase ist bereits in der Literatur ausreichend behandelt worden.
Es wird vorgeschlagen, zusätzliche oder wahlweise Mittel zum Regulieren des Verbrennungsverfahrens im Motor vorzusehen, indem dem einströmenden Gas, wie zum Beispiel Luft, zwei getrennte Substanzen zugeführt werden. Die erste Substanz ist der Kraftstoff, während die zweite Substanz ein zweiter Kraftstoff, ein nichtbrennbarer Agent oder das letztere mit Kraftstoff gemischt sein kann. Die Einführung einer zweiten Substanz und zwar ununterbrochen oder auf eine andere Weise könnte zur Erzeugung einer extra Motorleistung und/oder reinerer Abgase und/oder zum Herabsetzen des Kraftstoffverbrauches beitragen. Der letztere Punkt ist wichtig ( und mit dem ersten zusammenhängend) und zwar wegen der heutigen Ölkrise, d.h. abnehmend'
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Vorräte an Fossilkraftstoffen wie Benzin. Die zweite Substanz kann unter bestimmten Laufbedingungen und deren Wirkung, wie scharfe Beschleunigung, Hochlast oder Hochleistungsabgabe, unterstützend, eingeführt werden. Bei solchen Betriebsarten steigt der Kräftstoffverbrauch in hohem Grade, sollte es jedoch möglich sein, den Fluß des Hauptkraftstoffes auf normaler Höhe aufrechtzuerhalten und die erhöhten Anforderungen mittels einer zweiten Substanz welche aus Quellen der Nichtfossil-Kraftstoffe erhältlich ist, dann ist auf diese Weise wahrscheinlich eine große Ersparnis an Kraftstoff zu erreichen. Wenn auch die Alternativen erwünschbar sind, so ist es höchst v/ahrscheinlich, daß über viele Jahre hoch ölprodukte als Hauptkraftsubstanz in Fahrzeugmotoren verwendet werden.
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Die zweite hier verwendete Substanz kann ein anderer Kraftstoff sein, wie zum Beispiel Alkohol oder Methanol, welches aus Substanzen wie Altpapier erzeugt werden kann oder es kann sich dabei:um Wasser in flüssiger Form, als Dampf oder Gas handeln; seit der Jahrhundertwende ist bekannt, daß eine solche Substanz, die unter bestimmten Bedingungen die Leistung erhöht, dazu neigt, das Klopfen zu verhindern oder, in einer bevorzugten Ausführung,, aus einer Mischung von Wasser und Methanol und/oder Alkohol besteht^
Die Einführung einer zweiten Substanz wird die Zusammensetzung der Abgase und die beim Entgiftungsvorgang entstehenden Reaktionen beeinflussen. Wasser ist in Abgasen praktisch immer in übermäßigen Mengen vorhanden, so daß Einführen zusätzlicher Mengen die Reaktionsvorgänge nicht drastisch beeinflussen wird, obwohl es durch Abkühlen Stickstoffoxyde in hohem Maße reduziert, wenn Wasser in flüssiger Form eingeführt wird und in der hohen Temperatur des Verbrennungsraumes die latente Wärme bei Verdampfen absorbiert. Die Kühlwirkung kann umgangen werden, wenn Wasser in Dampfform eingeführt wird. Bei hohen Temperaturen neigt Wasser (sowie Verbrennungsprodukte wie Kohlendioxyd und Stickstoffoxyde) zur Dissozierung und bildet H^ und O2. Diese Dissozierung ist mit Wärmeaufnahme verbunden (die durch Anwärmen von Dämpf ausgeglichen werden kann), die beim Abkühlen und Rückbilden von Wasser aus H^ und O2 nicht unbedingt abgegeben werden muß. Getrenntes Einführen von Zusatzsauerstoff und -wasserstoff kann bei bestimmten Lösungen das Beseitigen von giftigen Anteilen, wie Stickstofföxyden, unterstützen. Was Methanol anbetrifft, so kann dieses u.U. mehr Kraft als dieselbe Menge Petroleum erzeugen und zwar wegen seines höheren Verdampfungsvermögens; andererseits kann es u.ü. auch Ursache von Klopfen sein und wird meistens mit Wasser gemischt. In Flüssigkeitsform eingeführtes und im Zylinder in Dampfform expandiertes Wasser oder aber unter Druck eingeführter Dampf kann die volumetrische Leistung des Motors in großem Maße erhöhen. Es besteht die Ansicht, daß sich in der Praxis die Vorteile des Zusetzens vieler Substanzen zu der Mischung im Verhältnis zu den ... Vergasertemperaturen steigern werden. Es ist zu vermerken, daß die Erfindung an alle Verbrennungsmotoren anpaßbar ist, einschließlich jener, die in der Zukunft entwickelt werden sowie die, die in Abschnitt Zehn erwähnt sind. Im folgenden sind Mittel zur Einführung
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von zwei Substanzen, möglicherweise gleichzeitig, in die Mischung erläutert. In wahlweisen Ausführungen können mehr als zwei Substanzen eingeführt werden. Außer Methanol können mit Wasser jegliche andere geeignete Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Äthanol, gemischt werden. Die Einführung von Wasser kann auf atmosphärische Feuchtigkeit bezogen und durch eine Fühleinrichtung ·· reguliert werden. -
Als Beispiel wird in den beiliegenden Zeichnungen folgendes dargestellt; es zeigen:
Fig. 95 und 96 Ausführungen eines mehrere Substanzen
enthaltenden Behälters;
Fig. 97 bis 99a Ausführungen mehrfacher Einspritzgeräte,
die mehrere Substanzen in den Verbrennungsraum einführen; ,
Fig. 168 bis 179 Ausführungen von Einspritzgerätebauarten
und/oder Einbaustellen solcher Einspritzgeräte.
Im nachfolgenden Abschnitt Acht sind Mittel zum Einführen von Substanzen in die Einlaufmischung, bei welchen Kraftstoff nicht durch Gasströmung zerstäubt wird. Zum Einführen der sekundären Substanz und/sowie des Hauptkraftstoffes in die Mischung können beliebige Mittel eingesetzt werden. Zusätzlich kann die Sekundärsubstanz zu einem getrennten Teil des den Hauptkraftstoff behandelnden Vergasers gefördert werden, wobei dieser getrennte Teil nur bei bestimmten Betriebsarten in Funktion tritt. Die zwei Substanzen ' können zum Einlaßbereich aus getrennten Tanks durch Gefälle gelangen oder aber aus einem kombinierten Tank zugeführt werden,' wie zum / Beispiel die in Fig. 95 dargestellte Schwimmerkammer, wobei sich ein normaler Schwimmer 261 auf einer Spindel 262 senkrecht bewegt und den Schließhebel 263 bewegt; dieser Schwimmer sitzt im Gehäuse 264, welches Raum für die erste Substanz bildet, wobei das Gehäuse 264 innerhalb des äußeren Gehäuses 265 konzentrisch angeordnet ist und das letztere den Raum für die zweite Substanz sowie eine Sperre zwischen den beiden Substanzen bildet. Der äußere Raum enthält eine zylindrische Schwimmerkammer 266, die so verschiebbar auf den Führungen 276 sitzt, daß der Schließhebel 268 beaufschlagt wird/ wobei die Konstruktion der Kraftstoffverbindungen, Schließventile
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des Deckels und der Dichtungen der bekannten Prakis entspricht. Die einfache> mehrere Flüssigkeiten enthaltende Schwimmerkammer kann auf beliebige Weise unterteilt werden, einschließlich die beispielsweise schematisch dargestellte Anordnung in Fig. 96, wo eine runde Schwimmerkammer 269 und eine mondförmige Schwimmerkammer 270 in getrennten Räumen an Spindeln 271 angeordnet sind. : Die hier dargestellten Tanks für mehrere Substanzen haben einen runden Querschnitt, in anderen Ausführungen können sie jedoch jeden geeigneten Querschnitt haben, einschließlich.ovale, rechteckige und andere Querschnittformen.
Bei Verdxchtungsmotoren oder anderen Motoren mit direkter Einspritzung in den Zylinder oder den Eintrittskanal können die anderen Substanzen mittels zusätzlicher Einspritzgeräte oder irgendwelcher anderer Mittel, die oben beschrieben oder angedeutet worden sind, gefördert oder durch vielfache Einspritzgeräte eingeführt werden, d.h. durch unterschiedliche Kanalsysteme in einem Einspritzgerät. Der Einspritzvorgang kann so verkettet werden, daß Einspritzen einer Substanz zur automatischen Einführung der nächsten führt; wahlweise können die Systeme unabhängig von einander funktionieren. Beispielsweise zeigt Fig. 97 schematisch, wie Primärkraftstoff 272 auf übliche Weise bei 273 eingespritzt wird, indem die Düse 274 mit Kanal 275 mit der sekundären Kraftstoff führenden Hauptleitung bei 276 nur dann in Verbindung steht, wenn sich die Düse hebt und folglich Hauptkraftstoffeinspritzung, stattfindet. Der Sekundärkraftstoff bleibt unter ständigem Druck und wird daher bei 277 nur .dann eingespritzt, wenn sich die Düse hebt. Das Verhältnis des Hauptkraftstoffs zu dem Sekundärkraftstoff wird durch ihre jeweiligen Drücke sowie die zeitliche Überlappung der Durchströmung in der Hauptleitung und im Kanal bestimmt. Fig. 98 zeigt schematische Darstellung eines kombinierten Einspritzgerätes mit der Innendüse 287» die koaxial mit und innerhalb der Außendüse 279, welche bei üblicher Betriebsart unabhängiges Anheben der Düse und Einspritzen ergibt. Diese Lösung ist aufgründ ,des langen Flußweges im Kanal der mittleren Düse evtl. mit einem ,, Nachteil behaftet. Beispielsweise ist in Fig. 99 schematisch ein Schnitt durch und in Fig. 99a eine Draufsicht der Düsengruppe von der Verbrennungskammer her gesehen gezeigt, wo vom Druckbehälter ,. ; zur Spitze eine kürzere Düse führt. Die mittlere Düse 280 funktionier
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auf übliche Weise, wobei sie sich auf ihrer Achse bewegt."und den Kraftstoff durchläßt, während sich die äußere Düse 281 koaxial zu der ersten bewegt und sich beim Durchlassen des Kraftstoffs ,. auf ihrem Sitz dreht. Die Drehbewegung wird gegen den Widerstand der Reibdichtungen 282 mittels den Strahldüsen 283 bewirkt,; welche tangential zum Düsendurchmesser münden. Daraus ergibt sich ' Schleudern des Kräftstoffs quer durch die Verbrennungskammer, wie in 284 dargestellt, und zwar in der Art eines Gartenschlauches. Das Einspritzen der äußeren Düse wird mittels einer Druckselle in der koaxialen und umgebenden Kraftstoffkammer 285 bewirkt, die einen oder mehrere Tauchkolben 286 gegen Federkraft 287 herunterdrücken und während dieser Inwärtsbewegung mit den Krafts toff-... kanälen zum Fluchten kommen und den Kraftstoffdurchfluß zwischen der Kammer 285 und der Strahldüsenspitze 283 ermöglichen. Für^dIe Düse 283 ist die ungenaue Bezeichnung "Strahldüse" gewählt: worden, um sie nicht mit den eigentlichen Düsen 280 und 281 zu verwechseln. : Diese durch die Drehbewegung der Düse eingeleitete Schleuderwirkung, wobei die Drehbewegung wiederum durch die Tangentialrichtung des KraftstoffStrahls gebildet wird, hat wichtige Vorteile über übliche Einspritzsysteme. Die letzteren funktionieren bei geradliniger Kraftstoffverteilung, während die patentgemäße schlangenförmige Sprühform länger ist und Aufprallen der Flüssigkeit auf die Kammerwände vor dem Zerstäuben weitgehend verhindert. Wegen der Schleuderwirkung neigen auch die Kraftstoff-Tröpfchen zur Verteilung · durch eine größere Mischungsmenge als bei üblicher Einspritzung in
einer Richtung. ".'·';'..'.'■■.-.
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Hier ist ein Dreh-Einspritzgerät in kombinierter Form bzw, als [ Gruppe beschrieben worden, in einer wahlweisen Ausführung kann das, f Drehprinzip jedoch in einem zum Einspritzen einer einzigen Substanz vorgesehenen Einspritzgerät vorgesehen werden. Das in den Arbeitsraum des Motors ragende, drehbare Glied kann in jeder beliebigen Ausführung vorgesehen werden und Einspritzkopf-Zustände, die sich für drehbare Einspritzgeräte eignen, können ebenfalls in festen oder nicht-drehbaren Einspritzgeräten vorgesehen werden. Drehung ..... kann nur durch die Einspritzgeschwindigkeit herbeigeführt werden oder aber durch elektrische Mittel, wie zum Beispiel über ein Solenoid oder einen Elektromotor oder ein Magnet oder über einen | biegsamen oder festen mechanischen Antrieb des Einspritzgerätes. ,
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Drehung kann kontinuierlich, unterbrochen oder umschaltbar sein, wie zum Beispiel in einer Anordnung, in welcher der Kopf sich während des Einspritzvorganges dreht und unter Federdruck oder durch andere Mittel in die Ausgangsstellung ganz oder teilweise. zurückgeführt wird. Drehung kann durch Mitwirkung der oben angeführten Mittel erreicht werden, wie zum Beispiel in einer Einspritzgeräteausführung, wobei ein kleiner Motor eine Drehkraft einleitet, die normalerweise zum Drehen des Kopfes gegen die Reibspannung zwischen dem Lager und der Dichtung nicht genügt ~f wobei : Drehung dann nur durch eine vorwiegend tangentiale Einspritzung erreicht wird, welche die zusätzliche Drehbewegung zum überwinden der Reibung in der Lagerung bewirkt. Mechanisch oder elektrisch beaufschlagte Drehbewegung kann durch eine feste oder Hohlnadel ' oder ein Rohr oder eine Einspritzdüsendichtung übertragen werden, die mit dem Drehkopf integral ausgeführt oder mit diesem in Verbindung steht und/oder diesen über Keilnuten, Zähne, Reibflächen usw. treibt. Diese Nadel/Welle/Rohr kann gleichzeitig als Drehantrieb und Kraftstoffauslöser beim Anheben aus dem Sitz wirken. ! In einer solchen Anordnung kann senkrechte Bewegung durch ein j übliches Flüssigkeitsventil oder durch ein Solenoid herbeigeführt : werden. Falls die Drehbewegung ebenfalls durch ein Solenoid bzw. j j Solenoide herbeigeführt wird, so kann eine Solenoidgruppe zum l '! gleichzeitigen Beaufschlagen beider Bewegungen verwendet werden, iι und zwar durch zweckmäßiges Winkelstellen der beaufschlagenden S Solenoide, wie schematisch in Fig. 166 dargestellt. Erregung des I! elektrischen Schaltkreises bewirkt Ziehen der Welle 800 durch einen Bewegungsbereich und in der durch den Pfeil 801 gezeigten Richtung. Entregen des Schaltkreises bewirkt eine Bewegung über den durch den gestrichelten Pfeil 802 gezeigten Hub und die gezeigte Richtung. Zusätzlich können die zur Herbeiführung der Drehbewegung des Einspritzkopfes bestimmten Mittel mittels eines Rotors oder eines Gebläses beaufschlagt werden, die mit den Motorfunktionen in Zusammenhang stehen, wie beispielsweise in Fig. 147 dargestellt und in Abschnitt Acht beschrieben.
Die Einspritzgeräteköpfe gemäß der Erfindung enthalten Zustände bzw. Merkmale, bei welchen die Kraftstoffzuführmittel hervorstehen und der Brennraum in einem großen Winkel zu der senkrechten Achse des Einspritzgerätes steht, ohne Rücksicht darauf, ob sich diese
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drehen oder nicht. Bei den meisten Anordnungen sind die Köpfe aus Vollstoff, in welchem zum Fördern von Kraftstoff Kanäle gebildet sind. In wahlweisen Ausführungen haben die Köpfe Wände , aus biegsamem Elastomer, oder sie sind federnd ausgeführt, so daß die erste Kraftstoffdruckerhöhung oder das Zuführen von Kraftstoff das Aufblähen bzw. Dehnen des inneren Überführungsraumes des . Kopfes bewirkt; dieser bleibt dann während des Einspritzvorganges gedehnt und nach dem Abschalten des Druckes kehrt er in die Normalstellung zurück und bewirkt das Ausstoßen bzw. Verdrängen, des restlichen Kraftstoffs aus dem Kopf. In dieser oder einer anderen Ausführung der Einspritzköpfe kann ein Teil des Kopfes ; oder der ganze Kopf dünnwandig sein und/oder aus wärmeleitenden Werkstoffen gefertigt werden, so daß nach einem druckbeaufschlagten Einspritzvorgang Verdampfung oder Sieden des restlichen Kraftstoffs ; im Kopf verursacht wird. In bestimmten Verbrennungsmotoren wird dieses Merkmal von Vorteil sein, um Fortpflanzen der Verbrennung ί über einen größeren Hubbereich zu gewährleisten und einen stetigeren Druck bei Motorlauf zu bilden. In Zusammenhang mit einem Einspritzgerät kann entweder eine vorspringende Kopfgruppe oder können aber mehrfache vorspringende Kopfgruppen vorgesehen werden. Die Drehachse ; des Einspritzkopfes kann an den Raum, in welchem Einspritzung vorgesehen ist, in jedem zweckmäßigen Winkel bzw. Verhältnis angesetzt werden. Zum Beispiel, obwohl Einspritzung und daher die Einstellung der Drehachse im allgemeinen ungefähr in Linie mit der Hin-und-Herbewegung eines Motorkolbens vorgesehen ist, kann die ' Drehachse auch vorwiegend rechtwinklig zu der Hin-und-Herbewegung des Kolbens liegen. Wie bereits erwähnt, kann die Drehbewegung des Kopfes kontinuierlich, sporadisch, ruckartig, wechselweise (d.h. wechselweise Drehung in einer Richtung und dann zurück) sein; kontinuierliche Bewegung kann während des Einspritzvorganges und/oder der -drehung stetig oder veränderlich sein. Jede Bewegungsart kann im Verhältnis zu den verschiedenen Motorlaufarten mit veränderlicher Geschwindigkeit und im veränderlichen Winkel erfolgen.
Im weiteren umfaßt die Erfindung sich hin- und herbewegende, zurückziehbare und herausfahrbare und/oder teleskopische Einspritzköpfe. Die hin- und herbewegenden Köpfe können sich innerhalb eines festen Bereiches bzwl im festen Verhältnis zu dem Motorzyklus oder einem Teil davon, wie z.B. der Verdichtungshub und/oder Arbeitshub,
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'bewegen* ■■'·. £?iehaben eine verschiebbar angeordnete Aufnahme für einen Hohlkörper innerhalb oder außerhalb eines Hohlführungsglieds von ähnlicher Bauart oder aber einer Mehrzahl solcher verschiebbaren Glieder, die gruppenweise rundum angeordnet sind, und können fest oder beweglich (z.B. drehbar) in anderen Ebenen liegen.. Die verschiebbaren Glieder können in Seitenansicht gerade oder gebogen sein und einen zweckmäßigen Querschnitt haben, einschließlich Rundform, blattähnliche Form, Kreuzform, Sternform usw. Rückziehbare Anordnung eines Einspritzgerätes kann aus einem oder aus beiden Hauptgründen vorgesehen werden: um eine geregelte Flüssigkeitsmenge zu einem Arbeitsraum zu fördern, welcher von der Einbaustelle des Einspritzgerätes weit entfernt ist, falls die Zyklusbewegungen des Mqtorkörperteiles dies zulassen (z.B. wenn der Kolben zwei/drittel seiner Arbeitsbewegung noch nicht erreicht) oder zum Bilden einer besseren Flüssigkeitsmischung oder -zerstäubung, Flüssigkeit kann durch Löcher in stirnseitigen oder anderen verschiebbaren Gliedern gefördert werden, die mit dem inneren Hphlteil in Verbindung stehen und/oder durch Löcher mit unterr schiedlichem Querschnitt, die verschiedentlich angeordnet sind, in verschiedener Anzahl vorgesehen und/oder verschiedentlich in nebeneinander, verschiebbar angeordneten Gliedern zum Fluchten gebracht sind, so daß aus dem Hohlkern des Gliedes (der Glieder) zum Arbeitsraum vielfache Förderung der Flüssigkeit in einer zweckmäßigen Reihenfolge bewirkt wird. Das verschiebbare oder anderweitig hin- und herlaufende Glied kann zusammen mit einem vorspringenden Teil oder Kopfteil montiert werden, einschließlich der oben beschriebenen. , -.;
Die Hin- und Herbewegung sowie die Drehbewegung kann am Einspritzkopf durch jegliche zweckmäßige Mittel bewirkt werden, wobei diese Bewegungen unabhängig oder beschränkt sein können. Zum Beispiel zeigt Fig. 167 das Glied 803, welches mit dem Einspritzkopf in Verbindung steht und auf einer festen Hülse 804 bzw. einem Nocken mit "Auf-Ab-Profil" drehbar sitzt, so daß auf dieses Glied eine kombinierte Bewegung übertragen werden kann. Wahlweise können zum Einleiten kombinierter Bewegungen Solenoidgruppen eingesetzt werden, die zum Beispiel auch nach dem in 166 dargestellten Prinzip arbeiten. Hin- und Herbewegungen oder In-Aus-Bewegungen können zum Einspritzkopf mit jeglichen geeigneten Mitteln übertragen werden,
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einschließlich den oben erwähnten und/oder mittels Einspritzdruck, indem der Kopfteil z.B. gegen Druckspannung herausgefahren oder herausgeschoben wird. In bevorzugten Ausführungen verursacht ein Druckaufbau das Herausfahren des Einspritzkopfes bei gleichzeitigem Herausspritzen einer kleinen Menge Flüssigkeit durch Einspr.itzöffnungen, wobei der Haupteinspritzvorgang bei viel höheren Drücken " nach Einleiten der Ausziehbewegung erfolgt und dann ein Druckabfall das Abschalten des Einspritzvorganges und den Rücklauf des Kopfes zur Folge hat. Wahlweise kann Herausfahren des Kopfes, zum Beispiel gegen Federspannung, durch den VerbrennungsVorgang selbst bewirkt werden, zum Beispiel wo ein Teil des Einspritzkopfes den Vorverbrennungsraum oder den Verbrennungsraum eines Motors abgrenzt. In solchen Anordnungen bewirkt der Druck der in der Vorkammer bei Zündung expandierenden Gase das "Zurückblasen" bzw. Zurückdrängen des Einspritzkopfes gegen einen anderen Teil, wie z.B. gegen Federwirkung, bis er zu einem anderen Zeitpunkt zurückgleiten kann; dazu gehört auch eine Anordnung, bei welcher das Zurückgleiten des Einspritzkopfes bei Ausgleich des Druckes in der Hauptkammer und in den Vorverbrennungskammern erfolgt.
Soweit dem Anmelder bekannt ist, wird den anderen Einspritzgeräten Flüssigkeit von einem festen Punkt aus zugeführt. Die vorstehende Erfindung sieht das Zuführen der Flüssigkeit aus einem verschiebbaren Punkt vor. Wie im folgenden dargestellt, wird dadurch die Regelung des Verbrennungsvorganges und/oder die Flammenverbreitung in Verbrennungsmotoren verbessert. Dies führt ebenfalls zur gleichmäßigeren Verteilung der Flüssigkeit in der Mischung, was in Verbrennungsmotoren normalerweise zu Leistungssteigerung und/oder Herabsetzung des Kraftstoffverbrauches führt. Es ist vielleicht nicht sofort erkennbar, was für ein Unterschied das Schleudern der Flüssigkeit durch den Arbeitsraum ausmacht. Dieser Punkt kann besser anhand eines Beispiels erklärt werden, wobei ein Gartenschlauch mit fester Flußmenge über eine bestimmte Zeitdauer in einem Punkt gehalten wird. Es bildet sich bald eine Pfütze, während die Umgebung verhältnismäßig trocken bleibt. Bewegt man denselben Schlauch mit fester Flußmenge, dann wird die bespritzte Fläche gleichmäßig übersprüht und es bildet sich keine Pfütze. Ä*hnlieherweise prallt beim Schleudern nur eine kleinere Menge Kraftstoff auf die Kammerwände, Zerstäubung wird verbessert, die Mischung wird gleichmäßiger
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und Verbrennung wird gleichmäßiger und führt zu einer wesentlichen Leistungssteigerung.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist eine Einspritzgerätegruppe, welche den zum Einleiten des Verbrennungsvorganges geeigneten Raum teilweise umgrenzt oder aber einen solchen Raum durch die Art des Einbaus der Einspritzgerätegruppe im Motor abgrenzt. Die Vorkammer kann nur bei Anbau der Einspritzgerätegruppe richtig abgegrenzt werden, wobei Teile dieser Gruppe Teil der Vorkammer bilden. Wahlweise kann das Einspritzgerät neben dem Kopf eine Wand oder Abschirmung haben, welche die Vorkammer bzw. den Vorkammerraum teilweise umschließt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht eine kombinierte Zünd- und Einspritzeinheit vor. Funken- oder Funkenbogenzündung kann an einer elektrischen Brücke über Klemmpunkte an der kombinierten Einheit oder aber zwischen einem Klemmpunkt an der Einheit und einem anderen Klemmpunkt, welcher auf einem anderen Motorglied montiert oder gebildet ist, einschließlich Verbrennungskammer oder Vorkammerwand oder Ventil, Kolben oder Rotorkopf usw. angeordnet werden. Die Klemmstelle(n) an dem kombinierten Einspritzgerät oder der Einspritzeinheit können eine beliebige Form haben, einschl. L-förmiger Glieder, Ringe, einschl. koaxiale Ringe auf der Achse der Einheit und können aus beliebigem, zweckmäßigem, elektrisch leitendem Werkstoff gefertigt werden, einschl. Metallen und Kohlenstoff. Zündung kann nach dem "Kaltfunkenprinzip" oder aber nach den sich jetzt im Entwicklungsstadium befindlichen Prinzipien erfolgen, die einen "heißen" Funkenbogen ausnutzen und einschließlich der als Plasmazündung bezeichneten Systeme, wobei ein Bogen einen Strahl überhitzten Gases durch eine öffnung mit großer Geschwindigkeit ausstößt; dieses Gas wird dann eine brennbare Mischung anzünden. In dem letzteren Fall, wo das Zündsystem in einer kombinierten Zünd- und Einspritzeinheit eingebaut ist, können die .Zündmittel, ob sie in einer einfachen oder vielfachen Form vorhanden sind, neben den Einspritzmitteln montiert werden, oder sie können die Zündmittel koaxial mindestens gegenüber einem Teil der Einspritzmittel, wie z.B. der Nadel, montiert werden. In einer bevorzugten Anordnung ist die kleine Kammer, in welcher die Bogenbildung und das überhitzen der Gase für die Plasmazündung vorkommt, zusätzlich
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mit Kraftstofförderungsmitteln versehen, so daß dieselbe Kammer als Quelle bei Plasmazündung und als Vorkammer dient. In einer weiteren bevorzugten Anordnung dient ein Teil des Zündsystems, wie z.B. die Nadel, als ein Elektrodenende eines Zündsystems einschl., Bogen eines Plasmazündsystems.
Anhand eines Beispiels wird im folgenden sowie mit Hilfe der zugehörigen Abbildungen dargestellt, wie die Merkmale der Erfindung verwirklicht werden können. Fig. 168 zeigt eine Seitenansicht"■■ eines drehbaren Einspritzkörpers, welcher drei gebogene Hohlrohre 811 hat, die den Durchfluß der Flüssigkeit 810 durch das Endloch zulassen. Fig. 169 zeigt eine ähnliche Anordnung, worin mehrere gerade Hohlrohre 812 jeweils mehrere, den Durchfluß der Flüssigkeit zulassende Löcher aufweisen. Fig. 170 zeigt eine Hohlscheibe 813, die sich drehen läßt und deren Innenraum mit den Löchern am Umfang in Verbindung steht, die den Fluß der Flüssigkeit 810 zulassen; Einzelheiten der Lochanordnung sind in Fig. 171 dargestellt, wo die Scheibe einen weiteren Raum 514 hat, welcher koaxial mit der Drehachse angeordnet ist und den Durchfluß einer zweiten Flüssigkeit zulassen kann sowie mittels dem auf dem Tellerventil montierten Schaft 816 schließbar ist. Fig. 172 zeigt einen Schnitt (in Ruhestellung, wenn keine Zündung stattfindet) durch eine Teilscheibe 818, die sich für feste sowie drehbare Anwendung eignet, wo die Scheibe biegsame Wände hat, so daß sie unter Druck die punktiert gezeigte Form (819) annimmt. Die den Austritt der Flüssigkeit zulassenden Löcher 820 stehen mit dem Raum 821 zwischen den Scheibenhälften in Verbindung, wobei zu diesem Raum Flüssigkeit aus Kanälen 822 im Schaft 823 oder aus dem durch das Nadelventil 825 schließbaren mittleren Axialkanal 824 zugeführt werden kann. In einer bevorzugten Ausführung ist die geteilte Scheibe 818 aus einem wärmeleitenden Werkstoff hergestellt, um die Neigung des sich im Raum 821. befindlichen Kraftstoffs zum Zerstäuben, Verdunsten oder Sieden hervorzurufen. In einer bevorzugten Ausführung liefert ein Einspritzgerät in einem Verbrennungsmotor während des Verdichtungshubes kurze, dosierte Schüsse überhitzten Dampfes über den Kanal 824; dabei strömt Kraftstoff ungefähr am o.T. unter Druck durch die Kanäle 822 und verdrängt die Dampf/Wasser-Reste aus dem Raum 821. Darauf folgt evtl. eine weitere kurz zugespritzte Menge überhitzten Druckdampfes, die vorwiegend während des Arbeitshubes zwecks
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Abspülung der Kraftstoff- und/oder Kohlereste und zum Ausüben eines zusätzlichen Drucks auf den Kolben eingeführt wird. Die Spülwirkung trägt zur Verhinderung der Ablagerungen an den Enden der Löcher 820 bei. Fig. 173 zeigt eine Draufsicht eines Einspritzkopfes mit ge'schlauftem Hohlrohr in Halbspiralform> die für drehbare und nicht drehbare Ausführungen geeignet ist und die Flüssigkeit 810 fördert; gegenüber den Einspritzlöchern' gezeigt. Obwohl hin- und herlaufende, drehbare oder auf eine andere Art bewegliche Glieder in Zusammenhang mit der Einspritzkopfeinrichtung bzw. -gruppe beschrieben worden sind/ kann der ganze Körper des Einspritzgerätes einschl. Kopf ebenfalls auf diese Weise beweglich ausgeführt werden.
Die Art des Montierens des drehbaren, hin- und herlaufenden oder verschiebbaren Gliedes ist bekannt und die bestehenden Methoden werden im Aufbau und in der Ausführung der Erfindung zunutze gemacht. In praktisch allen Ausführungsvarianten wird die einzuspritzende Flüssigkeit teilweise als Schmiermittel verwendet. Fig. 174 zeigt einen Schnitt durch einen drehbaren Kopf 827, welcher mittels.einer Schraube an das drehbare Glied 828 befestigt ist; beide sind durch den festen Einspritzkörper 829 aufgenommen, wobei die Lagerflächen 830 durch die Flüssigkeit geschmiert werden, welche aus dem Einspritzraum 831 über den Druckwellen-Sperring 832, zum Beispiel aus Keramikfiber, durchsickert.
Fig. 175 zeigt eine Seitenansicht und Fig. 176 einen Schnitt von oben eines teleskopischen, hin- und herlaufenden "Eidechsenzungen"-Mechanismus einer dreiteiligen Exnspritzkopfgruppe mit blattähnlichem Querschnitt. Fig. 175 zeigt dasselbe in nicht-spritzender Stellung (ununterbrochene Linien) sowie in ganz ausgefahrener Stellung (punktierte Linien). Die meisten Löcher zum Kraftstoffaustritt befinden sich in den langen Enden oder Seiten der blattähnlichen Teile 835, wobei die letzteren gegen die Spannung der gabelförmig gebildeten Blattfedern 833 verlaufen. Weitere Löcher 836 sind so angeordnet, daß sie sich in gewissen Etappen des Herausfahrens der Gruppe miteinander ausrichten.
Fig. 176 zeigt den unteren Teil des Einspritzgerätes, welches am Motorkopf bzw. -block 840 so montiert ist, daß eine Vorkammer 841
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entsteht, die den Zutritt zu der Hauptverbrennungskaitimer 842 bildet. Der Einspritzkopf 843 ist drehbar und hin- und her beweglich, zum Beispiel mittels einer in Fig. 167 dargestellten Einrichtung, und zwar aus der in 844 punktiert gezeigten Stellung, und sitzt in fester Stellung des Einspritzgerätes aus nichtleitendem Werkstoff wie z.B. Keramik, übliche Funkenelektroden sind in 845 gezeigt, während eine wahlweise Einzelelektrode 846 Zündfunken zur Motorwand 847 führt. Abb. 177 zeigt eine kombinierte Einspritz/Zündeinrichtung, wobei ein Teil des Keramikkörpers die Umhüllung 848 bildet, die wiederum die Vorkammer 850 bildet, wo sich der herausfahrbare Kopf 849 befindet; der letztere hat ein mittleres Stirnloch und geregeltes Durchsickern für Flüssigkeitsausspritzung 810, wobei die Plasmazündmittel bei 851 beim Zünden einen Strahl überhitzten
Ä Gases 852 liefern. Die ganze Einspritzeinrichtung in Fig. 177 kann drehbar ausgeführt sein. Fig. 178 zeigt eine ähnliche Anordnung, wo eine stromleitende Umhüllung 848 von dem stromleitenden, teleskopischen Einspritznadelkopf 853 mittels des keramischen Werkstoffs 854 isoliert ist, wobei Zündung mittels Funkenbogen oder Funken zwischen der herausragenden Elektrode 855 in dem Nadelkopf 853 erfolgt. Fig. 179 zeigt einen Einspritzkopf 856 mit drehbarer Scheibe in zurückgefahrener Stellung, in welcher die
j Vorkammer 841 teilweise von der Hauptbrennkammer 842 abgeschirmt ist. Zündmittel sind bei 857 vorgesehen, so daß Zündung in der Kammer 841 Zurückblasen des Einspritzkopfes in die Stellung 858 gegen Federspannung (nicht eingezeichnet) verursachen wird.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Tatsache, daß sich der Einspritzteil des Kopfes bzw. der Einspritzkopf selbst hin- und her bewegen kann und somit ein Kolbenglied bildet. In einer bevorzugten Ausführung wird dieses Merkmal zur Bildung einer Vorkammer mit veränderlichem Rauminhalt, wie beispielsweise in Fig. 176 dargestellt, wo 860 (punktierte Linie) die wahlweisen Stellungen der Einspritzkopfgruppe zeigt. Wahlweise Dichtringe sind bei 861 vorgesehen. Wahlweise kann die; Bewegung des Einspritzkopfes und somit die Größe der Vorkammer veränderlich, und zwar während des Motorlaufes und entweder von Hand oder automatisch, und von Einflußfaktoren wie Temperatur, Anlaßbedingungen, Motordrehzahl und/oder Belastung, Ansaugdruck, Atmosphärendruck, Mischungszusammensetzung, Kraftstoff usw. unabhängig sein. Solche veränderliche Kolben- oder Kopfgruppenkonstruktionen sind in
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Verbindung mit anderen Einrichtungen bekannt und können in beliebiger, zweckmäßiger Form mitverwendet werden. In einer Verwirklichung der Erfindung könnte das Einspritzgerät unter Federspannung in die äußerste Ausfahrstellung gegen einen drehbaren Nocken gedrückt werden, welcher gegen den Untersatz der Einspritzgruppe wirkt.
Jegliche, erfindungsgemäße Einspritzkopfgruppe kann während jeden Einspritzvorganges eine Hin- und Herbewegung ausführen ■'· (um das Schleudern der eingespritzten Flüssigkeit zu bewirken) und der Bereich dieser Hin- und Herbewegung kann entsprechend der Motorbetriebsart variiert werden, z.B. mittels Nocken, die eine Dreh- oder Axialbewegung ausführen können.
GEHÄUSEFORM UND MISCHUNG ABSCHNITT
Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit den verschiedenen Ausführungen der Gehäusewände und beschreibt, wie die Form des Reaktionsraumes in Zusammenhang mit dem Motorblock an die verschiedenen Motortypen bzw. -ausführungen angepaßt werden kann, sowie die Möglichkeiten zum Mitwirken des Reaktorgehäuses bei der Funktion des Ansaugsystems und der Kraftstoffzufuhr zum Motor.
Als Beispiel zeigen:
Fig. 100 Das Prinzip des Herabsetzens des
Gasströmungswiderstandes neben dem Reaktorgehäuse;
Fig. 101 bis 106 Bauart bzw. Bauzustände der Wandkonstruktion mit Vertiefungen und Vorsprüngen;
Fig. 107 und 108 Reaktorgehäuse und Ansauggehäuse;
Fig. 109 Befestigungsteil für Bauteile;
Fig. 110 bis 113 Reaktorgehäuseausführung, für V-Motoren
geeignet;
Fig. 114 bis 121 Mittel zum Wärmebehandeln von Substanzen
wie Kraftstoff, die beim Verbrennen mitwirken;
Fig. 122 Geteilter Reaktor;
Fig. 145 bis 149 Ausführungen des Ansauggehäuses;
Fig. 150 bis 152 Kombinierte Ansaug- und Austrittsgehäusegruppe;
Fig. 153 und 154 Kanalanordnung; Fig. 155 bis 157 Einlaßöffnung mit veränderlichem
Durchmesser;
Fig. 158 und 159 Einlaßventilausführungen; ; Fig. 160 und 161 Motorraumanordnungen; Fig. 162 bis 165 Ausführungen von Gehäuse und Rotor.
Im allgemeinen, wie in Zusammenhang mit den bereits erwähnten Ausführungen beschrieben, ist die Innenfläche des Reaktorgehäuses, d.h. die Fläche, welche den Abgasen ausgesetzt ist, regelmäßig ausgebildet. Je nach der Art des innerhalb des Reaktor verwendeten fadenförmigen Werkstoffs kann diese regelmäßige Form einen Vorteil bieten, indem hier evtl. eine Tendenz zur Festlegung einer Gasströmung 300 auf einem Wege, wo kleinerer Widerstand besteht, herrscht, wie schematisch in Fig. 100 dargestellt, wo 301 das Gehäuse, 302 der Motor, 303 z.B. fadenförmige Wolle und 304 ein Teil mit kleinerem Widerstand zwischen Wolle und Gehäuse ist. Es ergibt sich daraus, daß auf dem Wege, auf dem geringerer Widerstand besteht, zu viele Gase strömen und nicht wie gewünscht durch den fadenförmigen Werkstoff dringen, so daß ein Teil der Gase dem im System vorgesehenen Zusammenwirken der Reaktionen nicht voll ausgesetzt ist. Um diesem normalerweise unerwünschten Zustand entgegenzuwirken, können in der Innenfläche des Gehäuses Vertiefungen und/oder Vorsprünge vorgesehen werden, die das die innenfläche des Gehäuses umströmende Gas stören und möglichst viel Gas zum Kern des fadenförmigen Werkstoffes ablenken sollen. Fig. 101 zeigt eine schematische Darstellung der Innenfläche des Reaktorgehäuses mit einer Reihe evtl. wechselweise angeordneter Vorsprünge; Fig. 102 zeigt den zugehörigen Schnitt durch dieselben. In einem Beispiel werden bei 305 mehrere in Abständen angeordnete Rippen gezeigt; bei 306 sind die Rippen gebogen und ineinandergreifend; bei 308 sind die Rippen untereinander verbunden. Bei 309 sind Warzen bzw. Grübchen gezeigt, während bei 310 ungleichmäßige Vorsprünge in sternförmiger oder kreuzförmiger Ausbildung dargestellt sind. Fig. 103 zeigt in einem Beispiel, wie Befestigungen für den fadenförmigen Werkstoff den gleichmäßigen Gasstrom stören können, wo 311 eine grabenähnliche Vertiefung, 312 ein vorspringender Ring und 313 die oben erwähnten Rippen und Rinnen sind. Die Innen-
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fläche des Gehäuses kann noch gewellt sein, wie schematisch in Fig. 104 und im Teilschnitt in Fig. 105 gezeigt; die letzte Abbildung zeigt eine ähnliche Form, wobei die Wellen nicht kontinuierlich verlaufen, sondern eine Reihe dünenähnlicher Formen bilden. Die Wellen sowie die "Dünen" können im Querschnitt regelmäßig ausgebildet werden, und zwar wie bei 314 dargestellt, oder sie können einen flachen Anstieg haben, v/elcher gegen die zuströmenden Abgase 300 gerichtet ist, sowie einen steilen Abfall auf der Leeseite der Gasströmung bei 315 oder umgekehrt. Fig. -106 zeigt, wie die Rippe 316, welche wahlweise als Aufnahmemittel zum Befestigen des fadenförmigen Werkstoffes dient, die Gasströmung von der Verbindung weg zwischen dem Gehäuse und dem fadenförmigen Kern 317, z.B. in zellenförmiger Ausführung, leitet. Zwischen der Innenfläche des Gehäuses und seiner äußeren Fläche wird ein großer Temperaturunterschied herrschen, da das Gehäuse aus mindestens teilweise isolierendem Werkstoff besteht. Aufgrund der hohen Innentemperatur im Reaktor, welche sich evtl. zwischen 1100 und 12000C bewegt, kann der Temperaturabfall ungenügend groß sein, um eine ausreichend kühle Außenfläche zu erhalten und körperliche Verletzung zu vermeiden. Um diese Gefahr zu beseitigen kann die Oberfläche des Gehäuses mit Schutzrippen wie bei 318 in Fig. 105 oder Warzen wie bei 319 in Fig. 106 versehen werden. Zwischen der eigentlichen Außenfläche und dem Ende des Vorsprunges wird ebenfalls ein Temperaturunterschied vorkommen, an dieser Stelle wird jedoch eine viel kleinere Fläche freigelegt (die zufällig berührt werden kann), wodurch Wärmeaufnahme sowie Brenngefahr beschränkt werden.
Das Reaktorgehäuse kann in Verbindung mit allen oder bestimmten Teilen des Ansaugsystems Verwendung finden, wie anhand eines Beispiels (ein Vierzylindermotor) in Fig. 107 (Querschnitt) und in Fig. 108 (Querschnitt der Verbindungslinie 320 entlang) gezeigt, wo 301 das Hauptreaktorgehäuse darstellt, 321 das Zwischenglied-Reaktorgehäuse und 322 der Abgasaustritt ist? 325 ist der Vergaser, 323 ist der Ansaugkrümmer und 324 der Abriß der AuslaßkanSle. Die oben dargelegten Prinzipien können im Innenreaktor und im Ansauggehäuse von Motorzylinderreihen beliebiger Anordnung bzw. Konstruktion Anwendung finden. Um die Herstellung zu vereinfachen, wird der Reaktor nach Fig. 1.07 in zwei Hauptteilen gebaut; diese sind
so miteinander verbunden, daß der fadenförmige Werkstoff leicht ausgetauscht werden kann. Abdichtung und Unterteilung von derartigen Bauteilen/ obwohl hier nicht gezeigt, kann bei Gehäusen jeglicher Ausführung verwirklicht werden, einschließlich Ausführungen, die nicht in dieser Beschreibung dargestellt sind. Sie können miteinander auf beliebige Weise verbunden werden; lösbare Befestigungsmittel wie Schrauben bzw. Bolzen in zusammenpassenden, hohlen Lastverteilungsrippen (wie in Abschnitt Sechs beschrieben) sind ebenfalls verwendbar. Wahlweise können die Verbindungen durch verteilte oder kontinuierlich verlaufende und mit ihren Rücken aufeinanderpassende L-förmige Glieder 326 verwirklicht werden, wie in Teilschnitt in Fig. 109 dargestellt, wo die Li-förmigen Glieder mittels den untereinander verbundenen Schrauben 327, Muttern 328 und Unterlegscheiben 329 die zwei Bauteile aneinander pressen, wo in einer bevorzugten Ausführung die Anlegeflächen keine ebenen Flächen wie bei 330 haben, um genaue Aufnahme der durch zerdrückbaren Werkstoff 331 getrennten Bestandteile zu gewährleisten. In anderen Ausführungen, besonders in Anwendungen, vio die Lebensdauer des fadenförmigen Werkstof fes gleich der des ganzen Reaktors sein soll, kann es wünschenswert sein, den Reaktor in Form einer abgekapselten Einheit einzubauen, z.B. um zu gewährleistenr daß Werkseinstellungen nicht gestört werden. In einem solchen Fall könnten die verschiedenen Bauteile des Reaktors zweckmäßig zusammengebaut und die Verbindungsstellen mit unlösbarer Bindemasse oder einem Mastixzement abgedichtet werden, die nachträglich in einem Ofen geglüht oder erwärmt oder chemisch behandelt werden können, um die nebeneinander liegenden Flächen zusammenzubinden.
Bei den V8-Motoren können Kosten gespart und bessere Reaktionsbedingungen gebildet werden, wenn Abgase von den beiden Zylinderreihen zu einem gemeinsamen, in mittlerer Lage angeordneten Reaktor 332 abgeführt werden, wie in schematisch dargestelltem Querschnitt in Fig. 110 gezeigt. Bei einem mittleren Abgassammelpunkt z.B. in einem Fahrzeugmotor können evtl. Schwierigkeiten beim Ableiten der Abgase aus dem Fahrzeug entstehen, und zwar wegen Raummangel im Motorraum. In einer bevorzugten Ausführung hat der Reaktor einen oder mehrere gebogene Austritte 333, wie anhand eines Beispiels in Fig. 110 und in Fig. 111 (Draufsicht) und in
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Fig. 112 bei M (Längsschnitt) dargestellt. Die Auslaßkanäle v/erden von einem der zwei Abgasauslässe nicht zu ungleichmäßig verteilt und die Anordnung ermöglicht die Verwendung von einer doppelten Abgasrohr/Schalldämpfer-Anlage unterhalb des Fahrzeuges. Dasselbe Biegeprinzip kann bei einem einzelnen Austritt aus dem Reaktor angewendet werden, wobei die Doppelanordnung von Ventilen und andere Verdoppelungen zweckmäßig eliminiert werden. In einer wahlweisen Anordnung für V-Motoren, insbesondere für lange Zylinderreihen mit vier oder mehr Zylindern kann ein stirnseitiger Abgasaustritt "-zweckmäßiger sein. Sollten Vorteile dadurch erzielt werden, daß bestimmte Gase langer als andere in dem Reaktionsraum verbleiben, so kann innerhalb des Reaktors ein längsweise angeordnetes Gasaustrittsrohr 335 vorgesehen werden, wie schematisch in Fig. 113 gezeigt. Durch sorgfältiges Wählen des Kegels bzw. der konischen Form des Rohres und zweckmäßige Verstellung der Eintrittslöcher 336 könnte ein gleicher Weg der Abgase 300 von dem Kanal durch den fadenförmigen Werkstoff 337 bis zum Austrittsrohr 335 gewährleistet werden. Ein solches Rohr ist ebenfalls in Reaktoren anderer Bauform verwendbar.
Es wird beabsichtigt, in einigen Ausführungen des Reaktorgehäuses und/oder des Austritts Unterstützungsmittel für die Kraftstoffförderung oder die Förderung von mehr als einem Kraftstoff vorzusehen. Keramikwerkstoffe gehören zu den Werkstoffen, die sich für die Gehäusekonstruktion bestens eignen, weil sie ein geringes Wärmeleitvermögen besitzen. Durch genaues Bestimmen der Stärke des Werkstoffes zwischen dem Reaktor und jeglichen Einlassen und/oder Kraftstoffördersystem ist es möglich, die Temperatur des Kraftstoffes und/oder der Abgase im allgemeinen oder an einer bestimmten Stelle festzulegen. Dieses Merkmal kann verschiedenartig zur Unterstützung der Mischungseinführung entweder bei kontinuierlichem Motorlauf oder aber bei bestimmten Betriebsarten ausgenutzt werden. Bei einer Lösung wird Verdampfung des Kraftstoffs durch Wärme der Luftströmung vorgezogen. Anhand eines Beispiels zeigt Fig. 114 einen Querschnitt durch ein Gehäuse 339, wobei zwei Ansaugkrümmer 340 über den Reaktionsraum 338 verlaufen. Zwischen den Krümmern und über dem Reaktionsraum, welcher von den ersten durch eine verhältnismäßig dünne Wand 341 getrennt ist, befindet sich die Verdampfungskammer 342, in welche Kraftstoff durch den Kanal 343
(innerhalb des mit dem Behälter in Verbindung stehenden Gehäuse) durch natürliches Gefälle fließt. Von der Verdampfungskammer führen Kanäle 34 5 zum Krümmer und zwar entweder direkt oder über Hohlnadelgruppen 346 mit mehreren Öffnungen. In Betrieb strömt Kraftstoff zur Verdampfungskammer, wo er durch Berührung mit der geheizten Wand 341 verdampft oder siedet. Aufgrund der beschränkten Größe der Kammer wird Dampf oder Gas durch die Kanäle 345 in der Brennmischung gestoßen. In die Kammer wird eine ausreichende Menge Kraftstoff eintreten und es wird genügend Dampf gebildet, um den Druck aufzubauen, dessen Höhe durch den kleinsten Querschnitt der Kanäle 345 bestimmt wird. Dieser Druck führt zum Drosseln der Einströmung des flüssigen Kraftstoffs, bis nur eine kleine Menge durchströmt, die zum Ersetzen des entweichenden . Dampfes gerade ausreicht und somit den Druck ausgleicht. Dieser Ausgleichszustand ist von der genauen Konstruktion des Kammerraumes, der Bodenfläche und -Temperatur, dem Einströmen des Kraftstoffes durch Gefälle oder der Druckförderung, von der Größe der Kraftstoffeintrittsflache, der Kanalgröße sowie den zugehörigen Zuständen abhängig. Ein solches System könnte Kraftstoff in Mengen zuführen, welche der Gasströmungsmenge und der Betriebsart proportional entsprechen, da es unter Druck arbeitet und Kraftstoffdampf Strömungsgeschwindigkeiten auf Einlaßunterdruck empfindlich sein würden. Die Auswirkung der Gasströmungsgeschwindigkeiten würde die KraftstoffStrömungsgeschwindigkeiten entsprechend der Konstruktion des Kanals und der Nadel 346 zweckmäßig beeinflussen. In einer bevorzugten Ausführung, welche in Fig. 114a (Längsschnitt) und in Fig. 114b (Einzelheit) gezeigt ist, hat die Nadel 345 einen Hohlkern 347, welcher Kraftstoffdampf enthält und seiner Länge entlang und etwa senkrecht verlaufende Kanäle 349 mit kleinem Querschnitt sowie Kanäle 350 mit einem größeren Querschnitt in dem Bereich seines gerundeten, strömungsförmigen Kopfes 351 mit dem Einlaßmischungsstrom 348 in Verbindung steht. In Betrieb würde eine solche Nadel Kraftstoff in Mengen ausspritzen, die etwa im Verhältnis zu den Kanälen 349 des Einlaßunterdrucks und etwa im Verhältnis zu der Gasströmungsgeschwindigkeit durch die Kanäle stehen. Durch sorgfältige Konstruktion der oben beschriebenen und anderen Einzelheiten ist bei der Verwendung von wärmeverdampftem Kraftstoff zweckmäßige Mischungsregelung erreichbar. Die hier beschriebenen grundsätzlichen Prinzipien sind v/ahlweise zur
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Erzeugung der gewünschten Temperatur von anderen Substanzen oder diese aufrechtzuerhalten mit dem Zweck, die Verbrennungsvorgänge wie zum Beispiel in Zusammenhang mit Dampf oder überhitztem Dampf zu regulieren oder unterstützen. Diese Funktionsprinzipien können zum Fördern von einer oder mehreren Substanzen in einen Motor verwendet werden, indem dieses Fördern gleichzeitig oder auf irgendwelche andere Art erfolgt; ihre Verwirklichung erfolgt vorzugsweise bei Verwendung von Werkstoffen mit niedriger. Wärmeleitfähigkeit, die besser zum Aufrechterhalten von Temperaturen und zum Regeln derselben in bestimmten Bereichen je nach der Bestrahlung durch die und dem Abstand von der Wärmequelle eignen. Das obige kann ebenfalls bei Substanzen anwendbar sein, die den Motoren nur bei bestimmten Betriebsarten zugeführt werden.
Im Einlaßquerschnitt des Gehäuses können Dochte angeordnet werden, um in die Mischung Kraftstoff oder andere Substanzen ganz oder teilweise einzuführen. Anhand eines Beispiels zeigt Fig. 115 einen Querschnitt und Fig. 116 einen Längsschnitt durch einen rohrförmigen Docht 352 innerhalb und an der Fläche des Einlaßteiles des Gehäuses 353. Der durch natürliches Gefälle·oder auf eine andere Weise einströmende Kraftstoff füllt die Vertiefungen im Gehäuse, welche den Hauptförderkanal 354 bilden sowie die sekundären Verteilerkanäle oder Nuten 355. Der Docht hat vorzugsweise einen progressiv abnehmenden Durchmesser, um sicherzustellen, daß ein möglichst großer Teil der einströmenden Luft bzw. Gase mit diesem in Berührung kommt und kann entweder nach einem oder beiden der zwei Prinzipien wirken, nämlich, daß entweder die Fasern den Kraftstoff aufnehmen und übertragen oder aber die Kapillarkanäle zum übertragen des Kraftstoffs bilden. In dem ersten Fall kann der Docht innerhalb oder quer durch den Einlaß faserähnliche Verlängerungen haben, zum Beispiel in Form eines Siebs wie bei 356. Im allgemeinen wird der Docht auf Kraftstoff empfindlich sein und diesen im Verhältnis zu den Schwankungen im Unterdruck oder überdruck übertragen. Seine Ansprechempfindlichkeit auf Schwankungen in der Gasdurchflußgeschwindigkeit kann nicht immer auf genaue Verhältnisse bezogen werden und ist zur Ausnutzung weniger geeignet. Sollte bei Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit eine ungenügende Steigerung in Kraftstoffübertragung erreicht werden, so kann der Docht so angeordnet werden, daß die Fasern entgegen der Gasströmungsrichtung gerichtet sind, wie bei 358 gezeigt (Gasrichtung 357), wenn der Motor außer Betrieb
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ist. Zu Beginn der Beschleunigung des Gasflusses v;erden die Fasern progressiv gegen die Vorspannung in eine senkrechte Stellung gedrückt, wie bei 359 in Fig. 118 gezeigt, wodurch eine größere Faserfläche freigelegt und eine größere kraftstoffübertragende Fläche dem Luftstrom ausgesetzt wird. Bei Dochten mit kapillarer Wirkung können umgekehrte Bedingungen zur Auswirkung kommen. Der Docht muß keinen runden Querschnitt haben, sondern er kann, wie beispielsweise in Fig. 119 gezeigt, einen in Segmente geteilten Querschnitt aufweisen. Ähnlicherweise kann er auf der äußeren Seite einer Biegung eine größere Länge haben, wo die Gasströmung intensiver, schneller und wirkungsvoller ist als an der in Fig. 120 bei 360 gezeigten inneren Seite. Wie schematisch in Fig. 121 dargestellt, kann der Docht 361 Kraftstoff an getrennten Stellen übertragen oder aber unterschiedliche und weitgehend nicht-mischbare Kraftstoffe 362 übertragen. Unterschiedliche Dochte können zum übertragen von grundsätzlich nichtmischbaren Substanzen in Zusammenhang miteinander oder nebeneinander innerhalb eines einzigen Motorsystems verwendet werden.
Der Reaktor bildet eine einzige Einheit von dem Motorblock bis zu dem eigentlichen Abgasrohr, ohne Rücksicht darauf, daß sein Raum in Abschnitte unterteilt sein kann, die sozusagen unterschiedliche katalytische Wirkung haben. Der Kaltstartvorgang'ist als wirksame Absperrung des Reaktoraustritts beschrieben worden. Im Gas von Reaktoren, welche einen verhältnismäßig großen Raum haben, kann die Absperrung bei Kaltstart innerhalb des Reaktors erfolgen, wobei der Reaktor selbst unterteilt wird, wie schematisch in Fig. 122 (Querschnitt) gezeigt, wo der vordere Teil 364 und der hintere Teil 365 durch die Sperre separiert sind. (Sperre 363).
Die in diesem und vorangehenden Abschnitten beschriebenen Formen, Inhalt und Konstruktionen des Gehäuses können in beliebiger Kombination und Ausführung verwendet werden, um ein Gehäuse zum Behandeln, Regulieren oder Verarbeiten der einströmenden Mischung auf beliebige Weise zu ermöglichen. Es ist bekannt, daß die Motorleistung und Abgase in einem großen Ausmaß von den verschiedenen beeinflußenden Faktoren wie Temperatur, Wirbelung, Kraftstoffzerstäubung usw. der Mischung abhängig sind. In der Vergangenheit erfolgte Zufuhr der Mischung in rohrförmigen Säulen, welche durch Krümmerrohre geführt waren. Beim Leiten der Mischung du- ch das erfindungsgemäße Gehäuse wird das in den üblichen Krümmersystemen vorkommende Pulsieren
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beseitigt und dadurch ein glatterer Mischungsstrom erzielt, insbesondere bei Änderung der Betriebsart. Wirbelung, Wärmeaustausch/ Kraftstoffzerstäubung, Beseitigung von Kraftstoffkondensation usw. können durch die Verwendung von faser- bzw. fadenförmigen Werkstoffen innerhalb einer die Mischung tragenden Kammer unterstützt werden. Diese Kammer kann ähnlich den in Abschnitt Vier beschriebenen Reaktionsgehäusen ausgebildet werden, wobei ein Teil des Mischungsbehandlungsraumes in den Raum herausragt, welcher normalerweise durch den Zylinderkopf/Motorblock besetzt ist. Einlaßkanäle können bei progressiver Einschränkung des Querschnitts gebildet werden, um zwischen dem Raum und dem Hauptteil des Kanals eine glatte Flüssigkeitsströmung zu erreichen. Fadenförmiger Werkstoff kann an beliebiger Stelle in dem Mischungsbehandlungsraum vorgesehen werden, in bevorzugten Ausführungen befindet er sich jedoch in oder neben dem Einlaßkanal. Der Einlaßkanalbereich, einschließlich dem anschließenden und in den Mischungsbehandlungsraum ragenden Raum, kann Glieder zur Verteilung der Flüssigkeit oder deren Regelung aufweisen, wie zum Beispiel die in Fig. 19-28 dargestellten oder diesen ähnliche Glieder. Aus dem Mischungsbehandlungsraum kann Kraftstoff durch nicht-parallele Wege, wie zum Beispiel in Fig. 17 und 18 weiterströmen. Zwischen dem Mischungsbehandlungsgehäuse und dem Motorkörper können Zwischenglieder vorgesehen werden, wie in Fig. 6 und 14 gezeigt, wo sie v/ahlweise aus einem Isolierstoff hergestellt sind, um die Temperatur der Mischung aufrechtzuerhalten. Bei Verbrennungsmotoren können die erfindungsgemäßen Gehäuse, Konstruktionen, Kanalanordnungen und Gegenstände nur zur Behandlung der Mischung oder zur Behandlung der Abgase oder für beide Zwecke eingesetzt werden. In dem letzteren Fall kann das Mischungsgehäuse gegenüber dem Abgasgehäuse angeordnet werden (wie zum Beispiel in "Querströmungs"-Motoren) oder aber es können beide Gehäuse an einer Seite des Motors nebeneinander entweder getrennt oder in einer kombinierten Anordnung montiert werden.
Der sich aus der Benutzung der Gehäuse zur Abgasbehandlung ergebende Hauptvorteil besteht darin, daß dadurch bessere Voraussetzungen zum Fördern der Kraftstoffmischung zu jedem Zylinder eines Mehrzylindermotors bei glatterer und gleichmäßigerer Strömung gegeben sind. In bevorzugten Ausführungen wird das Gehäuse mit mehreren Einlaßkanälen ii Verbindung stehen, so daß die Förderung des Kraftstoffs vor dem oder
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Kanälen gewährleistet, vorausgesetzt, daß zweckmäßige Wirbelung oder Vermischung stattgefunden hat. Bei Motoren mit einem Vergaser sind solche gleichmäßigen Zustände ähnlicherweise mit Hilfe der Krümmersysteme erreichbar, bei Motoren mit Kraftstoffeinspritzung sind jedoch die optimalen Ausgleichszustände durch Einspritzung in den Mischungsbehandlungsraum erzielbar, entweder durch Verwendung üblicher Einspritzgeräte oder Kraftstoffördersysteme wie in Abschnitten Sieben und Acht beschrieben oder aber mit Hilfe der Hohlnadelgruppen, die in Abschnitt Acht beschrieben worden sind, die jedoch eine Schlaufe oder eine Reihe solcher vorwiegend quer zur Flüssigkeitsströmung verlaufenden Schlaufen bilden. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie am Einlaß schalldämpfend wirkt. Die obige Beschreibung bezieht, sich grundsätzlich auf Verbrennungsmotoren; zweckmäßig kann sie jedoch in Verbindung mit beliebigen Motoren oder Pumpen Verwendung finden.
Anhand eines Beispiels zeigen Fig. 145 bis 151 Gehäusegruppen, die zur Regelung oder Behandlung von Mischungen in Verbrennungsmotoren geeignet sind; die Abbildungen zeigen: Hauptteil des Gehäuses 700, Mischungsbehandlungsraum 701, Strömungsrichtung der Mischung 702, Einlaßkanal 703, Motorkörper bzw. -block 704. Fig. 145 zeigt einen einzelnen Vergaser 705 auf dem Gehäuse 700, in welchem, drahtähnlicher, fadenförmiger Werkstoff 706 unwillkürlich angeordnet ist; in einer wahlweisen Ausführung wird diesem mittels eines in die obere innere Fläche des Gehäuses eingesetzten Dochtes 707 öl zugeführt, welches aus dem Tank 708 mit Schraubdeckel 709 kommt, wo große spiralförmige Elansche 710 angeordnet und mit dem Metallzylinderkopf integral gegossen sind, um Wirbelung im Kanal und schnellen Wärmeübergang vom Kopf zwecks Anwärmen der Mischung herbeizuführen. Fig. 146 zeigt den der Mischung durch Dochtelemente 711 zugeführten Kraftstoff, welcher von den Kanälen/Behältern 712 dem oberen Teil des Gehäuses zuströmt, die wiederum mit der Kraftstoffversorgung über ein.verärderliches Ventil verbunden sind. Bei einer bestimmten Flüssigkeitsströmungsmenge durch 701 erzeugt voller Kraftstoffstrom bei geöffnetem Ventil 713 eine reichere Mischung als bei gedrosselten Dochten und bei geschlossenem Ventil 713. In dieser Anordnung ist es empfehlenswert, in die Verbrennungskammer eine möglichst kalte Mischung einzuführen, und zu diesem Zweck ist zwischen das Hauptgehäuse 700 und den Motor 704 ein Zwischenglied aus wärmeisolierendem Werkstoff vorgesehen. Fig. 147 zeigt ein Einzel-Einspritzgerät, welches Kraftstoff zu dem Raum 707
zuführt; in diesem Fall wird dies mittels zwei drehbaren Scheibendüsen 719 erzielt, welche auf dem Einspritzkörper 715 sitzen und eine stufenlos veränderliche Einspritzung ergeben, wobei die Drehbewegung durch das Gebläse 716 beaufschlagt wird; das letztere sitzt an der Achse 720 vor dem Einspritzgerät in dem abstützenden Teil 717 des Gehäuses, wo der hintere Teil des Einspritzgerätes durch Streben 718 abgestützt ist. Deutlichkeitshalber ist die Förderleitung zum Einspritzgerät nicht gezeigt worden. Zur Filterung der Luft ist ein großer, trompetenförmiger Papierfilter 721 vorgesehen. Wahlweise funktionieren die Drehdüsen bei Unterschiedsdruck, wobei eine derselben bei Ladedruck wirksam ist. Zwischen dem Gehäuse und dem Motor ist fadenförmiger Werkstoff in Form vielfacher Siebschichten 732 angeordnet. Querschnitt in Fig. 148 und Längsschnitt in Fig. 149 zeigen schematische Darstellungen der Hohlnadel 735, der Hohlrohr- : schlaufe 736 oder des Hohlkanals 737 als Fördermittel, die gemäß den in diesem Abschnitt beschriebenen Prinzipien wirken. In dieser Anordnung sind sie in Verbindung mit und gespeist aus den unteren Kraftstoffkanälen 733, die mit dem Kraftstoffventil 734 verbunden sind; die Löcher in den Hohlgliedern befinden sich neben dem bei 738 gezeigten "Sprühstrahl". Die Draufsicht in Fig. 150, der Längsschnitt in Fig. 151 und Querschnitt in Fig. 152 zeigen eine schematische Darstellung eines kombinierten Mischung- und Abgasgehäuses, wobei der Abgasreaktionsraum ist, 723 die Abgaskanäle, 724 Ablenkung der Abgasströmung und 725 Doppelvergaser darstellen. In bekannten Motoren mit einseitig montierten Einlaß- und Auslaßkrümmern befinden sich die Kanäle vorwiegend nebeneinander. In dem erfindungsgemäßen Motor sind die Kanäle weitgehend übereinander angeordnet, wie anhand eines Beispiels in Fig. 152 dargestellt, wo in einem Vierzylindermotor 703 Einlaßkanäle und 726 verdoppelte Auslaßkanäle darstellen. Um die gewünschte Kopftiefe zu erreichen hat der Motor weitgehend nach oben verlaufende Brennkammerwände, wie anhand eines Beispiels in einem schematischen Querschnitt in Fig. 154 dargestellt, wo die Zylinderlaufbuchse 727 an der Dichtung 728 und der Block 729 am Kopf 730 mittels der Dichtung abdichtet. Weiterhin kann die Erfindung in Form eines mittig angeordneten Gehäuses verwirklicht werden, und zwar für V-Motoren, wie bereits beschrieben und in Fig. 110 bis 114 abgebildet; natürlich strömen die Gase entgegengesetzt zu den dargestellten Richtungen. Das Gehäuse kann beliebig geteilt und verbunden werden, einschließlich der in Zusammenhang mit den Abgasreaktionsraumgehäusen
beschriebenen Zusammenbaumethoden. Ein Merkmal der Erfindung ist ein Einlaufhals mit veränderlichem Durchmesser. Dieser kann in beliebigen Motoren Verwendung finden, vorzugsweise bildet er. jedoch eine Eintrittsstelle zum erfindungsgemäßen Gehäuse, insbesondere, wenn das Gehäuse in der Nähe der Eintrittsstelle mit Kraftstoffördermitteln versehen ist, wie zum Beispiel in Fig. 147 gezeigt. Grundsätzlich besteht der veränderliche Hals aus einem gedehnten, elastomerischen Rohr, um welches ein oder mehrere Spannglieder gewunden sind, wobei das Ziehen an deren freiliegenden Enden das Einschränken des Rohrdurchmessers bewirkt. Dies führt zur Erhöhung der Gasdurchströmungsgeschwindigkeit durch den Hals bei einer bestimmten Motordrehzahl und erweist sich besonders vorteilhaft dadurch, daß es bei Leerlauf und bei Bedingungen zwischen Leerlauf und Start die richtige Zerstäubung des Kraftstoffs ergibt. In Fig. (Draufsicht) und Fig. 156 (Querschnitt) wird schematisch ein Hals 739 aus gedehntem Werkstoff gezeigt, welcher innerhalb des Mischungsgehäuses 740 mittels den Klemmringen 741 befestigt und fest in geöffneter Stellung dargestellt ist. Mehrfache Zugglieder 744 aus Nylon (Einzelheit in Fig. 157) sind außen um den biegsamen Hals 739 gewunden und in Schmiermittel 743 in den Führungskanälen 742 geführt; die Enden dieser Zugglieder führen über Umkehrscheiben 745 und sind über die Zylinder mit veränderlichem Durchmesser 746 gewunden; der letztere ist neben dem Hals montiert. In Betrieb bewirkt die Drehung des Zylinders teilweise Drosselung des Halses mittels des Zuggliedes, wodurch der Durchmesser des Halses eingeschränkt wird, wie punktiert in Fig. 155 und 156 dargestellt. Es ist empfehlenswert, den Hals oder die Membrane 739 so anzuordnen, daß sie in geöffneter Stellung aufgrund Dehnung in Richtung 747 unter einem wesentlich größeren Zug als in Richtung 748 steht, da durch diesen Unterschied erreicht wird, daß der Hals geöffnet bleibt.
Es ist bekannt, daß in Brennkraftmaschinen beste Zerstäubung meistens bei Wirbelung erreicht wird. Dies findet bis zu einem bestimmten Ausmaß statt, wenn die Mischung strömt und sich vorwiegend bewegt; und zwar geschieht dies in dem größeren Teil des Mischungsförderungssystems. Es ist höchstunwahrscheinlich, daß dies am geschlossenen Einlaßventil vorkommt. Da beim öffnen des Ventils die Mischung strömt und beim Schließen des Ventils plötzlich aufgehalten wird, wird hinter dem geschloßenen Ventil eine Welle oder eine Reihe von Wellen mit
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steigenden und abfallenden Drücken erzeugt. Obwohl hier unterschiedliche Drücke bestehen, entsteht während dieses Ventilschließens nur geringe Wirbelung oder im allgemeinen unbedeutende Vermischung, und aufgrund der plötzlichen Aufhebung der Vorwärtsbewegung der Mischung kann sich eine kleine Menge Flüssigkeit aus der schwebenden Mischung auf den Flächen absetzen. Um maximale Zerstäubung des Kraftstoffs bei Abfall der Vorwärtsbewegung der Mischung zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß ein biegsamer Mischer oder schwingende Vorsprünge im Kanalbereich, vorzugsweise neben dem Ventil, vorgesehen. Diese Glieder können aus den Ventilen herausragen, welche sich schnell beschleunigen und verlangsamen und somit die Glieder in eine stärkere Schwingbewegung versetzen als es sonst auf den Kanalwänden und Führungen möglich sein würde; Schwingungen entstehen nur in dem Ausmaß, welches durch die stattfindende Verbrennung bestimmt wird. Ausführungen der Mischglieder sind schematisch in Fig. 158 bis 160 (Querschnitte) dargestellt; es zeigen: 750 Einlaßkanal, 751 Motorwand, 752 Einlaßventil, 753 Richtung des Hauptstroms und 754 Schwingungsrichtung. Fig. 158 zeigt eine Reihe blattähnlicher oder blattförmiger Glieder 755, die aus dem Inneren des Ventilkopfes herausragen, sowie drahtähnliche oder rohrförmige Glieder 756, die aus der Fläche der Kanalwand ragen. Fig. 159 zeigt ein Einlaßventil 752, von dessen Schaft die stabähnlichen oder drahtähnlichen Glieder 757 ragen. Diese sind durch Löcher in den Schaft des geheizten Ventils kalt eingesetzt * worden und sitzen mit Festsitz bei ausgeglichener Temperatur. Vorzugsweise werden die Stabenden in eine flache Form gepreßt, um das schwingende Glied schaufelähnlich zu gestalten, wie in 758 dargestellt. Die Vorsprünge müssen nicht gleichmäßig verteilt sein, sondern können im Kanalbereich gruppiert v/erden, wo größtmögliche Vermischung gefördert wird.
Es ist bekannt, daß sich im allgemeinen die Leistung eines Verbrennungsmotors erhöht, wenn der Luftanteil einer Mischung in die Brennkammer bei solchen Drücken eingeführt werden können, die größer als der Umgebungsdruck sind, wobei der letztere normalerweise unter dem atmosphärischen Druck liegt und zwar wegen der Motoränsaugung. Es sind viele Druck- oder kraftbeaufschlagte Mischungsfördersysteme bekannt, einschließlich Ladegebläsesysteme und Vorverdichtung. Bei allen diesen übernimmt der Motor das Verdichten der Lademenge, wobei eine bei Verdichtung der Mischung gewonnene Arbeitsleistung verloren
geht. Erfindungsgemäß werden in Fahrzeugmotoren Mittel zum Erhöhen der Mischungsströmungsdrücke geschaffen, ohne daß dabei Leistung des Motors direkt verloren geht. Dies wird dadurch erreicht, daß die vordere Stirnseite des Fahrzeuges als Einlaßrohr dient, und in dem Motorraum ein regelbarer und/oder teilweise abdichtbarer, unter Druck stehender Mischungsraum gebildet wird. Als Mittel zum Regeln des Druckes im Motorraum kann ein automatisch oder von Hand verstellbares und mit dem Entlüftungskanal in Verbindung stehendes Ventil und/oder eine Abzugseinrichtung vorgesehen werden. Eine", schematische Darstellung einer solchen Anordnung ist in Fig. 160 dargestellt; dies ist ein Querschnitt durch den vorderen Teil eines Fahrzeuges 760, wo 759 die Fahrtrichtung, 761 die Luftströmung in und neben dem Fahrzeug bei Fahrt darstellen. In der dargestellten Anordnung strömt Luft durch den Haupteintritt 762, durch den Ölbadfilter 763, durch den Kühler 764 und in den weitgehend abgedichteten Raum 765, in welchem sich der Motor 766 befindet und wo ein zum Entlüftungskanal 768 führendes Ventil 767 vorgesehen ist. Zusatzluft tritt von dem unteren Vorderteil .769 unter dem Fahrzeug über Schaufeln 770, wodurch Herabsetzung des Druckes unter dem Fahrzeug und Verbesserung der Bodenhaftung erzielt werden. Die Schaufeln können proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit betätigt werden und die bei einer bestimmten Geschwindigkeit nicht in Funktion treten, andererseits aber bei höherer Geschwindigkeit eine erhöhte Wirkung erzielen. Bei einer niedrigen Geschwindigkeit strömt die Hauptluftmenge in den Raum 765 durch den Eintritt 762, während bei einer hohen Geschwindigkeit eine größere Menge Luft über die Schaufeln eintreten würde. Das heißt, daß bei Fahrbedingungen, die nicht ideal sind, die Schaufeln sich zum Schließen neigen würden, wodurch sie gegen Wasser, Steinschlag, Staub usw. geschützt werden; Beschädigungsgefahr durch diese besteht eher bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten. Verstellbare Schaufeln sind in Fig. 161 dargestellt, wo die Schaufelglieder 770 schwenkbar um die Achse 771 in geschlossener Stellung gezeigt sind; die Schaufeln haben am vorderen Rand eine Lippe 772, die in den am Fahrzeug vorbeistreichenden Luftstrom 761 herausragt und in die geschlossene Stellung durch die Feder (Pfeil 773) vorgespannt. Bei Betrieb wird die gleichmäßig steigende Luftgeschwin^ digkeit auf die Lippe 772 wirken und durch überwinden der Federwirkung die Schaufel öffnen. Das Ventilglied 767 kann im Verhältnis zur Fahrzeuggeschwindigkeit auf ähnliche Weise oder durch den Druck
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in der Kammer 765 oder aber durch Zusammenwirken derselben beaufschlagt werden, wie in Fig. 162 dargestellt, wobei Luftströmung 77 4 aus dem Motorraum 765 mittels eines durch den Druck gegen die Federwirkung 776 beeinflußten Schmetterlingventils geregelt wird; Regelung erfolgt ebenfalls mittels des Schmetterlingventils 777, welches durch die Schaufel 778 gegen die Federwirkung 779 beaufschlagt wird, die über ein mechanisches oder ein anderes Gestänge bei Herabsetzung des Übertragungsverhältnisses im Getriebe progressiv erhöht werden kann, wobei sich das Ventil am leichtesten in dem höchsten Gang öffnen läßt. Die Entlüftungseinrichtungen oder Druckentlastungsmaßnahmen können in allen anderweitig konstruierten Motorräumen eingebaut werden; dies umfaßt den Einbau eines fest eingestellten oder regelbar veränderlichen Spaltes zwischen dem Motorraumdeckel 780 und dem Fahrzeug.
Es ist bereits dargelegt worden, daß der Abgasreaktionsraum mit einer Trennwand oder Sperre vorgesehen werden kann, die diesen in Abschnitte unterteilt. Ähnlicherweise kann der Behandlungsraum für die Mischung mit beliebigen Sperren versehen werden, einschließlich der an einer anderen Stelle beschriebenen und in Zusammenhang mit dem Abgasreaktionsraum erläuterten, wobei beliebige Drehglieder oder Gebläse oder Rotor- bzw. Turbinengruppen ebenfalls Verwendung finden können. Wahlweise und zusätzlich kann in einem beliebigen Teil des Abgasreaktionsraumes oder des Einlaßbehandlungsraumes vorgesehen werden, einschließlich dem Bereich an den oder neben den Flüssigkeitseintritts- oder Austrittsstellen. Mittel zum Anbauen von drehbaren Gliedern mit Achsen, die vorwiegend in Linie mit einem Teil des Flüssigkeitsstromes verlaufen, sind bereits bekannt, insbesondere im Turbinenbau, sie betreffen jedoch die erfindungsgemäßen Prinzipien nicht. Bei den in Abgassystemen montierten drehbaren Gliedern sollten daher keine grundsätzlichen, die Konstruktion betreffenden Probleme entstehen, da verschiedene Turbinengruppen in Temperaturbereichen arbeiten müssen, die höchstwahrscheinlich in den erfindungsgemäßen Reaktoren auftreten werden. Fig. 162 zeigt eine schematische Darstellung eines Abgasbehandlungsreaktorraumes 781, welcher ein Gebläse oder ein Schaufelrad 782 enthält, wobei das letzte integral auf der axialen Welle 783 sitzt, die durch einen besonders geformten Aufnähmeteil 784 des Gehäuses 785 ragt und in zv/ei Lagern 786 in einem besonderen Triebgehäuse 787 läuft; das letztere ist von dem Abgasfeaktionsraum durch die Lippen getrennt (Lippen 788), welche die
Dichtungen aus faserähnlicher Keramik 789 zudecken. In bestimmten Ausführungen sind der Rotor und die Welle aus Keramik und andere Teile des Antriebsmechanismus aus Metall hergestellt. Wegen der unterschiedlichen Expansionskoeffizienten der zwei Substanzen empfiehlt es sich, diese auf eine besondere Art in Verbindung miteinander einzubauen.
Anhand eines Beispiels zeigt Fig. 163 eine schematische Darstellung einer keramischen Welle 791, die eine fest montierbare Lagerhülle 790 traägt. Zwischen diesen befindet sich eine zerdrückbare Sperre 792 z.B. aus faserähnlicher Keramik, wobei am Innenrand der Hülle Vorsprünge oder Nuten angeordnet sind, die in die Kerbverzahnung an der Welle 791 eingreifen. Drehbare Glieder können im Gehäuse in beliebiger Anordnung montiert sein. Zum Beispiel zeigt Fig. einen Abgasreaktionsraum 722 mit zwei Läufern bzw. Rotoren 793 auf den Wellen 794 mit Lagern bei 795 sowie einer kombinierten Lager- und Zapfwellengruppe bei 79 6. Abgaskanäle sind bei 723 gezeigt, wobei die Linie des Einlaßkanals bei 797 angedeutet ist. Fig. 165 zeigt ein Mischungsbehandlungsgehäuse mit einem Rotor 798, welcher durch die Welle 794 getrieben wird, die wiederum auf dem Lager 795 und in der kombinierten Lager- und Motorantriebspunktgruppe 799 läuft.
WERKSTOFFE UND HERSTELLUNGSMETHODEN ABSCHNITT NEUN
Es wird vorgeschlagen, zuerst die Werkstoffe zu beschreiben, die sich im allgemeinen für die bei der Erfindung vorkommenden hohen Temperaturen und mechanischen Beanspruchungen eignen und dann auch die Werkstoffe, dieinsbesondere in Fadenform verwendet werden. Zum Schluß werden auch Herstellungsverfahren erläutert, die, soweit dem Erfinder bekannt ist, nicht sehr verbreitet sind und besonders bei der Herstellung der in der Erfindung zur Verwendung kommenden Bestandteile geeignet sind. Die Werkstoffkunde ist sehr kompliziert und ist durch die Erkenntnisse der letzten Jahre weit entwickelt worden; aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, die verschiedenen
Werkstofftypen und -abweichungen, die beim Bau dieser Geräte eingesetzt werden können, nur in Umrissen zu beschreiben. Dasselbe gilt auch, jedoch in einem beschränkten Ausmaß, in bezug auf die Frage der Herstellungsmethoden. Natürlich kann die Erfindung in . beliebiger Ausführung aus jedem zweckmäßigen Werkstoff hergestellt werden, einschließlich den Werkstoffen, die hier nicht erwähnt worden sind sowie jene, die noch erfunden, entdeckt oder in der Zukunft entwickelt werden.
Anhand eines Beispiels wird folgendes gezeigt:
Fig. 123 schematische Darstellung des Verfahrens bei der
Herstellung von faserförmigem Werkstoff; Fig. 124 isostatische Pressmittel.
Die Werkstoffe, die sich zum allgemeinen Einsatz besser eignen,, können in drei Gruppen unterteilt werden: Metalle, keramische Werkstoffe und Glas sowie Riesenmolekülwerkstoffe, die allgemein als Polymere bekannt sind. Allgemein gesagt sind Metalle dehnbar, gegen thermische Einflüsse und mechanische Stöße widerstandsfähig, stark mit abnehmender Stärke bei steigender Temperatur, gegen Abrieb und Korrosion ausreichend widerstandsfähig und in veredelter sowie legierter Form gegen hohe Temperaturen genügend widerstandsfähig, in ihrer ursprünglichen Form jedoch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen hohe Tamperaturen aufweisend. Die zwei weiteren Gruppen bieten nicht so viele Qualitätsvorteile; keramische Werkstoffe und Glas, die im allgemeinen Oxyde oder Zusammensetzungen von Zwischenelementen sind, haben überlegene Eigenschaften in allen Punkten außer Dehnbarkeit, Stoßwiderstandsfähigkeit und Bearbeitbarkeit. Da sie meistens jedoch sehr stark sind, bessere Temperaturbeständigkeit aufweisen und im allgemeinen viel härter und gegen Abreibung/Korrosion widerstandsfähiger als Metalle sind, hat man über die letzten Jahrzehnte mit großem Aufwand versucht, ihre Nachteile zu eliminieren. Es sind neue Herstellungsverfahren entwickelt worden, die Mischungen zwecks Bildung einer größeren Stoßbeständigkeit verbessert und Verstärkungsmittel entwickelt worden. Was die Polymere anbelangt, haben diese Werkstoffe noch nicht die Reib- und Temperaturbeständigkeit oder die Härte und Stärke anderer Werkstoffe, sie werden jedoch bereits zur Verstärkung verwendet und eignen sich ebenfalls als Isolierstoffe. Sie können sich elastomerischer als die anderen beiden Gruppen
/erhalten und sind mit Erfolg für die Herstellung von t^^Ä irfindungsgemäßen Speicherbälge geeignet, wo die Temperaturen 9lie im leaktor zu findenden Höhen nicht erreichen. Polymerwerkstoffe werden ständig weiterentwickelt; sie sind künstlich erzeugt und fast nie in ier Natur zu finden; es ist daher zu erwarten, daß in der Zukunft lurch Polymerisieren von Metallen wie Aluminium (neben dem Silizium Ln der Atomtabelle) sowie einigen keramischen Oxyden Super-Werkstoffe äntwickelt werden. Verschiedene Zusammensetzungen können keiner oestimmten Gruppe zugeteilt werden und liegen dazwischen.
Die geeignetsten Metalle sind die sogenannten "Superlegierungen", Legierungen auf Nickelbasis, Chrom und/oder Kobalt mit härtenden Zusatzelementen einschl. Aluminium und feuerfesten Metallen wie Tantalum, Wolfram, Niobium und Molybdän. Diese Super-Legierungen riaben eine Tendenz zur Bildung von Oxydfilmen bei Temperaturen von über 700 C und sind bei Umgebungstemperaturen von ca. 1100 C in ainem guten Maße korrosionsbeständig. Als Beispiel werden wie Nimonic- und Iconel-Legierungen mit Schmelztemperaturen von ca. 13000C - 15000C genannt. Verschiedene Sonderstahlsorten können auch bei niedrigeren Temperaturbereichen bis zu ca. 900 C Verwendung finden. Alle können durch keramische Stoffe, Kohlenstoffasern oder Metallfasern wie Molybdän-, Beryllium- oder Wolframfaser oder wolframplattierten Kobalt, wahlweise durch Palladiumchlorid aktiviert, verstärkt werden. Zusätzlich, und besonders v/enn oxydierende Verstärkung durch das Gefüge nicht ausreichend geschützt wird, kann das Metall oberflächengehärtet sein. Nichtmetallische Fasern oder Härchen (vielmals in Form einzelner Kristallt gebildet) wie z.B. Saphir-Aluminiumoxyd), Aluminiumoxyde, Asbest, Graphit, Bor oder Boride und andere keramische Werkstoffe oder Glasstoffe können ebenfalls zur Verstärkung verwendet werden; dasselbe gilt für verschiedene biegsame keramische Fasern. Heute sind viele Fiber/Faser stoffe zu kostspielig, um sie in der Erfindung einsetzen zu können, eine starke Preissenkung ist hier jedoch zu vermerken. Metalle einschließlich die in fadenförmiger Form verwendeten können mit keramischem Werkstoff im Dampfabscheidungsverfahren beschichtet werden.
Wegen ihrer größeren Härte und größeren Temperaturbeständigkeit eignen sich keramische Werkstoffe bestens für Anwendungen, wo mechanische Stöße und Wärmebelastungen keine kritischen Bereiche erreichen. Erfindungsgemäß eignen sie sich besonders zur Herstellung von Gehäusen, Zwischengliedern und Kanalauskleidungen, und zwar wegen ihrer
niedrigen Wärmeleitfähigkeit. Zu den geeigneten Werkstoffen gehören keramische Werkstoffe wie Aluminium-Silikate, Magnesit, Cordierit, Olivine, Fosterit, Graphit, Siliziumnitrid; Glaskeramikwerkstoffe wie zum Beispiel Lithium, Aluminiumsilikat, Kordierit-Glaskeramik, "geschrumpfte" Glaswerkstoffe wie Borsilikate und Zusammensetzungen wie Sialone, feuerbeständige Boride, Borkarbid, Borsilizidverbindungen Borintrid usw. Bei erforderlicher Wärmeleitfähigkeit sind Berylliumoxyde und Siliziumkarbide verwendbar. Diese Keramikwerkstoffe oder Glaswerkstoffe können Fibern oder Fasern mit Verstärkung durch dieselben Werkstoffe wie Metalle, einschl. Kohlenstoffaser, Borfaser sein, wobei Aluminiumfasern vom praktischen Standpunkt aus eine gute Lösung bieten, und zwar insbesondere in einer hochtonerdehaltigen Struktur (mit gleicher Wärmedehnung), da sich ihr Preis nunmehr zu senken beginnt. Es ist Tatsache, daß hochtonerdehaltige keramische Werkstoffe, die im allgemeinen als die am besten geeigneten und in der Erfindung allgemein verwendbaren betrachtet werden können. Keramische Werkstoffe oder Glas, die allgemein im erfindungsgemäßen Gegenstand Verwendung finden, können für bestimmte Verwendungszwecke oberflächengehärtet werden; dies gilt ebenfalls bei Metallen und verschiedenen falls auch bei Verwendung ähnlicher Metalle, einschl. Metallboride wie Titan, Zirkon und Chrom, Silizium usw.
Der fadenförmige Werkstoff kann aus Metallen hergestellt und vorzugsweise poliert und gerundet werden, um ihn gegen übermäßige Korrosion zu schützen; dieser fadenförmige Werkstoff kann aber auch aus keramischem Werkstoff oder aus Glas hergestellt werden. Andere Werkstoffe, die u.U. besonders vorteilhaft oder geeignet sein können, sobald sie kommerziell erhältlich sind, sind Borfaser, entweder aus reinem Bor oder Zusammensetzungen oder Verbindungen wie Borsilika, Borkarbid, Bor-Wolfram, Titan-Diborid-Wolfram usw. Dieser Werkstoff, insbesondere wenn es sich um einen keramischen Werkstoff handelt, kann leicht und zweckmäßig in Wollform oder in Faserform vorgesehen werden; heutzutage werden verschiedenartige Wollstoffe oder Filzstoffe kommerziell hergestellt, die normalerweise aus Aluminiumsilikat bestehen und ohne weiteres zur Verwendung im erfindungsgemäßen Gegenstand angepaßt werden können. Solche Keramikwolle könnte ebenfalls als Bindestoff verwendet werden und zwar entweder selbst oder als Trägerstruktur für elastomerischere Werkstoffe, wie zum Beispiel Polymerharz. Der Werkstoff kann entweder eine katalytische Wirkung
haben wie bei verschiedenen Metallen, oder mit einem auf dem Grundstoff wie Keramik angebrachten oder durch Beschichtung aufgetragenen Katalysator versehen werden. Die zum Auftragen von Katalysatoren auf Keramik angewendeten Verfahren sind äußerst kompliziert und werden meistens geheimgehalten bzw. sie sind durch Patente geschützt, jedoch teilweise bekannt und werden zum Beispiel von verschiedenen Herstellern beim Auftragen von Katalysatoren auf Substrate kommerziell angewendet, und beziehen sich nicht direkt auf den patentgemäßen Gegenstand.
Für bewegliche Teile sind hochtemperaturbeständige Schmiermittel erforderlich; zu diesen gehören evtl.: Bornitrid, Graphit, Silizium-Flüssigkeiten und Schmierfette, Molybdänzusammensetzungen usw. Polymere können evtl. für indirekte mechanische Anwendungen eingesetzt werden. Die Eignung von Silizium in Gummiform für die dehnbaren Bälge des Speichers gemäß der Erfindung ist bereits erwähnt worden und kann ebenfalls in strukturell harter, harzförmiger Form Verwendung finden. Zu den geeigneten Harzen gehören Harze aus der Phenolfamilie (z.B. Polytetrafluoräthylen) und Bor mit Epoxyharzinhalt. Zu v/eiteren geeigneten Polymeren gehören zum Beispiel Borane wie Dekaborane,· Silizium mit un-Karboran und andere Silizium-Bor-Gruppen. Diese Polymere können durch jegliche zweckmäßige Härchen oder Fasern verstärkt werden, einschließlich die oben erwähnten.
Wolle, insbesondere aus Keramikstoff wird vielmals im Strangpressverfahren oder durch Herausspritzen dünner Strahlen geschmolzener Stoffe in einem Kaltbad, normalerweise einem Flüssigkeitsbad hergestellt; dieses Verfahren ist bereits als Flüssigkeitskollisionsverfahren erwähnt worden, wo große Kraft und schnelles Abkühlen bei Berührung mit der Flüssigkeit erforderlich sind. In einer bevorzugten Ausführung wird flüssiger Stoff durch kleine öffnungen herausgepreßt, die evtl. ähnlich den Abgaskanälen angeordnet sind; sodann tritt dieser herausgepreßte Stoff in einen abgegrenzten, kalte Flüssigkeit enthaltenden Raum, der eine Form hat, welche der Form des Reaktorgehäuses entspricht, wobei die sich abkühlende Flüssigkeit zu einer Wollmasse wird, die im allgemeinen die in das Reaktorgehäuse passende Form annimmt. Werden die Wollfäden oder die Fasern übermässig linear geformt, so kann die Kühlflüssigkeit zum Beispiel in einer irregulären Bewegung aufgerührt werden, insbesondere mittels eines Turbinenrades,
welche die Flüssigkeit in den Behälter durch eine dem Abgasaustritt entsprechende Öffnung unter Druck fördert. Fig. 123 zeigt eine solche Anordnung in schematischer Darstellung, wo der verschmolzene Stoff 370 unter Druck durch die kleinen Öffnungen 371 in den Behälter 372 eingespritzt wird, in welchem sich kalte und durch die Schaufelräder 374 gerührte Flüssigkeit 373 befindet; die sich dabei bildenden Fasern sind mit 375 gekennzeichnet.
Die komplexen Formen, welche der fadenförmige Stoff annehmen kann, können in einem umgekehrten Verfahren hergestellt werden, wo die Formen der gewünschten Durchgänge aus Werkstoff A gebildet werden, um welche dann der fadenförmige Werkstoff B geformt wird. Sodann wird Werkstoff A gelöst oder in einer geeigneten Substanz wie z.B. Säure oder Wasser ausgelaugt, wobei nur Werkstoff B in der gewünschten Form bleibt. Solche Verfahren sind bekannt und für die Herstellung von Gegenständen aus keramischen Stoffen angepaßt.
Die Stoffe können in jedem heute bekannten Verfahren geformt werden, einschl. Schlupfformen, Pressformen, Pressen, Stanzen, Sintern, Stangpressen usw. Insbesondere das isostatische Pulverpressverfahren eignet sich u.a. zur Bildung der evtl. komplexen Formen der Reaktorgehäuse aus Keramikstoffen, vorausgesetzt, daß ein genügend hoher Hydraulikdruck für die verhältnismäßig großen Abmessungen dieser Gegenstände zur Verfügung steht. Normalerweise wird bei diesem Verfahren ein Dorn verwendet, welcher entsprechend der gewünschten Form genau bearbeitet werden kann. Sollten wegen der Innenform Schwierigkeiten bei Abziehen des Gegenstandes von dem Dorn entstehen, so kann der letztere ein elastomerisches Gehäuse mit praktisch unzusaitimendrückbarem flüssigen Stoff wie Flüssigkeit oder Pulver oder Körnchen gefüllt werden, die nach dem Formprozess entfernt werden und der Dorn dann nach innen zurückfallen kann. Fig. 124 zeigt eine schematische Darstellung (Querschnitt) einer solchen Anordnung; folgendes wird gezeigt: Untersatzplatte 375, zurückfallender Elastomer-Dom 376 mit Sandfüllung 377; die umgebende Flüssigkeit 378 überträgt einen Druck über die dehnbare äußere Membran 379 auf das Pulver, wodurch der gewünschte Gegenstand gebildet wird. Beim Formen wird der Dorn mit Sand über den abschließbaren Durchgang gefüllt; die Druckmembran 379 sitzt über dem Untersatz und Pulver wird in den Raum zwischen der Membran und dem Dorn durch abschließbare Durchgänge 382 vorzugsweise unter Druck eingeführt, damit dieser
Raum zweckmäßig gefüllt werden kann. Sodann wird die ganze Gruppe in eine Flüssigkeit eingesetzt, die anschließend heftigem Druck ausgesetzt wird; dabei erfolgt Übertragung des Druckes zwecks Zusammendrücken des Pulvers mittels der Membrane 381. Der Druck wird u.U. durch eine Explosion oder Detonation erzeugt. Nach dem Pressen wird die Membrane entfernt, der Sand 3 77 aus dem Dorn entfernt, der Dorn selbst zusammengefaltet bzw. zurückgezogen, z.B. mittels Unterdruck, welcher durch die Öffnungen 381 eingeführt werden kann; abschließend kann der Gegenstand abgenommen werden'. U.U. muß die Oberfläche bearbeitet werden, um das gewünschte Profil zu erreichen und zwar wegen möglicher Ungenauigkeit der Herstellung. Die Form des äußeren Gehäuses und genaue, gleichmäßige Verteilung des Pulvers 380 kann vor dem Pressen selbst auf folgende Weise beeinflußt werden: die äußere, elastische Membrane kann eine Wand mit zweckmäßigen Verstärkungen in verschiedenen Bereichen heben, so daß beim Füllen mit Pulver unter Druck und dabei nicht zu vermeidender Dehnung die dünneren (und daher schwächeren) Bereiche weiter als die stärkeren expandieren und dadurch die entsprechenden Vorsprünge des zu formenden Gegenstandes bilden. Durch genaue Regelung der Dehnung in den verschiedenen Bereichen der äußeren Membrane, und zwar so, daß die Stärke der verschiedenen Bereiche in einem bestimmten bzw. zweckmäßigen Verhältnis zueinander stehen, durch Anordnung von Verstärkungsrippen an der Außenseite usw. sowie durch Einführung der genauen Menge Pulver und Ausüben des genauen Druckes kann die Form des gewünschten Gegenstandes so genau gepreßt werden, daß keine Fläche nachträglicher Bearbeitung bedarf. Eben vor dem Pressen der gefüllten Einrichtung kann diese gerührt oder Schwingungen ausgesetzt v/erden, um gleichmäßige Verteilung des Pulvers 380 bei gleichmäßigem Druck zu gewährleisten. Die Beschreibung bezieht sich hier auf ein nicht zerdrückbares Innenglied, wahlweise kann jedoch auch die äußere Form nicht zerdrückbar sein, während innen eine Membrane mit angrenzender Arbeitsflüssigkeit angeordnet ist.
WIDERGEWINNUNG DER KRAFT ' ABSCHNITT
Es ist dargestellt worden, daß sich die Erfindung mit Mitteln zur Behandlung der Gase und deren Entgiftung gemäß einer hohen Norm
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beschäftigt und daß dabei keine energieaufbrauchenden Einrichtungen verwendet werden, die bei anderen Systemen unerläßlich sind. Solche Einrichtungen umfassen Verstellung des stoichiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses, Änderung der Funkeinstellung und Ventilsteuerung aus den optimalen Werten, Einbau von Abgasumlaufsystemen und Zusatzluft usw. Abgesehen von den normalen Zuständen der Erfindung kann die Erfindung erfolgreich zur Erzeugung besonders glatter Gasströmungen verwendet werden, die bestimmt den bei den meisten wahlweisen Abgasentgiftungssystemen erzeugten überlegen ist; in bestimmten verbesserten Ausführungen ist die Erfindung viel leistungsfähiger als Abgassysteme ohne Entgiftung. Des weiteren sind hier Kaltstartmittel beschrieben worden, welche durch zweckmäßige Aufbewahrung und Ausnutzung der von der Verbrennung stammenden Wärme wahlweise und kraftaufbrauchende Kaltstarteinrichtungen wie elektrische Heizgeräte, starke Anreicherung des Kraftstoffs, große Luftmengen usw. erfolgreich ersetzt bzw. eliminiert. Wie bereits in Abschnitt Eins erwähnt, besteht einer der wichtigen Vorteile darin, daß die Erfindung außerordentlich gute Möglichkeiten zur Kraftstoffersparnis bietet.
Die erfindungsgemäßen Prinzipien beziehen sich ebenfalls auf weitere wichtige Kraftstoffersparnxsse, indem aus der Verbrennung einer bestimmten Kraftstoffmenge und/oder durch den Einbau von Kraftspeichereinrichtungen in Energie-Akkumulatorenform zum Ausgleich der Brems/Beschleunigungs-Bedingungen der meisten Fahrzeug-Betriebsarten zusätzliche mechanische Arbeit gewonnen wird. In einer solchen Lösung wird die Umgebungstemperatur in dem Reaktor weit über den 95O°-12OO°C Bereich hinaus erhöht, wobei durch eine wesentliche Erhöhung der Temperatur im Brennraum die gewünschte Reaktion noch weiter unterstütz wird und somit eine Verbesserung des Wärmewirkungsgrades des Motors herbeiführt. Eine weitere Lösung bezieht sich auf das Ableiten der Wärme aus dem Bereich des hinteren Teiles des Reaktors oder aber mindestens aus dem nebenliegenden Bereich, um diese dann für weitere Arbeit auszunutzen. Weiterhin kann die Erfindung in Zusammenhang mit Mitteln zum Umwandeln der Abgasströmung in mechanische Kraft eingeset'-werden.
Um die Reaktortemperatur zwecks Unterstützung der gewünschten Abgasreaktionen sowie die Umgebungstemperaturen in dem Brennraum zwecks
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Erhöhung der thermodynamischen Wirkung zu erhöhen, wird hier vorgeschlagen, daß die normale Kühlanlagen, die bei einem für kontinuierlichen Lauf bestimmten Motor Verwendung finden, ausgelassen werden, d.h. die Mittel zum Zerstreuen der im Brennraum erzeugten Wärme mittels einer durch die Blockmäntel bis zum Wärmeaustauscher gepumpten Flüssigkeit sowie die Mittel zum Kühlen mittels Rippen , und dem normalerweise zugehörigen Lüfter nicht mehr zu verwenden. Es besteht die Absicht, einen Motor zu schaffen, welcher kontinuierlich in ungekühltem Zustand laufen kann, so daß er zum Beispiel zum Treiben eines Stromaggregates, leichter Fahrzeuge und Nutzfahrzeuge, schwerer Nutzfahrzeuge, Lokomotiven, Boote einschließlich Supertanker usw. eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck werden in dem ungekühlten Motor die Verbrennungszyklen zunutze gemacht, obwohl das erfindungsgemäße Prinzip auch in Motoren angewendet werden kann, welche in.Rankine- oder Stirling-Zyklen laufen.
In einem üblichen Verbrennungsmotor bewirkt das plötzliche Verbrennen der Mischung in einem beschränkten Raum Dehnung und Wärme. Das Dehnen der Gase treibt den Kolben und anschließend den Motor an, während die dabei erzeugte Wärme, praktisch ganz ünausgenutzt wird und sogar als unerwünscht betrachtet wird, weil es angestrebt wird, diese Wärme möglichst wirksam mittels Ableitungen durch Zylinderwände und den Kopf zum Kühlsystem abzuführen. Andere Wärmeanteile werden durch die Schmieranlage abgeleitet und häufig über ölkühler, Wannenkühlrippen usw. abgeführt.
Nehmen wir zum Beispiel an, daß in einem bestimmten wassergekühlten Motor die beim Verbrennen erzeugte Energie wie folgt umgewandelt und zerstreut wird: 32% in den Arbeitshub am Kolben, 28% durch Kühlwasser abgeführt und 40% durch Abgase und allgemeine Wärmestrahlung verloren. Falls Wärmeverluste zum Wassermantel eliminiert werden können, so wird theoretisch 5% bis 6% der Energie zusätzlich in Arbeit am Kolben umgewandelt, so daß sich die Gesamtprpzentzahl der in Arbeit umgewandelten Energie um 4% (dabei werden die Verluste durch die Erhöhung der spezifischen Wärme und Dissoziation bei höheren Temperaturen berücksichtigt) auf ca. 36% erhöht; dies gleicht einer Leistungssteigerung um 12 1/2 %. Durch Beseitigung von mechanischen Verlusten in der Kühlanlage ist eine weitere Erhöhung des ursprünglichen Wertes um 4 - 6% zu erwarten, so daß eine Gesamt-
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Kraftersparnis im Bereich von ca. 16 - 19% erreichbar ist. Da Wasserwärmeverluste bei einer Ersparnis von 4% aus dem Gesamtwert von 28% beseitigt werden konnten, so kann die restliche Wärme von 24% nur durch die Abgase und allgemeine Strahlung abgeführt werden; Steigerung dieses Wertes von 40% auf 64% stellt eine Steigerung von 60% dar. Falls allgemeine Strahlung auf ähnliche Weise wie in bezug auf Wasserwärmeverluste beschrieben eliminiert werden kann und diese Herabsetzung einen Wert von z.B. 10% aus den ursprünglichen 40% ausmacht (Gesaratwert mit Abgas), dann wird ein Teil dieser ersparten Wärme in Arbeit umgewandelt und zur Erhöhung des ursprünglichen Leistungswertes um 5% führen, wobei die restliche Energie von 8% durch Abgase abgeführt würde. Es ergibt sich aus diesen Werten, daß in einem ungekühlten Motor die Leistungswerte um zwischen 12 und 25% erhöht werden könnten; dabei würde sich die durch Abgase abgeführte Wärmemenge um 40% - 80% erhöhen. Bei Berücksichtigung der verschiedenen Faktoren kann man annehmen, daß die Abgastemperaturen am Kanal von den üblichen 85O°C - 11000C bis auf den Bereich von ca. 10000C und 1500° steigen werden und man kann sich vorstellen, daß die Temperatur innerhalb des erfindungsgemäßen Reaktors zwischen 1100°C und 1600 C liegt. Falls nur die am Wassermantel vorkommenden Wärmeverluste eliminiert werden könnten, so würden die Temperaturen im Kanal ca. 950° - 1400°C betragen bei gleichzeitigen Temperaturen von 1050°C -^ 1500°C im Reaktor. Die Wandtemperatur im Brennraum würde höher liegen * als in bekannten Motoren; d.h. sie würde von ca. 150 - 300°C bis auf ca. 250 - 45O°C steigen. Ein ungekühlter Motor würde daher nicht unbedingt ganz aus bekannten bzw. üblichen Werkstoffen gebaut werden und evtl. wahlweise Ausführungen sind unten beschrieben. Es ist darauf zu achten, daß eine vorgeschlagene Leistungssteigerung von 12% bis 25% ohne zusätzlichem Kraftstoffverbrauch (zusätzlicher Kraftstoff ist nicht erforderlich) eine besonders vorteilhafte Ersparnis darstellt, besonders bei heutiger Energiekrise. Wenn man noch eine Fehlertoleranz berücksichtigt und eine Kraftstoffersparnis von rund 10% annimmt (eine gewisse Kraftmenge wird für gewisse Motorfunktionen gebraucht, daher ergibt sich eher eine Kraftstoffersparnis als Leistungssteigerung), dann kann sich auch diese Ersparnis kritisch auf den Gesamtölbedarf und politische Entscheidungen eines weitgehend motorisierten Staates wie die USA auswirken.
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Anhand eines Beispiels zeigen:
Fig. 1 37 - 139
Fig. 1 40
Fig. 1 41 u. 142
Fig. 1 43
Fig. 123 - 134 Anordnung, Zustände und Einzelheiten eines
ungekühlten Motors
Fig. 135 Verwendung eines Wärmeaustauschers innerhalb
des Reaktors
Fig. 136 Verbindung zwischen zwei miteinander
verbundenen Motoren
Gestänge und Kurbelwellenabschnitte Anordnung eines Mehrfachmotors Schematische Darstellung der Mitwirkung von zwei Motorzyklen in einer Kolben- und Kammergruppe
Schematische Darstellung der Wärmeaustauschmittel in einer Turbinenmotorgruppe.
Der ungekühlte Motor kann aus Bauteilen bestehen, die aus beliebigen, für die Umgebung an der Einbaustelle geeigneten Werkstoffen gefertigt sind. In einer bevorzugten Ausführung werden Wärmeverluste durch Weglassen der üblichen Kühlanlage und Verwendung von Werkstoffen (bein Bau von Motor/Zylinderblock) die mindestens teilweise Wärmeisoliereigenschaften haben, wie z.B. keramische Werkstoffe, verhindert. Versionen des letzteren Werkstoffes gehören zu den wenigen, die gegen die Umgebungstemperaturen beständig sind, welche in verschiedenen Teilen des ungekühlten Motors entstehen, wie zum Beispiel im Bereich des Abgas- bzw. Austrittskanals. Wie bereits im vorangehenden Abschnitt erwähnt, sind keramische Werkstoffe im allgemeinen hart und gegen Reibung beständiger als Metalle und können u.U. mechanisch noch widerstandsfähiger sein, insbesondere, wenn sie verstärkt sind. Gemäß den heutigen Normen ist es durchaus möglich, praktisch alle Bestandteile des Motors aus keramischen Werkstoffen herzustellen, einschließlich Teilen wie Hauptlager, Pleuelstangen usw. In einer praktischeren Ausführung jedoch werden die beweglichen Teile aus Metall gefertigt und mit der Ausnahme von vielleicht Ventilen den üblichen, heutigen Konstruktionsnormen entsprechend. Fig. 132 zeigt anhand eines Beispiels einen Querschnitt durch einen ungekühlten Motor mit Motorblock 400 aus keramischem Werkstoff, einen Zylinderblock 401 aus keramischem Werkstoff, Nockenwelle 402, Ventil 403, Kanal 404, Nockendeckel 405, Wannendeckel 406, Vergaser 407, Kurbelwelle 408, Pleuelstange 4O9, Kolben 410 und
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Brennraum 411. Alle beweglichen Teile bestehen aus Metall, mit Ausnahme des keramischen Auslaßkanals, des Sitzes, dessen Einzelheiten in'Fig. 133 dargestellt sind, und wo das Ventil 403 an der zusammendrückbaren Dichtung 412 abgestützt ist und wahlweise durch den Kanal 413 im Zylinderblock 401 geschmiert wird. Fig. 134 zeigt eine wahlweise Ausführung, wobei das Ventil 403 am Ring 414 und verschiebbar in der Nute 415 sitzt, wo zwischen dem Ring und dem Nutenboden 416 ein zusammendrückbares Kissen 417 angeordnet ist und über den wahlweisen Kanal 413 geschmiert wird, wobei das Kissen den Ring etwas nach außen drückt, wenn das Ventil angehoben wird. Falls nötig, kann der zusammendrückbare Werkstoff an den Nutenboden und/ oder das Ringglied befestigt werden, um das letztere besser am Verlassen der Nute zu hindern. Das zusammendrückbare Glied kann aus Keramikfaser gefertigt werden und dient stoßdämpfend beim Schließen des Ventils, da keramischer Werkstoff nicht so nachgiebig und gegen bestimmte mechanische Stöße nicht wie Metalle beständig ist. Der Kolben besteht vorzugsweise aus einer wärmebeständigen Legierung wie zum Beispiel Nickel-Chrom und hat keramische Kolbenringe, um zu gewährleisten, daß die Gegenflächen entsprechende Reibungskoeffiziente haben. Die Rippen unten am Kolben unterstützen gewissermaßen die Kühlung des Kurbelwellenraumes, welcher teilweise beim Durchfließen durch die ölwanne gekühlt werden kann. Gleicherweise könnte der Kolben auch aus einem keramischen Werkstoff oder einem anderen nichtmetallischen Stoff hergestellt werden. Zur Schmierung ist eine beliebige, geeignete Substanz verwendbar, einschließlich die in Abschnitt Neun erwähnten Mittel. Sollten die Schmiermittel Teilchen von z.B. Keramik leicht mitreißen können, die weichere Metallagerflachen beschädigen könnten, so können hier Metall-Kolbenringe Verwendung finden, um sicherzustellen, daß bei Abreibung nur Pulverteilchen entstehen, die von dem weicheren Werkstoff (in diesem Fall Metall) stammen. Ein solcher Motor würde wesentlich leichter sein als ein'aus üblichen Werkstoffen gebauter, insbesondere, wenn leichte, hochtonerdehaltige Keramikwerkstoffe verwendet werden. Wenn man noch den Ausfall der mechanischem Teile der Kühlanlage sowie der Flüssigkeit berücksichtigt, so liegt es auf der Hand, daß die Herabsetzung des Gesamtgewichtes noch weiter zur Kraftstoffersparnis beiträgt, wenn ein Fahrzeug durch einen ungekühlten Motor angetrieben wird. Die Konstruktion von Motorblöcken mindestens teilweise aus Isolierstoffen würde zur Schalldämpfung wesentlich beitragen; dies gilt .
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ebenfalls für Schwingungen. Dadurch ergeben sich noch weitere Vorteile nach dem Standpunkt der Umwelt. Keramische Werkstoffe sind im Vorwort zu den Patentansprüchen definiert und die Ausführungen in Abschnitt Neun beschrieben. Dichtungen zwischen keramischen Bestandteilen können aus keramischen Werkstoffen wie zum Beispiel Asbestschicht. :
Motor/Zylinderblock-Konstruktionen aus keramischen Werkstoffen ergeben verschiedene Vorteile. Kanäle und Kammern zum Fördern bzw. Übertragen von Substanzen wie Kraftstoff, Luft, Dampf, Wasser usw. können innerhalb des (der) Blocks (Blöcke) vorgesehen werden und enthalten u.U. die in Abschnitt Acht in Umrissen dargelegten Prinzipien und zwar auf eine solche Weise, daß diese Substanzen je nach dem Abstand des Kanals von dem Brennraum bei der gewünschten Temperatur und/oder beim gewünschten Druck gefördert werden. Ähnlicherweise können in dem Blockkörper elektrische Stromkreise \ eingebaut werden, weil keramische Werkstoffe elektrisch isolierend wirken. Solche Stromkreise können an die Elektroden bzw. Spitzen aus Kohlenstoff im Zylinderkopf angeschlossen werden, um das Funken ohne übliche Zündkerzen erzeugen zu können. Zur Erzeugung von starken Funken sowie Bogenbildung über wesentliche Abstände im Brennraum können hohe Spannungen angelegt werden, ohne daß dabei Kurzschlüsse am Block zu befürchten sind. Solche Stromkreise können durch Gießen von Metallschmelze in die bereits vorhandenen Kanäle im Block gebildet werden.
Innerhalb oder neben dem Reaktionsraum einer Reaktorgruppe, die an einem Verbrennungsmotor montiert ist (ohne Rücksicht darauf, ob es sich dabei um einem üblichen oder einen ungekühlten Motor handelt), kann ein Wärmeaustauscher eingebaut werden, so daß die Wärme der Abgase zum Anwärmen des Arbeitskraftstoffs eines wahlweisen Motorzyklus, welcher Arbeit an einem anderen Motor oder an dem ursprünglichen leistet (wodurch ein Duplex- oder kombinierter Motor entsteht), ausgenutzt oder aber zum Anwärmen der mit einem elektrischen Stromerzeuger oder Speicher in Verbindung stehenden Flüssigkeit verwendet wird. Die schematische Darstellung einer solchen Anordnung ist in Fig. 135 gezeigt, wo ein Motor mit Austrittskanälen 419 Abgase 420 über Rippenglieder 421 ausstößt, die punktiert gezeigte Kanäle 422 aufweisen; die letzteren stehen mit dem unteren Verbindungs-
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kanal 423 und dem oberen Verbindungskanal 424 in Verbindung, wobei diese Kanäle im Reaktorgehäuse 425 gebildet sind und Zutritt zu den Flüssigkeitszufuhrmitteln 426 bzw. den Flüssigkeitsaustrittmitteln 427 haben. Solche Wärmeaustauscher können aus einem Werkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden, einschließlich keramischen Werkstoffen wie Siliziumnitrid oder Metallen wie Nickellegierungen, die evtl. eine katalytische Wirkung haben., können. Der Wärmeaustauscher kann praktisch aus einem fadenförmigen Werkstoff bestehen. Wahlweise können die Wärmeaustauscher an einer anderen Stelle im Abgassystem eines Motors angeordnet werden, einschließlich der Einbaustelle unmittelbar hinter dem Reaktor.
Der Wärmeaustauscher kann einen Teil des Motorzyklus bilden, wobei die Arbeitsleistung in einen Speicher, einen zweiten Motor und/oder den ersten Motor übertragen wird. Die Arbeitsleistung kann mit der des ersten Motors über ein mechanisches Gestänge summiert werden; diese Summierung der Arbeitsleistungen läßt sich ebenfalls durch teilweise Integrierung der Zyklen beider Motoren erzielen, um die Leistung an gemeinsamen Teilen wie Kolben oder Kurbelwelle zu erzeugen; in der letzteren Anordnung entsteht ein kombinierter bzw. mehrfacher Motor. Sollten die Wärmeaustauscher Teil eines getrennten Triebwerkes bilden, so könnte er an die erste Einheit über direkten Antrieb angekuppelt werden. Sollte die letztere in Fahrzeuganwendungen eingesetzt werden, so entspricht die unterbrochene (bzw. die Stop/Start-) Betriebsart und somit ihr Kraftbedarf nicht immer der regelmäßigeren Leistung, die in der zweiten Krafteinheit aus einer regelmäßigen Abgaswärmezufuhr und evtl. einem Druck der Arbeitsflüssigkeit erzielt wird. Daher kann die zweite Einheit an die erste sowie an einen Speicher über ein Differential angeschlossen werden, wie schematisch in Fig. 136 dargestellt, wo 428 den ersten Motor, 429 den Reaktor/Wärmeaustauscher, 430 den zweiten Motor, 431 das Differential und 432 den Speicher darstellt. Triebwellen befinden sich bei 433 und der Speicher kann wahlweise über den Kanal 434 mit dem ersten Motor 428 verbunden werden. Der Speicher kann aus einem Flüssigkeit wie z.B. Luft komprimierenden Gebläse bestehen, wobei die Luft in einem zugehörigen Behälter gespeichert werden soll, wo in einem solchen Fall das Ableiten der Flüssigkeit zum ersten Motor 428 bei bestimmten Betriebsarten wie Beschleunigung zur verbesserten Leistung oder
Kraftstoffersparnis führen kann (siehe auch Abschnitt Sieben).
Der Wärmeaustauscher kann zum Erhitzen von Flüssigkeiten einschließlich Luft, anderen Gasen, Wasser zu Dampf, Dampf oder überhitztem Dampf verwendet werden. Diese Flüssigkeiten können wie in Abschnitt Sieben verwendet werden, d.h. zum Fördern von wesentlichen Zusatzstoffen zur Mischung während des Saughubes in dem ersten Motor oder aber kann er zum Treiben eines zweiten Motors verwendet werden, welcher evtl. an den ersten wie oben angekuppelt ist; er kann auch zum Beaufschlagen der Auslaß- und/oder der Verdichtungshübe in dem ersten Motor eingesetzt werden, wobei ein kombinierter, Duplex- bzw. Verbundmotor gebildet wird, oder aber kann er zum Beaufschlagen von bestimmten Kolben eines kombinierten Motors verwendet werden, dessen andere Kolben entsprechend dem Verbrennungszyklus arbeiten. In dem letzteren Fall können die Kolben an derselben Kurbelwelle arbeiten, die in einer bevorzugten Ausführung über eine Klauenkupplung geteilt ist, um gegenseitige Auswirkungen der Drehschwingungen zwischen den Kurbelwellenteilen zu beseitigen. Anhand eines Beispiels zeigt Fig. 137 eine schematische Darstellung einer Anordnung, wo der durch vier Kolben (Verbrennungsmotorkolben) angetriebene Kurbelwellenteil 453 an das Kurbelwellenteil 436 angeschlossen ist, wobei das letztere durch im Dampfzyklus bzw. Stirling-Zyklus laufende Kolben angetrieben wird; die Verbindung zwischen den beiden Kurbelwellenteilen erfolgt über eine Klauenkupplung, deren Querschnitt in 437 und Seitenansicht in 438 gezeigt sind. Falls die zwei hier eingesetzten Zyklen so wirken, daß jeweils bei jedem und bei unterschiedlichen Drehzahlen optimale Leistungswerte bzw. Leistungen erreicht werden, dann können die Kurbelwellenabschnitte über Zahnräder 438 mit einem geeigneten übersetzungsverhältnis miteinander verbunden werden, wie schematisch in Fig. 138 gezeigt und wie in Fig. 139 dargestellt, wo 439 ein Verbrennungsmotorkolben ist und die unterbrochene Linie einen Kolben 440 mit einer anderen Antriebskraft zeigt; 441 stellt die Achsen von den Mitten des Kolbenbolzens zu den Kurbelwellenmitten dar. Falls Flüssigkeit zum Beaufschlagen eines Kolbens nach Bauart eines Verbrennungsmotorkolbens erforderlich ist, so ist dieser Kolben vorzugsweise T-förmig ausgeführt, wie in Fig. 140 dargestellt, wo ein Kolben mit Hohlboden 450 und Verstärkungen durch Flansche 451, die mit einem Hohlschaft 452 verbunden sind, in einem Zylinder 453 mittels den Kolbenringen 453 und dem Lager 454
drehbar angeordnet ist; die Einkerbungen sind zur Aufnahme der Kolbenflansche vorgesehen und der Kolben dient gleichzeitig zum Trennen des nach Art eines Verbrennungsmotors beaufschlagten Raumes 455 von dem wechselweise Brenn- und/oder Dehnraum 456. Der Kolbenschaft steht· mit der Kurbelwelle 457 über das Pleuellager 458, die Pleuelstange 459 und den Kolbenbolzen 460 auf übliche Weise in Verbindung. Die Flüssigkeit des wechselweise arbeitenden Systems kann weiter gekühlt werden (Wärme ist bereits abgegeben worden, falls Dehnung stattgefunden hat), indem sie ' durch einen Wärmeaustauscher geführt und Wärme der Flüssigkeit zur Unterstützung einer solchen Wärmeumwandlung in elektrische oder mechanische Energie ausgenutzt wird. Anhand eines Beispiels zeigt Fig. 141 eine zur Anwendung der Stirling-Heißgasprinzipien in einem wechselweisen Zyklus geeignete Anordnung, wo S und T und Kammern Kolben haben, die mittels einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden sind und wo der Reaktor/Wärmeaustauscher bei 461 und der Wärmeableitaustauscher (oben erwähnt) bei 462 gezeigt sind. Eintritt des kalten Gases in die Kammer S erfolgt auf dem Wege 463, so daß es verdichtet und unter Druck auf dem Wege 464 zum Reaktor 461 strömt, wo er erhitzt und dann wieder der Linie 465 entlang in die Kammer T strömt, wo es Arbeit be Dehnung abgibt und dann bei niedrigem Druck entlang der Linie 466 zum Kühler 462 weiterströmt, wo der Zyklus wiederholt beginnt. In dieser Anordnung entsteht an einem Kolben und in einer Kammer nur Verdichtung, während an einem zweiten Kolben und in einer zweiten Kammer nur Dehnung stattfindet. In einem wahlweisen, in Fig. 142 abgebildeten System arbeiten die jeweiligen Kolben/Kammer-Gruppen wechselweise bei Verdichtung und bei Dehnung, wenn nur der alternative Motorzyklus berücksichtigt wird.
Der Wärmeaustauscher kann Teil eines Turbinenmotorzyklus umfassen, wie anhand eines Beispiels in Fig. 143 schematisch dargestellt, wo ein Verbrennungsmotor 467 Abgas 468 durch den Reaktor 469' und über den Wärmeaustauscher 470 strömt und das Gebläse 471 treibt, welches über die Welle 472 zwecks Antrieb des Turbeinenverdichters 473 verbunden ist, so daß die verdichtete Turbinen-Arbeitsflüssigkeit 474 durch die Kanäle 475 durch die Reaktorwärmeaustauscher 470 strömen und Dehnung der Turbinen-Arbeitsflüssigkeit erfolgen kann. Ein mit dem erfindungsgemäßen Reaktor wirkendes Gebläse kann zum
*; η Q a p 1 / η ι ί η
Antrieb des für beliebigen Zweck anwendbaren Verdichter ausgenutzt werden, einschließlich Förderung einer komprimierten Flüssigkeit zum Speicher sowie Erzeugung eines Ladedruckes am Motormischungseinlaß.
Fig. 180 zeigt eine schematische Darstellung eines Gasturbinenmotors, welcher in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 900 so montiert ist, daß das vom Motor 900 kommende Abgasmittel zum Anwärmen der Gase des Turbinenmotors bildet, wobei das Arbeitsgas in Pfeilrichtung 902 durch den Eintritt 903, die Niederdruckstufe 904, die Hochdruckstufe 905, die Heizstufe 906, die Turbinenstufe 907 sowie die Auspuffstufe 908 strömt. In wahlweisen Anordnungen strömt Gas entweder durch Wärmeaustauscher in der Stufe 906, wie durch Pfeil 909 gezeigt oder aber strömen sie zum komprimierten Gas 902 bei Stufe 906, wobei sie wahlweise zuerst durch einen getrennten Verdichter 910 komprimiert werden. Eine Kombinierung beider Systeme kann zunutze gemacht werden; ■ Zuschaltung eines zusätzlichen Kraftstoffverbrennungssystems in der Stufe 906, wie bei 911 gezeigt, ist ebenfalls möglich. Solche kombinierte Anordnungen von Verbrennungsmotor und Turbinenmotor eignen sich für Flugzeugantriebe, Schienenfahrzeuge und große Fahrzeuge, zum Beispiel wo durch 908 strömende Abgase zur Erzeugung zusätzlicher Antriebskraft ausgenutzt werden können. Die in Fig. schematisch dargestellte Anordnung kann zum Bilden einer mit einem Verbrennungsmotor kombinierten Dampfturbine ausgenutzt werden. Fig. 181 zeigt eine schematische Darstellung eines Durchschnitts einer Turbine 913, die mit dem Abgasgehäuse 912 halb-integriert angeordnet und für einen Verbrennungsmotor 914 bestimmt ist, wo zwei oder mehrere Gasströme hauptsächlich koaxial oder parallel verlaufen und wo Fig. 182 einen Teilschnitt durch Z darstellt. Der Rotor 915 hat drei getrennte koaxial verlaufende Blattreihen, deren Zustände voneinander verschieden sind, und läuft in dem Lager 916. Die Zapfwelle mit den Zähnen bei 917 treibt das Zahnrad 918 und die Welle 919. Auspuffgase treiben den Rotor, welcher Luft bei 920 über den Ölkühler 921 und den Dampfkondensator 922 ansaugt; der letztere arbeitet in Verbindung mit dem Dampfsystem, welche den Verdichterund den Auspuffhub im Verbrennungsmotor 914 treibe, wobei dieser Dampf in dem Wärmeaustauscher 929 erhitzt wird. Die Anordnung der Rotorblätter bzw. -schaufeln bei 923 bewirkt das Verdichten des Gases, welches dann durch den Wärmeaustauschbereich 924 strömt, wobei Wärme
ξ η α R Q ι /η·7θη
von den Auspuffgasen 925 durch die wärmeleitende Wand 926 abgeleitet wird, um Dehnung herbeizuführen und den Rotor 915 mittels den Schaufeln und des Leitrades zu treiben, wonach es mit dem Auspuffgas aus dem Motor vermischt wird. Bei 930 werden Führungskanäle vorgesehen, um einen Teil des komprimierten Gases zu der Mischung des Verbrennungsmotors abzuleiten und auf diese Weise die Aufladung für den Verbrennungsmotor zu bilden.
Ein ungekühlter Motor kann auf beliebige Art konstruiert werden. Falls Komponente z.B. aus keramischen Werkstoffen verwendet werden, so kommt die Frage der Schwierigkeitsstufe bei der Herstellung und der Kosten in den Vordergrund, weil sie bei größeren Abmessungen verhältnismäßig schwieriger und kostspieliger herzustellen sind. Aus diesem Grunde wird der Motor vorzugsweise aus kleineren Teilen gebaut, die beim Baumzusammenmontiert werden. Fig. 183 zeigt anhand eines Beispiels eine schematische Darstellung eines Motors, welcher aus mehreren Teilen 930 un die Brennkammern 9 31 (punktiert gezeigt) aufgebaut und mittels den Schrauben 932 unter Zugspannung gehalten werden. Fig. 184 zeigt eine Ausführung des Motors mit Zweikopf-Konstruktion, v/o in dem oberen Kopf 933 die Mischung am Kanal 934 einströmt und die Auspuffgase durch den Kanal 935 (beide punktiert gezeigt) bei Innenverbrennung ausgestoßen werden, und wo der untere Kopf 938 den Einlaßkanal 936 und den Auslaßkanal 937 für den Dampfzyklusbetrieb hat. Der Motor wird um den Kolben 939 sov/ie die Wand der Brennkammer 940 in Muffenform aufgebaut mit Dichtringen bzw. Dichtungen bei 941, wobei zum Zusammenbauen Distanzstücke oder Ausrichteblöcke 942 sowie die Zugschrauben 943 verwendet werden. Wärmeableitung 962 (in Form eines Dampfkondensators) kann zwischen den Kanälen 937 und 934 sowie zwischen den Kanälen 935 und 936 (z.B. in Form eines Dampfheizgerätes oder eines Wasserkessels) erfolgen. Die Doppelkopf-Konstruktion kann ebenfalls in Motoren verwendet werden, wo beide Seiten des Kolbens im Verbrennungsmotorbetrieb arbeiten. Fig. 185 zeigt Mittel zum Befestigen der mechanischen Baugruppe 946 an den Block- oder Motorteil 947 aus Isolierstoff wie z.B. Keramik. Die Schraube 948 hat einen spannungsverteilenden Kopf 949 und ragt durch ein Loch 947 wo sie von diesem mittels einer zusammendrückbaren Zwischenschicht 950 z.B. aus Faserkeramik in Abstand gehalten wird. Falls die Schraube einen größeren Dehnungskoeffizienten als der Blockteil 947 hat, kann zum Aufrecht-
bei konstantem Druck während der unterschiedlichen Dehnungsbev/egungen der Schraube und des Blocks eine starke Feder 951 und Unterlegscheibe 952 vorgesehen werden. In dieser Anordnung ist zwischen der Hälse bzw. Buchse aus Metall 953, welche die Brennkammerwand bildet und dem Isolierblock eine zusammendrückbar Zwischenschicht eingelegt. Die Metallbuchse läßt die Verwendung der üblichen Kolbengruppen sowie der. Hülsenventile 949 wie in Fig. 186 zu. Fig. 187 zeigt einen Kolben, welcher zum Lauf innerhalb einer beispielsweise aus Keramik hergestellten Buchse 9 54 . geeignet ist; dieser ist aus mehreren Werkstoffen hergestellt, wobei der Hauptboden und der Körperteil 955 aus Metall gefertigt sind und innerhalb des integralen Schaftes und Ringes 956 sitzen sowie von diesem durch eine zerdrückbare Zwischenschicht 957 getrennt sind. Befestigung besteht aus schwenkbar montierten Federklammerη 958. Fig. 188 zeigt eine Brennkammer/Kolben-Gruppe, die ähnlich der in Fig. 184 dargestellten ist, jedoch einen pilzförmigen, hohlen Kolbenboden 959 aufweist, wobei dieser zwischen gewölbten Köpfen hin- und herläuft und der obere Kopf 960 Kugelventil 961 ähnlich den in Abschnitt Sechs beschriebenen aufweist.
Das Problem der möglieherv/eise auftretenden unterschiedlichen Dehnung von Metallen der üblichen Art und der Isolierstoffe (wie keramische Werkstoffe) gemäß der Erfindung kannleicht durch wohlüberlegte Konstruktion der Einzelteile beseitigt werden. Zum Beispiel zeigt Fig. 188 ein metallenes Tellerventil 970 in einer Metallführung 971 , welche wiederum im keramischen Motorteil 972 sitzt. Zwischen der Führung und dem Keramikblock befindet sich eine dünne Hülse aus zerdrückbarem und leicht dehnbarem Werkstoff, wie z.B. Faserkeramik. Die Führung mit der Hülse wird in den Block nach Erhitzen des letzteren auf eine viel höhere Temperatur als die der Führung eingesetzt. Nach dem Ausgleich der Temperatur sitzt die Führung fest, d.h. wie bei kaltem Motor. Bei Anwärmen des Motors wird durch den verhältnismäßig höheren Dehnungskoeffizienjten des Metalls sichergestellt, daß die Führung sogar noch fester in dem Block sitzt. Auf diese Art und bei Verwendung anderer Mittel kann ein Motor teilweise aus Metall und teilweise aus Isolierstoffen gebaut werden.
Oben ist anhand von Beispielen dargestellt worden, wie ein ungekühlter Motor auf verschiedene Weise konstruiert werden kann.
In einem ungekühlten Motor können Kolben jeder Bauart verwendet werden und die Teile des Motors können auf verschiedene Weise zusammengebaut werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es muß betont werden, daß die verschiedenen Merkmale und Anordnungen erfindungsgemäß in jeder zweckdienlichen Kombination bzw. Zusammenwirkung oder Ausführung verwendet werden können. Beschreibungen der Schemata oder Ausführungen beziehen sich jeweils auf Beispiele und/oder Abbildungen der erfindungsgemäßen Prinzipien. Es wird ebenfalls darauf Rücksicht genommen, daß die einzelnen Merkmale dieser Beschreibung unabhängige Erfindungen darstellen.
In der folgenden Aufstellung der Patentansprüche bezieht sich die Bezeichnung "fadenförmiger Werkstoff" auf die Teile des miteinander verbundenen Werkstoffes, welche den Durchfluß von Gasen durch diesen erlauben und deren Wirbelung sowie Vermischen durch Änderung der Flußrichtung von Teilen des Gases gegeneinander einleiten bzw. unterstützen, wobei die Verbindung integral, kontinuierlich, ineinandergreifend, ineinanderpassend oder einander stützend ausgebildet sein kann; diese Bezeichnung bezieht sich auf Werkstoff innerhalb des Reaktors im allgemeinen und nicht auf dessen bestimmte Teile. Mit "keramische Werkstoffe" bzw. "Keramik" ist eine sehr lose Bezeichnung der Keramikstoffe gemeint, die Werkstoffarten wie Glas, Glaskeramik, geschrumpftes oder nachkristallisiertes Glas oder nachkristallisierte Keramikwerkstoffe usw. umfaßt; ebenfalls wird die Bezeichnung Grundstoff, Tragstoff oder Struktur verwendet ohne Rücksicht darauf, ob auch andere Werkstoffe als Zusatzstoffe oder Verstärkungen mitverwendet werden. Unter "ungekühlter Motor" versteht man einen Motor ohne Ableitung der Brennkammerwärme mittels einer durch Mantel strömen·

Claims (76)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Ein Abgasbehandlungsreaktor, bestehend aus einem Gehäuse, welches den Reaktionsraum umhüllt und den Durchfluß des Abgases zuläßt, wobei dieser Raum teilweise mit fadenförmigem Werkstoff gefüllt ist und das Gehäuse aus mindestens einem Isolierstoff besteht, wobei dieser Isolierstoff neben dem erwähnten Raum angeordnet ist.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus anderem Stoff auf der innersten Fläche der erwähnten Isoliermittel angeordnet ist.
3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit den Flächen des erwähnten Raumes ein Katalysator verwendet wird.
4. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß der fadenförmige Werkstoff aus einer Substanz besteht, die eine katalytische Wirkung hat. .
5. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte fadenförmige Werkstoff aus einem keramischen Stoff hergestellt ist.
6. Motor mit einem Ansaugsystem und mindestens einem Auslaßkanal, welcher mit dem Abgasbehandlungsreaktor in Verbindung steht, der ein den Reaktionsraum teilweise umgrenzendes Gehäuse umfaßt, wobei das Gehäuse an den Motor befestigt sein muß, um den besagten Raum auf eine geeignete Weise zu umschließen und somit das Funktionieren des Reaktors zu ermöglichen.
7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Gehäuse und den Motor ein Zwischenglied eingeschaltet ist.
8. Motorflüssigkeitsbehandlungseinheit, die mindestens teilweise aus einem Gehäuse mit einer im Querschnitt elliptisch ausgebildeten Umfangswand, wo die Wand bei Draufsicht gebogene, allmählich bis zur stumpfen Spitze zusammenlaufende Seiten
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hat und an der stumpfen Spitze die Abgasaustrittsöffnung ausgebildet ist.
9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet/ daß die Wand des Gehäuses in senkrechtem Querschnitt mindestens eine gebogene Fläche aufweist, welche die Querschnittsfläche des Gehäuses allmählich in Richtung der Austrittsöffnung drosselt, und wobei die durch das Gehäuse von dem Auspuffsystem des Motors zu der Austrittsöffnung strömenden Abgase vornehmlich in eine Richtung strömen.
10. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem wärmeisolierendem Stoff besteht.
11. Motor mit Ansaugsystem, Auspuffkanal, Auspuffsystem, wo das Auspuffsystem mit dem Abgasbehandlungsreaktor in Verbindung steht, welcher einen Gaseintritt und einen Gasaustritt aufweist, und die genannten Bestandteile so angeordnet sind, daß der Motor arbeitet, während Abgas vornehmlich in einer Richtung von einem Punkt innerhalb des Abgaskanals bis zu einem Punkt außerhalb des Abgasaustritts am Reaktor strömt.
12. Motor mit Ansaugsystem, Auspuffsystem und bei Lauf bewirkter Gasströmung, wo das Auspuffsystem mit einem Abgasbehandlungsreaktor in Verbindung steht, welcher einen Gaseintritt und einen Gasaustritt aufweist und wo der Reaktor beim Kaltstart durch Sperren des Abgasflusses wirkungsvoll angewärmt wird.
13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel neben dem Gasaustritt des Reaktors angeordnet sind.
14. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel ein Ventil umfassen.
15. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel ein Drehglied umfassen.
16. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom mindestens teilweise von dem normalen Weg durch das Abgassystem
zu einem Abgasumlaufsystem ablenkbar ist.
17. Motor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasumlaufsystem mit einem Abgasspeicher in Verbindung steht.
18. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasspeicher einen Raum aufweist, der sich vergrößern oder verkleinern kann.
19. Fadenförmiger Werkstoff, welcher zum Einsetzen in einen Abgasbehandlungsreaktor geeignet ist und aus mehreren Körnchen besteht, wobei mindestens eines dieser Körnchen eine ungefähr kugelartig ausgebildete Form aufweist und aus einer Reihe vornehmlich aus einem Kern vorspringender Glieder besteht.
20. Fadenförmiger Werkstoff, welcher zum Einsetzen in einen Abgasbehandlungsreaktor geeignet ist und aus mehreren Körnchen besteht, wobei mindestens eines dieser Körnchen ein ungefähr kugelförmig ausgebildetes Flächenprofil aufweist, wobei die Fläche mindestens eine Vertiefung aufweist.
21. Ventil zum Montieren in der mit der Arbeit des Motors zusammenhängenden Flüssigkeitsströmung, welches ein herausragendes Gehäuse umfaßt, wobei ein unterhalb dieses Gehäuses angeordneter Kanal mit einem Ventilglied in Verbindung steht, welches eine Welle umfaßt, an welcher Flügel angeordnet sind, die in die Flüssigkeitsströmung eintauchen und wobei die hier erwähnte Welle verschiebbar angeordnet und unter Federdruck aus der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung vorgespannt ist, wodurch der Kanal gedrosselt wird.
22. Motor mit einem Ansaugsystem und einem Auspuffsystem, wobei das Auspuffsystem mit dem Abgasbehandlungsreaktor in Verbindung steht und das Ansaugsystem über den ersten Kanal mit einer Kammer in unmittelbarer.Nähe des Reaktors in Verbindung steht, wobei wiederum die Kammer über den zweiten Kanal mit einem Flüssigkeitsbehälter in Verbindung steht.
SnQPQI / η 1 O Λ
23. Einspritzgerät, welches zum Einspritzen von Flüssigkeit in das Ansaugsystem eines Motors geeignet ist und eine beweglich angeordnete Düse umfaßt, wobei die Bewegung der Düse mindestens teilweise die Einspritzung der Flüssigkeit folgt.
24. Einspritzgerät nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Düse mindestens teilweise durch den. Einspritzvorgang eingeleitet wird.
25. Einzelnes Einspritzgerät zum Einspritzen mehrerer, unterschiedlicher Flüssigkeiten in das Ansaugsystem des Motors.
26. Einzelne Schwimmerkammer zum Einbau in Verbindung mit und zwecks Förderung einer Flüssigkeit zum Ansaugsystem des Motors, wobei die genannte Kammer gleichzeitig verschiedene unterschiedliche Flüssigkeitssorten aufnehmen kann.
27. Ungekühlter Motor, welcher kontinuierlich laufen kann.
28. Motor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß sein Betrieb in dem Verbrennungszyklus abläuft.
29. Motor, welcher mindestens im Verbrennungszyklus läuft und ein Auspuffsystem aufweist, welches mit einem Abgasbehandlungsreaktor in Verbindung steht, in welchem Mittel zum Abgrenzen von separaten, jedoch miteinander verbundenen Räumen enthalten sind, welche mit dem Raum außerhalb des Reaktors in Verbindung stehen und wobei die besagten Mittel im folgenden als Wärmeaustauschsystem bezeichnet v/erden.
30. Verbrennungsmotor, in welchem Verbrennung und Dehnung gegen einen Kolben erfolgt, dessen Boden an eine Stange starr angeschlossen ist und wobei die Stange in einem Lager verschiebbar angeordnet ist.
31. Reaktor, welcher zur Behandlung der Abgase geeignet ist und wobei grundsätzlich Wärmemittel zur Herbeiführung einer ausgeglichenen, gegenseitigen Beeinflussung von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyden und Stickstoffoxyden eingesetzt
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werden, so daß die drei genannten Komponenten weitgehend aus dem Abgas beseitigt v/erden.
32. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallgehäuse außen einen Isolierstoff aufweist.
33. Reaktor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Metallgehäuse und den Isolierstoff eine zusammendrückbare Stoffschicht eingelegt ist.
34. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus Keramik besteht.
35. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im Schnitt aus einem wärmeisolierenden und selbsttragende Eigenschaften aufweisenden Material besteht.
36. Reaktor nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus einem keramischen Werkstoff besteht.
37. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff mindestens teilweise aus Fiberkeramik besteht.
38. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff mindestens teilweise aus Fiberkeramik besteht.
39. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff mindestens teilweise eine zellenförmige Struktur aufweist.
40. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß'der fadenförmige Werkstoff mindestens teilweise aus spiralförmig ausgebildetem Draht besteht.
41. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff mindestens teilweise aus schlaufen- oder schlangenförmig gebogenem Draht besteht.
509881 /0720
42. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff mindestens teilweise aus Draht mit mehreren Litzen besteht, wobei jede Litze von ihren angrenzenden jeweils durch ihre ungerädlinige Gestaltung getrennt ist.
43. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der. fadenförmige Werkstoff mindestens teilweise jalousieähnlich gestaltet ist. -;
44. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff in das Gehäuse und bei dessen Herstellung eingebaut wird.
45. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff eine allmählich abnehmende Masse entsprechend der gewünschten Reaktion mit dem Abgas aufweist.
46. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fadenförmige Werkstoff an dem Auslaßkanal angeordnet ist.
47. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkanäle mit einem Isolierstoff ausgelegt sind.
48. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff aus Keramik besteht.
49. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum außerhalb und innerhalb des Motorumrisses verläuft.
50. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle sich zum Ablenken des Gases in verschiedene Richtungen eignen.
51. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur radialen Verteilung des Abgases an dem Kanal vorhanden sind.
52. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Kanal Mittel zum Einleiten einer Drehbewegung der Gase vorhanden sind.
53. Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in Form eines Schmetterlingventils ausgebildet ist.
54. Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in Form einer Hohlkugel gestaltet ist.
55. Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil durch das Verbinden zweier Hauptteile des Auspuffsystems zweckmäßig aufgenommen ist.
56. Motor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil über ein Gestänge durch die Dehnung eines Materials beaufschlagt wird, welches in einem in der Gasströmung eingebauten Behälter angeordnet ist.
57. Motor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Reaktors neben der Ablenkstelle eine Schaufel angeordnet ist.
58. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mindestens teilweise aus einem Balgglied besteht.
59. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter bei Betrieb mindestens teilweise den in Verbindung mit dem Motor verwendeten Wärmeaustauscher abdecken kann.
60. Motor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter mindestens teilweise aus Siliziumgummi hergestellt ist.
61. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein V-Motor ist und die Kanäle jeder Zylinderreihe mit dem Reaktor in Verbindung stehen.
62. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß er
RnQPQI /Π79Π
Gasej.ntrittmxttel hat, die mit einem vielfache Öffnungen aufweisenden Glied in Form eines vornehmlich langgestreckten Topfes in Verbindung steht, wobei dieses Glied innerhalb des Reaktionsraumes angeordnet ist.
63. Motor mit einem Auspuffsystem und einem Ansaugsystem sowie mindestens zwei Ansaugkanälen, welche mit einem nichtrohrförmigen Gehäuse in Verbindung stehen und dieses den Behandlungsraum des Ansaugsystems abgrenzt.
64. Motor nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse Kraftstoffördermittel enthält.
65. Motor nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse fadenförmigen Werkstoff enthält.
66. Motor nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum nur bei am Motor montierten Gehäuse zweckmäßig abgegrenzt ist.
67.. Einlaßventil mit Vorsprüngen aus fadenförmigem Werkstoff, welches Schwingbewegungen ausführen kann.
68. . Motor mit einem Ansaugsystem und einem Auspuffsystem, wobei
mindestens ein Teil des Ansäugsystems einen gummiartigen (elastomerischen) Hals mit regelbar verminderbarem Durchmesser aufweist.
69. Fahrzeug mit einem Motor, welcher in einem besonders zum Einbau des Motors vorgesehenen Raum angeordnet ist, wobei bei Fahrt Luft in diesen Raum eintritt und bei bestimmten Betriebsarten des Fahrzeuges diese Luft diesen Einbauraum nur verlassen kann, wenn sie durch den Motor angesaugt wird.
70. Fahrzeug nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß bei bestimmten Betriebsarten des Fahrzeuges die Luft den Einbauraum über ein regelbares Ventil verlassen kann.
71. Bestandteil, welches in einen Verbrennungsmotor so eingebaut
RnQRfM /D7?n
werden kann, daß mindestens ein Teil dieses Bestandteiles mit dem Arbeitsraum des Motors in Verbindung steht und mit Mitteln zur Flüssigkeitsforderung sowie zur Zündung versehen ist.
72. Bestandteil nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Zündung zwecks Verursachen einer plötzlichen Erhitzung und Dehnung des Gases einen elektrischen Bogen bilden.
73. Verbrennungsmotor mit angebautem Flüssigkeitseinspritzgerät, welches mindestens teilweise die Vorkammer abgrenzt.
74. Ein Hohlrohr mit vielfachen Öffnungen, welches zwecks Fördern einer Flüssigkeit zu der Arbeitsmischung eines Motors in dem Ansaugsystem des Motors eingebaut werden kann.
75. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse in Verbindung mit dem Ansaugsystem des Motors wirkt.
76. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betrieb Kraftstoff über Dochtglieder dem Ansaugsystem zugeführt wird.
η Q fi fl 1 /Π79Π
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