DE2603646A1

DE2603646A1 - Verfahren und vorrichtung zum entgiften der abgase einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2603646A1
Application number: DE19762603646
Authority: DE
Inventors: Michel Auclair; Louis Le Parmentier
Original assignee: Esso SA
Current assignee: Esso SA
Priority date: 1975-02-03
Filing date: 1976-01-30
Publication date: 1976-08-05
Also published as: IT1055002B; US4106287A; FR2299513A1; GB1547405A; FR2299513B1

Description

DR. BERG DIPL. ING. SIaPF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR 2603646

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anwaltsakte 26 765 30. Januar 1976

Esso Societe Anonyme Prancaise

92 Courbevoie / Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Entgiften der Abgase einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum Entgiften der Abgase einer mehrere Zylinder mit darin hin und her beweglichen Kolben aufweisenden Brennkraftmaschine und betrifft außerdem eine solche Brennkraft-

• (089) 98 82 72 8 München 80, Mauerkircherstraße 45 Banken: Bayerische Vereinsbank Manchen 453100

987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623

983310 TELEX: 0524560 BERG d Postscheck Manchen 65343-808

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OfTOUNAL INSPECTED

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maschine, welche für den Ausstoß von gereinigten Abgasen während des Betriebs eingerichtet ist.

Die Luftverschmutzung durch die Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Fahrzeugmotoren ist äußerst unerwünscht, weshalb man sich bemüht, den Gehalt von Schadstoffen in den Abgasen von Brennkraftmaschinen möglichst herabzusetzen.

Die von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen, unbehandelten Abgase enthalten u.A. Kohlenmonoxid (CO) sowie unverbrannte und teilweise verbrannte Kohlenwasserstoffe. Bekanntlich läßt sich wenigstens ein Teil des CO und der Kohlenwasserstoffen in den Abgasen zu Kohlendioxid und Dampf oxydieren, indem die unbehandelten Abgase bei erhöhten Temperaturen mit einem sauerstoffhaltigen Gas, gewöhnlich Luft, vermischt werden. Eine solche Verbrennung findet gewöhnlich in einem zwischen dem Auspuffkrümmer und dem Schalldämpfer angeordneten Reaktor statt, welcher eine gute Durchmischung der Abgase mit dem sauerstoffhaltigen Gas und eine ausreichende Verweilzeit bei zur Verbrennung ausreichenden Temperaturen gewährleistet.

In bekannten Verfahren wird das sauerstoffhaltige Gas den unbehandelten Abgasen an den Auslassen der Maschine beigemischt, so daß der Reaktor von jedem Zylinder mit bereits gezündetem Abgas gespeist wird, worauf sich die Verbrennung von CO und Kohlenwasserstoffen in dem von den einzelnen Zylindern zuströmenden Abgasgemisch innerhalb des

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Reaktors fortsetzt. Damit das CO und die Kohlenwasserstoffe gezündet werden können und die eingeleitete Verbrennung aufrechterhalten werden kann, müssen die von allen Zylindern ausgestoßenen, unbehandelten Abgase selbst bei den höchsten im normalen Betrieb auftretenden Temperaturen wenigstens eine zündfähige Menge von brennbaren Stoffen enthalten. Gewöhnlich liegt der CO-Gehalt der unbehandelten Abgase aus den einzelnen Zylindern bei etwa 6 bis 8 "Vol.% oder darüber. Ein unbehandeltes Abgas mit einem solchen CO-Gehalt entsteht dadurch, daß in den Zylindern der Maschine ein relativ brennstoffreiches Luft-Brennstoffgemisch verbrannt wird, wobei vorausgesetzt sei, daß die Maschine hinsichtlich Zündung und Auslaß der unbehandelten Abgase aus den Zylindern richtig eingestellt ist. Im Leerlauf und bei niedriger Belastung liegt das Brennstoff-Luft verhältnis des Gemischs gewöhnlich beim 1,15 bis 1,30-fachen des stöchiometrischen Verhältnisses, woraus sich eine beträchtliche Erhöhung des Brennstoffverbrauchs ergibt.

Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern des Schadstoffgehalts in den Abgasen einer Brennkraftmaschine bei einem gegenüber dem vorstehend beschriebenen bekannten Verfahren verringerten Brennstoffverbraucht .

Bei einem Verfahren zum Verringern der Schadstoffemission einer mehrere Zylinder mit jeweils einem darin beweglichen Kolben aufweisenden Brennkraftmaschine ist gemäß der Erfin- · dung vorgesehen,- daß in einem Zylinder ein Brennstoff-Luft-

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tr

gemisch verbrannt wird, welches ein fettes Abgas mit einem bei Vermischung mit "einem sauerstoffhaltigen Gas zur Verbrennung ausreichendem Gehalt an brennbaren Stoffen ergibt, daß in wenigstens einem anderen Zylinder ein Brennstoff-Luftgemisch verbrannt wird, welches ein mageres Abgas mit einem bei Vermischung mit einem sauerstoffhaltigen Gas zur Verbrennung nicht ausreichenden Gehalt an brennbaren Stoffen ergibt, daß das fette und das magere Abgas dafür vorgesehenen, miteinander stromungsverbundenen Bereichen eines eine Auslaßzone und eine damit strömungsverbundene Auslaßöffnung aufweisenden Reaktors zugeleitet wird, daß dem fetten und dem mageren Abgas ein sauerstoffhaltiges Gas beigemischt wird, so daß die im fetten Abgas enthaltenen brennbaren Stoffe verbrennen und dabei die Verbrennung der brennbaren Anteile des mageren Abgases in der Kontaktzone zwischen dem fetten und dem mageren Abgas fördern, und daß die wenigstens teilweise von brennbaren Stoffen befreiten Abgase über die Auslaßzone und die Auslaßöffnung ausgestoßen werden.

Die gründliche Durchmischung des fetten mit dem mageren Abgas findet vorzugsweise in der Auslaßzone statt, wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase in der Auslaßzone vorzugsweise niedriger ist als die Brenngeschwindigkeit der brennbaren Bestandteile der die Auslaßzone durchströmenden Abgase.

Wenigstens eine kleine Menge des sauerstoffhaltigen Gases kann dem fetten und dem mageren Abgas bereits vor dem Ein-

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tritt in den Reaktor zugesetzt werden, beispielsweise an oder nahe den Auslassen der Motorzylinder.

Das fette Abgas kann wenigstens etwa 5 Vol.% und bis zu etwa 8 Vol.% CO enthalten. In dem wenigstens einen anderen Zylinder wird ein Brennstoff-Luftgemisch verbrannt, welches das magere Abgas ergibt und dabei einen im wesentlichen "runden" Lauf der Maschine gewährleistet, d.h. also einen Betrieb ohne nennenswerte Drehzahlschwankungen.

Die mittlere Zusammensetzung der durch die Vermischung des fetten mit dem mageren Abgas entstehenden Abgase kann im wesentlichen die gleiche sein wie, oder magerer als die mittlere Zusammensetzung der Abgase, welche bei der Speisung aller Zylinder mit einem im wesentlichen gleichmäßigen, einen im wesentlichen "runden" Lauf der Maschine gewährleistenden Brennstoff-Luftgemisch entstehen.

Das Brennstoff/Luftverhältnis des zu dem mageren Abgas verbrannten Gemischs kann etwa beim 1,0 bis 1,05-fachen des stöchiometrischen Verts liegen, während das des in dem einen Zylinder zu dem fetten Abgas verbrannten Gemischs etwa beim 1,15 bis 1,30-fachen des stöchiometrischen Verhältnisses liegen kann.

Die Auslaßzone steht vorzugsweise in wärmeübertragender Verbindung mit den miteinander stromungsverbundenen Bereichen des Reaktors, so daß gewisse Wärmemengen von den Abgasen in der Auslaßzone auf die Abgase in wenigstens einem

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der miteinander stromungsverbundenen Bereiche übertragen werden.

Eine Vorrichtung zum Reinigen der Abgase einer mehrere Zylinder mit jeweils einem beweglich darin geführten Kolben aufweisenden Brennkraftmaschine ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch einen hohlen Reaktormantel, durch ein sich innerhalb des Mantels mit gewissem Abstand zu diesem von einem Ende des Reaktormantels wenigstens halbwegs zum anderen Ende erstreckendes Rohr, welches als Flammenhalter wirksam ist und wenigstens an dem einen Ende des Reaktormantels eine Abgas-Auslaßöffnung und wenigstens im Bereich des anderen Endes innerhalb des Reaktormantels wenigstens eine Abgas-Eintrittsöffnung aufweist, durch eine Anzahl von in gegenseitigen Abständen am Reaktormantel angeschlossenen Abgasleitungen für die Zufuhr der Abgase von jedem Zylinder zum Innenraum des Reaktormantels und durch Einrichtungen, welche das Entweichen der Abgase aus dem Reaktormantel an anderer Stelle als durch das Rohr hindurch verhindern.

Der Reaktormantel und das Rohr haben vorzugsweise kreisförmigen Querschnitt und sind im wesentlichen konzentrisch angeordnet. Die Abgasleitungen sintk·.vorzugsweise im wesentlichen tangential am Reaktormantel angeschlossen, so daß die Abgase eine UmIaufbewegung darin vollführen.

Der Durchmesser des Reaktormantels kann etwa das 1,5- bis Dreifache von dem des Rohrs betragen.

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An der Auslaßöffnung des Rohrs kann ein Auspuffrohr angeschlossen sein, welches im wesentlichen den gleichen Durchmesser hat wie das Rohr.

Das Rohr kann sich innerhalb des Reaktormantels bis an dessen anderes Ende erstrecken, wobei dann die wenigstens eine Einlaßöffnung nahe dem anderen Ende in der Umfangswand des Rohrs gebildet ist.

Die Querschnittsfläche der wenigstens einen Eintrittsöff-rnung kann etwa 4-5 bis 200% von der des Rohrs betragen. Vorzugsweise hat die wenigstens eine Eintrittsöffnung in einer Richtung eine ausreichend kleine Dimension, daß die betreffende Öffnung als Flammenhalter wirksam sein kann.

In einer bevorzugten Ausführung dient als Eintrittsöffnung wenigstens ein sich in Längsrichtung des Rohrs erstreckender Schlitz.mit einer Breite von ca. 3 bis ΊΟ mm.

Das Rohr enthält vorzugsweise wenigstens im Bereich der wenigstens einen Eintrittsöffnung eine feststehend angeordnete Mischeinrichtung, welche die Durchmischung der Abgase im Rohr fördert. Die Mischeinrichtung kann wenigstens ein in Längsrichtung des Rohrs angeordnetes, sehnekkenförmiges oder gewundenes Element aufweisen. Dieses kann aus wenigstens zwei in sich verdrehten Streifen gebildet sein, welche in gegenseitiger Verlängerung derart angeordnet sind, daß ihre aneinanderstoßenden Enden im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen.

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An der Außenseite hat der Reaktormantel vorzugsweise eine Verkleidung zum Verringern von Wärmeverlusten.

In einer weiteren Ausführungsform schafft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, in denen jeweils ein Kolben hin und her beweglich geführt ist, und welche jeweils einen Einlaß und einen Auslaß aufweisen, mit einer Ansauganlage für die Zufuhr von Luft zu den Einlassen der Zylinder, einer Brennstoff-Zufuhreinrichtung für die Speisung der Zylinder mit Brennstoff, welcher zusammen mit der zugeführten Luft ein brennbares Brennstoff-Luftgemisch in den Zylindern bildet, wobei das einem der Zylinder zugeführte Gemisch fetter ist als das wenigstens einem anderen Zylinder zugeführte, ferner mit einer von den einzelnen Auslassen mit Abgasen gespeisten, eine Auspuffleitung aufweisenden Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, und mit Einrichtungen für die Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases in das Innere der Vorrichtung. Das von dem Reaktormantel umschlossene Volumen ist vorzugsweise im wesentlichen gleich dem der entspannten Abgase aus wenigstens einem Zylinder der Maschine.

Die Brennstoff-Zufuhreinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das Brennstoff/Luftverhältnis des dem einen Zylinder zugeführten Gemischs etwa das 1,15 bis 1,30-fache des stöchiometrischen Verhältnisses und das des dem wenig»- stens einen anderen Zylinders zugeführten Gemischs etwa das 1,0 bis 1,05-fache des stöchiometrischen Verhältnisses beträgt. Pur die Zufuhr von Brennstoff und Luft in unter-

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schiedlichem Verhältnis zu dem einen und dem wenigstens einen anderen Zylinder können verschiedene bekannte Einrichtungen einzeln oder kombiniert verwendet werden. Bei einem Einspritzmotor etwa kann der Hub der den einen Zylinder speisenden Pumpe größer sein als der der den wenigstens einen anderen Zylinder speisenden Pumpe oder Pumpen. Bei einem Motor mit einem einzigen Vergaser für die Zylinder oder für eine Zylinderreihe können die einzelnen Leitungen des Einlaßkrümmers Schütze, Drosseldurchlässe und/oder Leitbleche enthalten und/oder Steigungen oder Krümmungen aufweisen, welche die Brennstoffversorgung des wenigstens einen anderen Zylinders drosseln, so daß der eine Zylinder ein fetteres Gemisch zugeführt erhält. Anderenfalls kann der eine Zylinder auch von einem anderen Vergaser mit einer zusätzlichen Brennstoffmenge gespeist werden.

Das sauerstoffhaltige Gas ist vorzugsweise Luft, welche von einem von der Maschine angetriebenen Gebläse oder Kompressor geliefert werden kann. Die Luft kann an den Auslässen der Maschine oder in der Nähe derselben eingeblasen werden. Dazu sind Luftleitungen vorgesehen, welche sich durch die Abgasleitungen erstrecken oder die Wandung der einzelnen Abgasleitungen nahe den zugeordneten Auslässen der Maschine durchsetzen. Eine gewisse Menge des sauerstoffhaltigen Gases kann in den Reaktor eingeblasen werden.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung

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anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte, nicht maßstabsgetreue Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine schematisierte Seitenansicht der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt einen Motorblock 10 eines Reihenmotors mit vier Zylindern 11, 12, 13, 14, welche von einem Vergaser 15 über Ansaugleitungen 16, 17» 18 bzw. 19 mit einem Brennst off -Luft gemisch gespeist sind. Die Ansaugleitungen 17» 18 und 19 enthalten jeweils ein Schütz oder Drosselglied 20, welches den Zustrom der Brennstofftropfchen zu den Zylindern 12, 13 und 14 behindert, so daß das diesen Zylindern zuströmende Brennstoff-Luftgemisch relativ mager ist. Das Ansaugrohr 16 enthält kein solches Schütz, so daß der Zylinder 11 ein relativ fettes Brennstoff-Luftgemisch erhält. Im Betrieb des Motors wird das Brennstoff-Luftgemisch in den einzelnen Zylinderp in bekannter Veise, etwa mittels eines elektrischen Funkens gezündet, worauf dann ein "fettes" Abgas mit einem relativ hohen Gehalt an brennbaren Stoffen über den (nicht gezeigten) Auslaß des Zylinders 11 in eine Abgasleitung 21 strömt, während aus den Zylindern 12, 13 und 14 ein relativ "mageres" Abgas mit einem relativ geringen Gehalt an brennbaren Stoffen in die Abgasleitungen 22, 23 bzw. 24 strömt. Eine vom Motor

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angetriebene Riemenscheibe 25 ist über einen Riemen 26 mit einer Antriebs-Riemenscheibe 27 eines Luftkompressors 28 verbunden. Die von dem Kompressor 28 geförderte Luft gelangt über eine Leitung 29 und von dieser ausgehende Zweigleitungen 30 zu den Auslassen des Motors. Die Zweigleitungen 30 durchsetzen die Wandungen der Abgasleitungen und sind innerhalb derselben so geführt, daß ihre Enden nahe an den Auslassen liegen und die zugeführte Luft auf diese richten. Bei den an den Auslassen auftretenden Abgastemperaturen findet eine Verbrennung der brennbaren Bestandteile des fetten Abgases in der Leitung 21 und möglicherweise eine Teilverbrennung der brennbaren Bestandteile des magreren Abgases in den Leitungen 22, 23 und 24 statt*

An der dem Motorblock 10 abgewandten Seite sind die Abgasleitungen 21 bis 24 tangential oder in Umfangsrichtung an einem hohlen zylindrischen Reaktor 32 angeschlossen, so daß die Abgase darin eine Kreisbewegung vollführen, wobei in Längsrichtung des Reaktors eine gewisse Schichtung mit Schichten des mageren Abgases nahe dem Ende, an welchem die Leitung 24 angeschlossen ist und Schichten des fetteren Abgases nahe dem Ende, an welchem die Leitung angeschlossen ist, auftritt.

Ein konzentrisch im Reaktor 32 angeordnetes Rohr 33 mit kreisförmigem Querschnitt erstreckt sich von einem Ende des Reaktors zum anderen und ist über eine Flanschverbin-

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dung 34 mit einem Auspuffrohr 35 verbunden. Dieses führt zu einem Auspuff-Geräuschdämpfer 36, aus welchem die Abgase über ein Auspuff-Endrohr 37 in die freie Umgebung entweichen.

Der Eeaktor 32 ist zur Vermeidung von Wärmeverlusten mit einer (nicht gezeigten) Verkleidung umgeben. Die Abgase innerhalb des Rohrs 33 stehen in wärmeübertragender Verbindung mit den das Rohr innerhalb des Reaktors umgebenden Abgasen.

Das zuströmseitige Teil 33a des Rohrs 33 hat wenigstens eine (nicht gezeigte) öffnung, während die Wandung des abströmseitigen Teils 33b nicht von öffnungen durchsetzt ist. Die Öffnungen können beliebige "Form haben, beispielsweise kreis- oder schlitzförmig ausgebildet sein, jedoch so, daß sie als Flammenhalter oder -rückschlagsicherung wirksam sind. Deshalb hat die wenigstens eine öffnung in wenigstens einer Richtung eine Weite von vorzugsweise 2 bis 10 mm. Die Strömung des brennenden, fetten Abgases im Reaktor 32 um das Rohr 33 herum und durch die wenigstens eine Öffnung hindurch radial in dieses hinein reißt das magere Abgas aus dem Reaktor mit und bewirkt innerhalb desselben eine Vermischung des fetten Abgases mit dem sauerstoffhaltigen mageren Abgas und begünstigt die Verbrennung der darin enthaltenen brennbaren Stoffe. Die als Flammenhalter oder -sicherung ausgebildete öffnung im vorderen Teil 33a des Rohrs verhindert das Durchschlagen der Verbrennungsflamme, so daß die Verbrennung im wesentlichen

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in dem ringförmigen Raum zwischen der Wandung des Reaktors 32 und dem Rohr 33 stattfindet. Die Schichtung der fetten und mageren Abgase im Reaktor 32 gewährleistet, daß das magere Abgas nicht aus dem Reaktor entweichen kann, ohne während des Auspuffhubs des Zylinders 11 mit dem brennenden fetten Abgas und während der übrigen Arbeitstakte des Zylinders 11 mit dem heißen Verbrennungsgas in Berührung zu kommen, so daß die brennbaren Bestandteile des mageren Abgases gezündet werden.

Die auf diese Weise nachverbrannten und damit gereinigten Abgase durchströmen das Rohr 33 in Richtung auf das Auspuffrohr 35 und geben dabei einen Teil ihrer Wärme an die im Reaktor 32 vorhandenen Abgase ab, so daß sich die Zündfähigkeit der mageren Abgase bei der Durchströmung des Reaktors verbessert. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung durch die Wandung des Rohrs 33 hindurch und zum Herbeiführen der vollständigen Oxydation der brennbaren Bestandteile innerhalb des Rohrs können Einrichtungen zum Durchmischen der das Rohr 33 durchströmenden Abgase vorgesehen sein.

Auf diese Weise lassen sich Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe bei Beschickung nur eines Zylinders mit einem relativ fetten Gemisch weitgehend aus den Abgasen entfernen.

Das vordere Teil 33a des Rohrs 33 kann bis zu etwa 75% Gesamtlänge des Rohrs 33 bilden. In einer Ausführung, in welcher die wenigstens eine Öffnung des Rohrs 33 ein i

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Längsrichtung desselben verlaufender Schlitz ist, kann das vordere Teil 33a bis zu etwa 67% des Gesamtlänge des ■Rohrs 33 bilden. Eine solche Ausführung ist nachstehend anhand von Fig. 2 und 3 beschrieben. Der darin gezeigte Reaktor ist für die Verwendung an einem Zweizylinder-Boxermotor bestimnt, insbesondere für einen in Serienfahr-

■z zeuge eingebauten Benzinmotor mit einem Hubraum von 600 cm

Der in Fig. 2 und 3 dargestellte Reaktor hat einen hohlen, zylindrischen Mantel 50 mit einer axialen Länge von 45 cm und einem Innendurchmesser von 8 cm. Ein sich konzentrisch mit dem Mantel 50 über dessen gesamte Länge erstreckendes zylindrisches Innenrohr 51 hat einen Innendurchmesser von 4 cm.

Am Reaktor sind zwei Abgasleitungen 53» 54- im wesentlichen tangential oder in Umfangsrichtung angeschlossen, so daß die von einem (nicht gezeigten) Motor ausgestoßenen Abgase an verschiedenen Stellen im wesentlichen tangential in den das Rohr 51 umgebenden ringförmigen Raum eingeleitet v/erden. Das eine Ende des Rohrs 51 ist für den Anschluß eines Auspuffrohrs bestimmt, und das andere Ende hat einen in Längsrichtung des Rohrs 51 verlaufenden Schlitz 56. Dieser ist 15cm lang und etwa 4 mm breit. Innerhalb des Rohrs 51 ist eine aus schneckenförmigen oder in sich verdrehten Leitblechen gebildete Mischeinrichtung 57 feststehend angeordnet. In der gezeigten Ausführung sind vier solche Leitbleche in gegenseitiger Verlängerung derart angeordnet, daß die aneinanderstoßenden Enden senkrecht zueinander

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stehen. Die einzelnen Leitblech^ sind aus dünnen Blechstreifen mit einer dem Innendurchmesser des Rohrs 51 entsprechenden Breite gebildet und in Längsrichtung des Rohrs 51 in sich verdreht.

Der Reaktormantel, das Rohr und die Mischeinrichtung sind aus hitzebeständigem rostfreiem Stahl und mit einer (nicht dargestellten) Verkleidung aus Setinwolle od. dergl. umgeben.

Der eine Zylinder des Motors ist für die Speisung mit einfem fetten Gemisch mit,dem etwa 1,20-fachen des stöchiometrischen Brennstoff-Luftverhltnisses eingerichtet, und der andere für die Speisung mit einem ütöchiometrischen Brennstoff-Luftgemisch. Das fettere Abgas von dem mit dem fetten Gemisch gespeisten Zylinder wird dem Reaktor über die Leitung 5^ und das magere Abgas über die Leitung 53 zugeführt. In die Auslässe wird im wesentlichen in der anhand von Fig. 1 beschriebenen Weise Luft mittels eines vom Motor angetriebenen Kompressors eingeblasen. In einer Reihe von Versuchen, deren Ergebnisse nachstehend zusammengefaßt sind, blieb die Einstellung von Vergaser und Zündung unverändert. Die Versuche wurden nach dem in der Verordnung 15 der EWG beschriebenen und im Journal Officiel de la Republique Francaise vom 17- Mai 1969 veröffentlichten Verfahren durchgeführt. Das Versuchsfahrzeug wurde nach einem Kaltstart auf einem Prüfstand untersucht, wobei eine genormte Folge verschiedener Betriebsbedingungen viermal nacheinander wiederholt wurde. Abgasproben wurden 33 see nach dem Anlassen

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des Motors und dann fortlaufend während der viermaligen Wiederholung aufgefangen. Die Gehalte der Abgase an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen wurden ermittelt. In der folgenden Tabelle sind die mittleren Gewichte dieser Schadstoffe in Gramm angegeben.

Schadstoff GO Kohlenwasserstoffe

Serienfahrzeug 98 6,7

Fahrzeug in erfindungsgemäßer· Ausstattung 20- 1,5

Es ist somit zu erkennen, daß eine erhebliche Verminderung der Schadstoffemission des Motors ohne Änderung der Betriebscharakteristik des Motors erzielt wurde. Darin unterscheidet sich die Erfindung beträchtlich von bekannten JTachverbrennungsreaktoren, ,bei denen der Vergaser für die Erzeugung eines fetteren Abgases eingestellt werden muß, so daß sich der Brennstoffverbrauch erhöht.

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Claims

2602646 Patentansprüche:

1. / Verfahren zum Verringern der Schadstoffemission einer mehrere Zylinder mit jeweils einem beweglich darin geführten Kolben aufweisenden Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zylinder ein Brennstoff-Luftgemisch verbrannt wird, welches ein fettes Abgas mit einem bei Vermischung mit einem sauerstoffhaltigen Gas zur Verbrennung ausreichendem Gehalt an brennbaren Stoffen ergibt, daß in wenigstens einem anderen Zylinder ein Brennstoff-Luftgemisch verbrannt wird, welches ein mageres Abgas mit einem bei Vermischung mit einem sauerstoffhaltigen Gas zur Verbrennung nicht ausreichenden Gehalt an brennbaren Stoffen ergibt, daß das fette und das magere Abgas dafür vorgesehenen, miteinander strömungsverbundenen Bereichen eines eine Auslaßzone und eine damit strömungsverbundene Auslaßöffnung aufweisenden Reaktors zugeleitet wird, daß dem fetten und dem mageren Abgas ein sauerstoffhaltiges Gas beigemischt wird, so daß die im fetten Abgas enthaltenen brennbaren Stoffe verbrennen und dabei die Verbrennung der brennbaren Anteile des mageren Abgases in der Kontaktzone zwischen dem fetten und dem mageren Abgas fördern, und daß die wenigstens teilweise von brennbaren Bestangdteilen befreiten Abgase über die Auslaßzone und die Auslaßöffnung ausgestoßen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die fetten und mageren Abgase in der Auslaßzone innig miteinander vermischt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase in der Auslaßzone niedriger ist als die Brenngeschwindigkeit der brennbaren Stoffe in dem sie durchströmenden Abgasgemisch.

4-, Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des sauerstoffhaltigen Gases den fetten und mageren Abgasen vor deren Eintritt in den Reaktor zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffhaltige Gas den Abgasen nahe den oder in den Auslässen der Brennkraftmaschine zugesetzt wird.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das fette Abgas wenigstens 5 Vol.% Kohlenmonoxid enthält.

7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das fette Abgas bis zu 8 Vol.% Kohlenmonoxid enthält.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß das magere Abgas dadurch erzeugt wird, daß in dem wenigstens einen anderen Zylinder ein Brennstoff -Luftgemisch verbrannt wird, welches einen gleichmäßigen Lauf der Maschine gewährleistet.

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9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der fetten und mageren Abgase insgesamt im wesentlichen die gleiche ist wie die der Abgase, welche bei der Speisung der Zylinder mit einem im wesentlichen gleichmäßigen, einen im wesentlichen gleichmäßigen Lauf der Maschine gewährleistenden Brennstoff-Luftgemisch entstehen.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9_T dadurch gekennzeichnet, daß das in dem wenigstens einen anderen Zylinder verbrannte Brennstoff-Luftgemisch das 1,0 bis 1,05-fache des stöchiometrischen Brennstoffgehalts hat.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche ^ bis 10, dadurch gekennzei chnet, daß das in dem einen Zylinder verbrannte Brennstoff-Luftgemisch das 1,15 bis 1,30-fache des stöchiometrischen Brennstoffgehalts hat.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennz ei chnet, daß die Auslaßzone in wärmeübertragender Verbindung mit den untereinander strömungsverbundenen Bereichen des Reaktors steht, so daß eine gewisse Wärmemenge von den Abgasen in der Auslaßzone auf die Abgase in den miteinander strömungsverbundenen Bereichen des Reaktors übertragen wird.

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13· Vorrichtung zum Reinigen der Abgase einer mehrere Zylinder mit jeweils einem beweglich darin geführten Kolben aufweisenden Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen hohlen Reaktor (50) durch ein sich innerhalb des Reaktors in gewissem Abstand zu dessen Wandung von einem Ende des Reaktors wenigstens halbwegs zum anderen Ende erstreckendes Rohr (51) welches als Flammenhalter oder -durchschlagsicherung wirksam ist und wenigstens an dem einen Ende des Reaktors eine Abgas-Aus laß öffnung und wenigstens im Bereich des anderen Endes innerhalb des Reaktors wenigstens eine Abgas-Eintrittsöffnung (56) aufweist., durch eine Anzahl von in gegenseitigen Abständen am Reaktor angeschlossenen Abgasleitungen (53? 54-) für die Zufuhr der Abgase von jedem Zylinder zum Innenraum des Reaktors, und durch Einrichtungen, welche das Entweichen der Abgase aus dem Reaktor" an anderer Stelle als durch das Rohr hindurch verhindern.'

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (50) und das Rohr (51) kreisförmigen Querschnitt haben und im wesentlichen konzentrisch angeordnet sind.

15· Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennz e ichnet, daß die Abgasleitungen (53 j 54) im wesentlichen tangential am Reaktor (50) angeschlossen sind.

16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13

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bis 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Reaktors (50) das 1,5- bis dreifache von dem des Eohrs (51) beträgt.

17. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an der Auslaßöffnung des Rohrs (51) ein Auspuffrohr angeschlossen ist, welches im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie das' Rohr hat.

18. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rohr (51) innerhalb des Reaktors (50) bis an dessen anderes Ende erstreckt und daß die wenigstens eine Abgas-Eintrittsöffnung nahe dem anderen Ende des Reaktors in der Wandung des Rohrs gebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der wenigstens einen Abgas-Eintrittsöffnung (56) etwa 4-5% bis 200% von der des Rohrs (51) beträgt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Abgas-Eintrittsöffnung (56) in wenigstens einer Richtung eine solche Abmessung hat, daß die Öffnung einen Flammenhalter oder eine Flammen-Durchschlagsicherung bildet.

21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Abgas-Eintrittsöffnung durch einen in Längs-

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richtung des Rohrs (51) verlaufenden Schlitz (56) gebildet ist.

22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (51) wenigstens im Bereich der wenigstens einen Abgas-Eintrittsöffnung (56) wenigstens ein in Längsrichtung des Rohrs angeordnetes, schneckenförmiges oder in sich verdrehtes Element (57.2 enthält.

23- Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sich das schneckenförmige oder in sich verdrehte Element (57) sich über die innerhalb des Reaktors (50) verlaufende Länge des Rohrs (51) erstreckt.

24-. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das schneckenförmige oder in sich verdrehte Element wenigstens zwei in sich verdrehte Leite bleche (57) aufweist, welche in gegenseitiger Verlängerung so angeordnet sind, daß ihre aneinanderstoßenden Enden im wesentlichen senkrecht zueinander stehen.

25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 24-, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (50) zur Verringerung von Wärmeverlusten von einer Verkleidung umgeben ist.

26.. Brennkraftmaschine mit einer Anzahl von jeweils einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Zylindern, in denen jeweils ein Kolben hin und her beweglich geführt ist, sowie

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mit Luft-Zufuhreinrichtungen für die Zufuhr von Luft zu den Einlassen der Zylinder, gekennzeichnet durch eine Brennstoffzuführeinrichtung (15 bis 20) für die Speisung der Zylinder (11 bis 1A-) mit Brennstoff, welcher mit der von der Luft-Zufuhreinrichtung zugeführten Luft ein brennbares Brennstoff-Luftgemisch in den Zylindern bildet, wobei das einem Zylinder zugeführte Gemisch fetter ist als das wenigstens einem anderen Zylinder zugeführte, durch eine von den einzelnen Auslassen mit Abgasen gespeister, mit einer Auspuffleitung (35) verbundene Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 13 bis 25» und durch eine Einrichtung (25 bis 30) für die Zufuhr eines sauerstoffhaltigen Gases in das Innere der Vorrichtung.

27· Brennkraftmaschine nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Zufuhreinrichtung (15 bis 20) so ausgebildet ist, daß das dem einen Zylinder (11) zugeführte Gemisch das 1,15 bis 1,30-fache des stöchiometrischen Brennstoffgehalts hat und das dem wenigstens einen anderen Zylinder (12 bis 14) zugeführte Gemisch das 1,0 bis 1,05-fache des stöchiometrischen Brennstoffgehalts hat.

28. Brennkraftmaschine nach Anspruch 26 oder 27» dadurch gekennzeichnet, daß das vom Reaktor umschlossene Volumen im wesentlichen gleich dem Volumen der expandierten Gase aus den Zylindern ist.

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