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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfernen
von Verunreinigungen, die in Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren enthalten
sind.
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Wie
bekannt ist, bestehen die in den Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren
enthaltenen Verunreinigungen in erster Linie aus Kohlenmonoxid (CO), unverbrannten
Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NO und NO2).
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Diese
Verunreinigungen sind das Ergebnis der unvollständigen Verbrennung des Gemisches aus
Luft und Kraftstoff (CO und HC) oder sind unvermeidbare Produkte
von Reaktionen, die im Verbrennungsumfeld stattfinden (NO und NO2).
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Ihre
Konzentration hängt
von vielen Funktionsparametern der Motoren ab, einschließlich und insbesondere
der Gemischeinstellung von Luft und Kraftstoff und der Zündfunkenvorverlegung;
die Werte dieser Parameter beeinflussen in verschiedener und oft
gegensätzlicher
Weise die schädlichen
Verunreinigungen, die Leistung und den Wirkungsgrad der Motoren.
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Es
sind viele Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die angewendet werden,
um schädliche Emissionen
zu entfernen und deren Konzentration zu reduzieren; diese schließen die
Anwendung besonderer Formen bei Brennkammern und Einlasskanälen ein;
es werden dadurch Werte erreicht, die einen Kompromiss zwischen
den Parametern darstellen, der zum einen eine Reduktion der schädlichen
Emissionen ermöglicht
und zum anderen die Leistung und den Wirkungsgrad der Motoren verbessert.
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Ein
anderes Verfahren, das üblicherweise angewendet
wird, um zumindest teilweise schädliche Emissionen
zu reduzieren, besteht in der Rezirkulation eines Teils der Auspuffgase
zum Einlass des Motors.
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Außerdem sind
Systeme zum Entfernen von schädlichen
Emissionen bekannt, bei denen die Auspuffgase in der Weise behandelt
werden, dass Reaktionen zur vollständigen Oxidation von Kohlenmonoxid
(CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) zu Kohlendioxid (CO2)
und Wasser (H2O) sowie zur Reduktion von
Stickoxiden (NO und NO2) zu Stickstoff (N2)
ablaufen; solche Systeme arbeiten mit der Injektion von oxidierender
Sekundärluft
in den Auspuffkrümmer oder
mit katalytischen Reaktionen.
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Die
Katalyse erfolgt durch Vorrichtungen, die als katalytische Konverter
(Katalysatoren) bekannt sind, insbesondere Dual-Katalysator-Konverter,
d.h. solche, die sowohl eine Oxidation von CO und HC als auch eine
Reduktion von NO und NO2 zulassen.
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Ein
typischer Katalysator ist ein Schalldämpfer, der in das Auspuffrohrsystem
eingefügt
ist und auf dessen Oberfläche
ein poröses
feuerfestes Material eingebettet ist, wobei dieses Material wiederum mit
Substanzen, wie z.B. Platin, Palladium und Rhodium imprägniert ist,
die katalytische Reaktionen hervorrufen,.
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Ein
Kontakt zwischen den Auspuffgasen und den katalytischen Substanzen
leitet die Reaktionen zur Oxidation und Reduktion der schädlichen
Emissionen ein.
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Andere
Vorrichtungen zum Entfernen, wie z.B. Luftfilter, Verunreinigungen
selektiv adsorbierende Materialien und Zusätze von Substanzen, die die Verringerung
von schädlichen
Emissionen zu Kraftstoffen erleichtern, oder dergleichen, werden üblicherweise
zusammen mit Katalysatoren benutzt.
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FR
1.506.696, erteilt an M. Michel, Jean, Charles Puisais, beschreibt
einen Luftreiniger, der einen rohrförmigen Hauptkörper enthält, der
ein Flüssigkeitsreservoir
bildet und der mit einem Lufteinlass und einem unteren Ablassstopfen
versehen ist. Innerhalb des Hauptkörpers befinden sich zwei koaxiale
rohrförmige
Körper,
von denen sich einer teilweise innerhalb des anderen befindet, um
einen ringförmigen
Kanal zu bilden. Der innere rohrförmige Körper befindet sich auf einer
niedrigeren Höhe
und erstreckt sich in die Flüssigkeit;
während
der äußere rohrförmige Körper sich
nach oben erstreckt und eine Expansionskammer bildet, die am oberen
Ende über einen
Trichterverschluss an einen Auslass für gereinig te Luft angeschlossen
ist. Stromaufwärts
vom Luftauslass ist ein Filter angeordnet. Die zu reinigende Luft
kollidiert mit der Flüssigkeit,
an die sie einen Teil ihrer Verunreinigungen abgibt und gelangt
dann in den ringförmigen
Kanal, der zwischen den beiden rohrförmigen Körpern gebildet wird. Hierdurch
wird innerhalb des äußeren rohrförmigen Körpers ein
Unterdruck erzeugt und die Flüssigkeit
wird vernebelt. Die Flüssigkeitstropfen
kollidieren miteinander, vereinigen sich und umschließen Luftverunreinigungen, um
dann anschließend
in das Flüssigkeitsreservoir zu
fallen. Die gereinigte Luft strömt
durch den Filter, der die verbleibenden Flüssigkeitstropfen festhält, so dass
die getrocknete und gereinigte Luft dann aus dem entsprechenden
Auslass ausströmt.
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Diese
konventionellen Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch nicht frei
von Nachteilen, einschließlich
der Tatsache, dass sie nicht gleichzeitig und vollständig alle
verschiedenen Arten von schädlichen
Emissionen entfernen und dass ihre Wirksamkeit von der Behandlungszeit
des Gases, von der Arbeitstemperatur und von besonderen Werten der
Gemischeinstellung von Luft und Kraftstoff abhängt.
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Aus
dem letzten Grunde sind diese Verfahren und Vorrichtungen erst dann
aktiv, wenn ein ausreichender Zeitraum nach dem Anlassen des Motors verstrichen
ist. Sie erfordern die Installation besonderer Regel- und Einstellsysteme,
was die Komplexität des
Aufbaus solcher Motoren erhöht.
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Darüber hinaus
erfordern katalytische Konverter die Verwendung besonderer Kraftstoffe
mit kontrolliertem Gehalt an Blei, welches diese vergiftet und ihre
Wirkung unterminiert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben angegebenen
Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung
zum Entfernen von Verunreinigungen, die in Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren
enthalten sind, vorzuschlagen, die es erlaubt, wirksam und gleichzeitig
alle schädlichen
Emissionen zu vermeiden. Die Vorrichtung soll mit beliebigen Arten
von Kraftstoffen arbeiten, keine besonderen Einrichtungen zum Regeln
und Einstellen der Arbeitsparameter des Motors erfordern und eine
Reduktion der schäd lichen
Emissionen unabhängig
vom Behandlungszeitraum und der Arbeitstemperatur sicherstellen.
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Innerhalb
des Umfanges dieses Zieles ist es eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Vorrichtung mit einem Aufbau vorzuschlagen, der
einfach, verhältnismäßig leicht
zu realisieren, sicher in der Benutzung, wirksam im Betrieb und
mit verhältnismäßig niedrigen
Kosten herzustellen ist.
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Dieses
Ziel sowie diese und andere Aufgaben, wie später noch zu erkennen sein wird,
werden durch die vorliegende Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen,
die in Auspuffgasen von Verbrennungsmotoren enthalten sind, gemäß Anspruch
1 erreicht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der detaillierten
Beschreibung eines bevorzugten, aber nicht ausschließlichen
Ausführungsbeispiels
einer Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen, die in Auspuffgasen
von Verbrennungsmotoren enthalten sind, hervor. Diese Beschreibung
erfolgt an Hand eines nicht einschränkenden Beispiels in Verbindung
mit der beigefügten
Zeichnung, wobei die einzige Figur eine schematische Ansicht der
Vorrichtung der Erfindung zeigt.
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In
der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 allgemein eine
Vorrichtung zum Entfernen von Verunreinigungen, die in Auspuffgasen
von Verbrennungsmotoren enthalten sind.
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Die
Vorrichtung 1 enthält
zumindest eine Förderleitung 2 für die zu
behandelnden Auspuffgase, die in einen Behälter 3 führt, der
eine Flüssigkeit
L zur Gaswäsche,
vorzugsweise Wasser, enthält.
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Zwischen
der Förderleitung 2 und
dem Behälter 3 sind
Fördermittel
eingefügt,
die aus einem Lüfter 4 bestehen,
der teilweise in die Flüssigkeit
L eintaucht und durch Antriebsmittel in Form eines Riemens 5 angetrieben
wird.
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Der
Lüfter 4 drückt die
Auspuffgase des Motors in den Behälter 3 mit der Flüssigkeit
L.
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Die
Förderleitung 2 ist
außerdem
mit einer Einlassleitung 6 für Hilfsluft verbunden.
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Eine
Vernebelungskammer 7 ist oberhalb des Behälters 3 angeordnet
und kommuniziert mit der freien Oberfläche der Flüssigkeit L; die Wärme der
vom Motor kommenden Auspuffgase ist derart, dass sie die Flüssigkeit
bis zum Kochen erwärmt
und der auf der freien Oberfläche
erzeugte Dampf zusammen mit den durchfließenden Gasen in die Vernebelungskammer 7 gelangt.
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Innerhalb
der Vernebelungskammer 7 sind erste Abschirmmittel vorgesehen,
die aus Wänden 8 in
gestaffelten Ebenen angeordnet sind, wobei diese Ebenen etwa senkrecht
zur Strömungsrichtung
des Dampfes und der Gase verlaufen.
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Der
Dampf und die Gase treffen auf die Wände 8 auf, vermischen
sich miteinander und bilden einen dichten Nebel.
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Auf
den Wänden 8 bildet
sich ein Film aus kondensierter Flüssigkeit und bindet die Verunreinigungen,
die in den Behälter 3 zurückfließen.
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Der
Dampf und die Gase werden in eine erste, niedrigere Expansionskammer 9a und
eine zweite, obere Expansionskammer 9b gefördert, die
miteinander verbunden und in Serie oberhalb der Vernebelungskammer 7 angeordnet
sind.
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Die
Expansionskammer 9a ist unterhalb der Vernebelungskammer 7 angeschlossen,
während
die obere Expansionskammer 9b mit mindestens einer Leitung 10 für den Auslass
der behandelten Gase und des Dampfes, der nicht kondensiert hat,
verbunden ist.
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Zweckmäßigerweise
ist die obere Expansionskammer 9b mit einem zweiten Schirmmittel
versehen, das aus zweiten Wänden 11 besteht,
und mit einer Drainageleitung 12, die das an den Wänden 11 gebildete
Kondensat in einen Sammeltrog 13 abführt.
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Die
Förderleitung 2 enthält ein Strömungsregelventil 14,
das öffnet,
wenn der Motor angelassen wird, und die Förderleitung 2 mit
dem Behälter 3 verbindet.
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Das
Strömungsregelventil 14 schließt, wenn der
Motor anhält,
um die Verbindung zwischen der Förderleitung 2 und
dem Behälter 3 zu
unterbrechen.
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Auf
diese Weise wird verhindert, dass ein Teil der Flüssigkeit
L und ein Teil des Dampfes zurück zum
Motor strömen
und die Zylinder beschädigen können.
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Um
den Motorlärm
zu reduzieren, sind konventionelle Schalldämpfer 15 an die Hilfsleitung 6 angeschlossen.
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Die
untere Kammer 9a ist mit Stopfen 16 versehen,
um die Flüssigkeit
L nachzufüllen.
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Am
Boden des Behälters 3 sind
Mittel 17 zum Sammeln der in der Flüssigkeit L zurückgehaltenen
Verunreinigungen vorgesehen und bestehen aus einem Trog, der mit
einem Verschlussmittel 18 in der Art eines Absperrschiebers
oder dergleichen ausgerüstet
ist, um den Durchfluss der Flüssigkeit
während der
Reinigung und/oder Wartung des Troges zu verhindern.
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Die
Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist wie folgt: Sobald der Motor angelassen wird, öffnet das
Ventil 14 die Förderleitung 2 und der
Lüfter 4 rotiert
mit Hilfe der Riemen 5. Auf diese Weise werden die Auspuffgase
des Motors in die Flüssigkeit
L im Tank 3 gedrückt.
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Nach
einer anfänglichen Übergangsperiode bewirkt
die Wärme
der durch die Flüssigkeit
L strömenden
Auspuffgase ein Kochen der Flüssigkeit.
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Der
an der freien Oberfläche
der Flüssigkeit L
entstehende Dampf gelangt zusammen mit den mitströmenden Gasen
in die Vernebelungskammer 7, wo sie wiederholt auf die
Wände 8 treffen,
was zu einer innigen Vermischung des Dampfes mit den Gasen führt.
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Der
Dampf behält
die Verunreinigungen zurück
und das sich an den Wänden 8 bildende
Kondensat fließt
zurück
in Richtung der Sammelmittel 17.
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Nachdem
die Expansionskammern 9a und 9b passiert sind,
werden der verbleibende Dampf und die behandelten Gase durch die
Auslassleitung 10 nach außen abgeleitet.
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Die
Sammelmittel 17 sind mit einem Absperrschieber 18 versehen,
der während
des Betriebes der Vorrichtung 1 offen ist; er wird geschlossen,
wenn es erforderlich ist, die Verunreinigungen zu entfernen, die
sich auf den Sammelmitteln 17 niedergeschlagen haben.
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In
der Praxis hat sich herausgestellt, dass durch die beschriebene
Erfindung die beabsichtigten Ziele erreicht und die gestellten Aufgaben
gelöst
werden.
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Wenn
technischen Merkmalen in den Ansprüchen Bezugszeichen folgen,
so wurden diese Bezugszeichen einzig zur Verbesserung der Verständlichkeit
der Ansprüche
eingefügt.
Dementsprechend haben solche Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung
auf die Interpretation jedes Elementes, das beispielsweise durch
ein solches Bezugszeichen identifiziert wurde.