WO1985005405A1

WO1985005405A1 - Exhaust gas reactor and process for treating exhaust gases

Info

Publication number: WO1985005405A1
Application number: PCT/DE1985/000152
Authority: WO
Inventors: Hans Karl Leistritz
Original assignee: Hans Karl Leistritz
Priority date: 1984-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1985-12-05
Also published as: AU4300085A; EP0214974B1; EP0214974A1

Description

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Abgasreaktor und Verfahren zum Behandeln von Abgas

Die Erfindung betrifft einen Abgasreaktor für Brennkraftma¬ schinen mit periodischem Abgasausstoß, bei dem das aus einem Auslaßkanal der Brennkraftmaschine kommende Abgas einer bündelartig angeordneten Strahlrohrgruppe zugeführt, dort mit Frischluft zu einem reaktionsfähigen Gasgemisch ver¬ mischt, in einem nachfolgenden Raum zu einer Nachreaktion gebracht, und als ausgebranntes Endgas einem Auspuffkanal zugeleitet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Behandeln von Abgas, bei dem ein Abgasreaktor der vor¬ stehend genannten Art verwendet wird.

Ein derartiger Abgasreaktor ist aus der DE-OS 33 22 435 bekannt.

Die Erfindung ist bei Brennkraftmaschinen, aller Art mit periodischem Abgasausstoß einsetzbar, also bei Zweitakt-, Viertakt- und Diesel-Hubkolbenmotoren, bei Rotationskolben¬ motoren sw.

Es sind in der Vergangenheit zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren bekannt geworden, die eine Reduzierung des Schad¬ stoffanteiles im Abgas von Brennkraftmaschinen zum Ziel hatten. Alle bekannten Vorschläge waren und sind dabei mit einem Zielkonflikt konfrontiert, nämlich dem, unter den bestehenden Zielrichtungen der Motorleistung, des Kraft-^* stoffVerbrauches, der Kosten und der Abgasemission einen optimalen Kompromiß zu finden.

Im Vordergrund der gegenwärtigen technischen, aber auch umweltpolitischen Diskussion steht die katalytische Abgas- Nachbehandlung mit sog. "Katalysatoren". Obwohl mit derarti¬ gen Katalysatoren in einigen Ländern mit erheblichem Kraft¬ fahrzeugbestand bereits Langzeiterfahrungen bestehen, ist ein systematischer Nachteil des Katalysator-Konzepts, daß der Verbrennungsablauf im Motor künstlich verschlechtert wird. Um nämlich einen Katalysator optimal, d.h. bei maximaler Schadstoffreduktion und minimalem Verschleiß, zu betreiben, ist eine Abgasregelung mit einer Sauerstoffsonde, eine sog. Lambda-Regelung erforderlich, die dem Motor ständig ein stöchiometrisches Kraftstoff/Luftgemisch zuführt, das zwar für den Betrieb des Katalysators, nicht jedoch für die Leistungsausbeute des Motors optimal ist. Außerdem stellt der Katalysator als "Pfropf" i_n Abgasstrang einen künstli¬ chen Widerstand dar, der zu Leistungsverminderungen führen muß. Schließlich sind als weitere Nachteile des Katalysa¬ tor-Konzeptes das derzeit noch unerprobte Langzeitverhalten, insbesondere bei hohen Fahrgeschwindigkeiten und damit langdauernd hohen Abgastemperaturen, die Leistungsverminde¬ rung sowie der ^' Kostenfaktor bei der Erstausrüstung bzw. Nachrüstung sowie der ordnungsgemäßen Wartung zu nennen.

In größerer Nähe zur vorliegenden Erfindung sind weiterhin zahlreiche thermische Abgasbehandlungsverfahren bekannt, die man seither als "Nachverbrennung" bezeichnet hat. Entspre¬ chende Versuche gehen bis an das Ende des vergangenen Jahr¬ hunderts zurück und sind beispielsweise bereits in der DE-PS 114 345 vom 16.2.1899 beschrieben worden.

Die seither bekannten Verfahren zur thermischen Nachbehand¬ lung von Abgasen hatten insgesamt zum Ziel, die noch reakti¬ onsfähigen Bestandteile des von der Brennkraftmaschine ausgeschobenen Abgases in einer Nachverbrennungsreaktion auszubrennen und dabei insbesondere das Kohlenmonoxid sowie die Kohlenwasserstoffe zu verbrennen. Die bekannten Verfahren haben jedoch lediglich eine Nachver¬ brennung der Abgase ohne Berücksichtigung des Ladungswech¬ sels in der Brennkraftmaschine zum Ziel gehabt und sie haben daher zu weniger befriedigenden Ergebnissen geführt.

Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen, die man auch als "Thermoreaktoren" bezeichnet hat, hat man zwar bereits eine gewisse Reduzierung der Stickoxide erreicht, hierzu jedoch einen Temperaturbereich benötigt, der durch Verbrennen von im wesentlichen HC- und CO-Bestandteilen erreicht wurde. Wurde bei solchen bekannten Thermoreaktoren infolge Abmage¬ rung die Abgaszusammensetzung jedoch so, daß nur noch wenige ausbrennbare Bestandteile vorlagen, verringerte sich die Temperatur und damit auch die Beseitigung der Stickoxide.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten Abgasreaktor, bzw. das mit ihm durchführbare Verfahren, dahingehend weiterzubilden, daß ohne systemfremde Eingriffe in den Betrieb der Brennkraftmaschine eine deut¬ lich erhöhte Schadstoffreduzierung und zwar einschließlich der Stickoxide und Ruß, im Abgas möglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nachexplosion mindestens näherungsweise im Takt des Ladungs¬ wechsels der Brennkraftmaschine bei motorseitig geschlosse¬ nem Auslaßkanal erfolgt, daß Mittel vorgesehen sind, um die von der jeweils periodisch ausgestoßenen Abgasmenge ausge¬ löste und dieser vorauseilenden Stoßwelle verbunden mit Reflektionen räumlich abwechselnd zu divergieren und zu konvergieren, wobei sich in den Konvergenzbereichen Heißzo¬ nen bilden, und daß die der Stoßwelle nacheilende Abgasmenge durch die Heißzonen geleitet wird, wobei die die Stoßwelle und die Abgasmenge führenden Wandungen des Abgasreaktors so ausgebildet sind, daß die Abgasmenge die Heißzonen im Augen¬ blick der Zündung der als Nachexplosion ablaufenden Nachre¬ aktion durchläuft.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird damit voll¬ kommen gelös .

Mit dem erfindungsgemäßen Abgasreaktor bzw. dem damit durch¬ führbaren Verfahren wird nämlich erstmalig der zyklische Ladungswechsel des Motors in die Abgasbehandlung miteinbezo- gen, wodurch jeweils zwei aufeinanderfolgende Gasmengen synchron reagieren, nämlich zum einen die in der Brennkraft— maschine jeweils zur Explosion gebrachte Menge des frischen Kraf stoff-Luftgemisches sowie im nachgeschalteten Abgasre¬ aktor die während des vorhergehenden Ladungswechsels ausge¬ stoßene Abgasmenge, die nachfolgend auch als "Abgasquant" bezeichnet wird. Diese diskontinuierliche Darstellungsweise gilt vor allem bei entsprechender Dimensionierung der Motor¬ auslaßleitungen, im Kaltstart sowie in den für das Drehmo¬ ment wichtigen Drehzahlbereichen. Wird von diesen Idealbe¬ dingungen abgewichen, werden beispielsweise hohe Drehzahlbe¬ reiche erreicht, ergibt sich ein mehr und mehr fließender Übergang zu kontinuierlichen Vorgängen.

Die Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe wird ferner ganz wesentlich auch dadurch gefördert, daß es mit dem erfin- dungsgemäßen Abgasreaktor bzw. dem damit durchführbaren Verfahren möglich geworden ist, den Energieinhalt des von der Brennkraftmaschine ausgeschobenen Abgasquants selbst zur Abgasnachbehandlung zu nutzen. Tritt nämlich der Abgasquant am Auslaßventil (eines Viertakt-Ottomotors) oder Auslaß¬ schlitz (eines Zweitaktmotors) aus, wird hierdurch eine Stoßwelle sehr hoher Geschwindigkeit, typischerweise Über¬ schallgeschwindigkeit, ausgelöst, die dem eigentlichen Abgasquant vorauseilt. Bei seitherigen Abgasreaktoren wurde der Energieinhalt dieser Stoßwelle "verschenkt", weil die Stoßwelle mehr oder weniger gedämpft den Abgasreaktor sowie den nachgeschalteten Auspuffkanal mit Schalldämpfer durch¬ lief. Im diametralen Gegensatz hierzu wird jedoch bei der Erfindung "das Phänomen Stoßwelle" dadurch genutzt, daß sie durch mit Durchsatz durch divergierende und konvergierende Geometrien zur Heißzonenbildung veranlaßt wird. Durch Ausle¬ gung des Abgasreaktors, insbe ondere der darin auftretenden Laufzeiten, wird nun erreicht, daß der der Stoßwelle nach¬ eilende Abgasquant die in den Konvergenzbereichen entstande¬ nen Heißzonen durchläuft und dadurch die gewünschten Nach¬ reaktionen entstehen.

Es liegt auf der Hand, daß hierdurch wesentlich günstigere thermische Gesamtbedingungen entstehen, so daß gegenüber bekannten thermischen Abgasreaktoren erheblich mehr Schad¬ stoffe reduziert werden.

Innerhalb der verbesserten thermischen Verhältnisse können die erreichbaren Nachreaktionen bis zur nachexplosiven Reaktion gesteigert werden. Da Nachexplosionen naturgemäß heftige Reaktionen sein können, werden Rückwirkungen auf die Brennkraftmaschine dadurch ausgeschaltet, daß durch geeigne¬ te raumgeometrische Anordnungen ein Rückschlagen dieser Druckstöße soweit vermindert wird, daß für die motorische Verbrennung keine Nachteile entstehen. Wesentlich ist dabei ferner, daß in dem Augenblick der Nachreaktion der Auslaßka¬ nal (Ventil oder Schlitz) der Brennkra tmaschine wieder geschlossen ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zündung über Fremdzündung mittels Zündkerze. Besonders bevorzugt ist die Fremdzündung dabei die Zündanlage der Brennkraftmaschine, insbesondere kann die Zündkerze des Abgasreaktors in Reihe mit der Zündkerze der Brennkraftma¬ schine liegen.

Diese Maßnahme hat den wesentlichen Vorteil, daß eine exakte Synchronisierung der Explosion im Brennraum der Brennkraft¬ maschine einerseits und der Nachexplosion im Abgasreaktor andererseits vorgenommen werden kann, wozu es kaum einer wesentlichen Modifikation der bereits vorhandenen Zündanlage der Brennkraftmaschine bedarf. Weiterhin ist die Zündung mittels Zündkerze vollkommen unabhängig von der Eigentempe¬ ratur des Abgasreaktors, sie wird daher vorzugsweise auch in der Kaltstartphase eingesetzt, bis sich die Brennkraftma¬ schine und der Abgasreaktor warmgelaufen haben. WO85/05405 - S- PCT/DE85/00152

Dieser letztgenannte Vorteil ist deswegen besonders wichtig, auch im Vergleich zu dem Katalysator-Konzept, weil der erfindungsgemäße Abgasreaktor bzw. das damit durchführbare Verfahren auf diese Weise bereits während des Kaltstartes der Brennkraftmaschine deutlich verminderte Schadstoffwerte ergibt, während, wie Fachleuten durchaus bekannt, jedoch in allgemeinen Publikationen weitgehend unbekannt, nach dem Katalysator-Konzept betriebene Einrichtungen zur Abgasbe¬ handlung während der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine nur eine verhältnismäßig geringe Effizienz bei der Reduktion der Schadstoffe zeigen. Dieser Gesichtspunkt ist jedoch für eine Gesamtbetrachtung des Schadstoffproblems, auch unter ökologischen Gesichtspunkten, bedeutsam, weil nach statisti¬ schen Erhebungen ein beträchtlicher Anteil der Kilometerlei¬ stung von Kraftfahrzeugen auf Kurzstrecken entfällt, auf Fahrten also, die sich ganz oder im wesentlichen in der Kaltstartphase der Brennkraftmaschine abspielen. Eine deut¬ liche Reduzierung der Schadstoffe i der Kaltstartphase ist mithin ein ganz wesentlicher Faktor für die gesamthafte Reduzierung der Schadstoffbelastung aus Abgasen von Brenn¬ kraftmaschinen.

Gilt dies schon in der beschriebenen Weise für Brennkraftma¬ schinen in Kraftfahrzeugen, so gilt dies in zum Teil noch deutlicherer Weise für sonstige Brennkraftmaschinen, wie sie beispielweise bei.Rasenmähern, Kettensägen u.dgl. eingesetzt werden, da derartige Gerätschaften in aller Regel nur sehr kurzzeitig eingesetzt werden.

Eine besonders gute Wirkung wird er indungsgemäß auch da¬ durch erzielt, daß die Zündung insbesondere nach einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine über Glühzündung an Flächen des Abgasreaktors erfolgt. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein weiteres Fremdzünden dann entbehrlich wird, wenn nach Ablauf einer gewissen Zeit in der Zone der Nachexplosion befindliche Wandungen durch Erreichen von Rotglut sich so weit aufgeheizt haben, daß die nachfolgenden Zündungen für die Nachexplosion selbsttätig erfolgen. In diesem Fall kann sogar eine Synchronisierung mit dem Ladungswechsel der Brennkraftmaschine im wesentli¬ chen allein durch die Laufzeiten des Abgasquants durch den Abgasreaktor hindurch erreicht werden. Außerdem ist es in solchen Fällen vorteilhaft, die bereits geschilderten Kon¬ vergenzbereiche der fokussierten Stoßwellen nicht punktfor- ig, sondern vielmehr linienförmig anzulegen, so daß die gewünschte Reaktion auch bei Selbstzündung durch Glühflächen in einem darüberhinaus erweiterten Raumfeld vor sich geht.

Für die Führung der Stoßwelle im Abgasreaktor werden im wesentlichen zwei Wege vorgeschlagen:

Bei dem ersten vorgeschlagenen Weg ist gegenüber dem Auslaß der Strahlrohrgruppe eine Rückwurfwand angeordnet, der gegenüber wiederum sich eine sich räumlich verengende Schub¬ düse befindet, deren enge Mündung in eine zum Auspuffkanal führende Zugstrecke übergeht.

Bei dieser Art der Stoßwellenführung wird somit eine fokus- sierende Re lektionsanordnung verwendet, bei der die Stoß¬ welle zunächst in der Strahlrohrgruppe divergiert, dann fokussiert und auf die Rückwurfwand gerichtet wird, wobei sie nach Durchlaufen des Raumbereiches zwischen Strahlrohr¬ gruppe und Rückwurfwand und der Reflektion dann Konvergenz- bereiche bilden, »die Heißzonen entsprechen. Die den Stoßwel¬ len nacheilenden Abgasquanten gelangen nach dem Austritt aus der Strahlrohrgruppe in Zonen, in denen sie mehrfach von einer Stoßwelle bzw. deren Reflektionen überlaufen werden, so daß ein sprunghafter Temperaturanstieg eintritt und im selben Augenblick die Nachreaktionen ausgelöst werden.

Die nachgeordnete Schubdüse, die die Funktion einer sog. Lorin-Düse hat, beschleunigt den Reaktionsvorgang und sorgt für ein schnelles Ausstoßen des ausgebrannten Endgases.

Bei Ausführungsformen der Erfindung kann der Strahlrohrgrup¬ pe ein als Stoßrohr wirkender langgestreckter Hohlleiter nachgeordnet sein, der beidendig mit Rückwurfwänden abge¬ schlossen ist.

Diese Maßnahme hat den besonderen Vorteil, daß eine lange Verweilstrecke realisiert wird, auf der der Abgasquant ein- oder gar mehrfach von der Stoßwelle überlaufen werden kann. Die große longitudinale Ausdehnung des Hohlleiters und der dadurch realisierten Verweilstrecke hat den großen Vorteil, daß die erfindungsgemäß ausgenutzte Umwandlung der Stoßwel¬ lenenergie in thermische Energie über einen breiten Dreh¬ zahlbereich erfolgen kann, weil sich naturgemäß mit variie¬ render Drehzahl auch der Ort der Heißzonen und der damit verbundene Zeitablauf ändert. Insbesondere ergeben sich damit Vorteile bei schnellen Drehzahländerungen, wie sie beispielsweise beim Auskuppeln oder Einkuppeln nach bzw. vor einen Gangwechsel auftreten.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Varian¬ te ist der Hohlleiter als doppeltes Stoßrohr in zwei hinter- einanderliegende Abschnitte unterteilt und die Stoßwelle bzw. die Abgasmenge werden im Übergangsbereich der beiden Abschnitte schräg eingeleitet.

Diese Maßnahme ergibt besonders günstige Bauformen, außerdem können erfindungsgemäß vorgesehene Einrichtungen zum konver¬ gieren bzw. divergieren im genannten Übergangsbereich der beiden Abschnitte angeordnet sein, ^* so daß beim Hin- und Herlaufen der Stoßwelle während jedes Durchganges ein Diver¬ gieren und Konvergieren stattfindet .

Bei Ausführungsformen dieses Ausführungsbeispieles kann die Schubdüse die Strahlrohrgruppe kragenartig umgeben, es kann in umgekehrter Weise aber auch die Strahlrohrgruppe die Schubdüse an ihrem Umfang umgeben, und schließlich ist es auch möglich, daß die Strahlrohrgruppe, die Rückwurfwand und die Schubdüse, stromabwärts hintereinander angeordnet sind.

Jede dieser Varianten hat ihre eigenen Vorteile, auch in bezug auf einen kompakten Aufbau und die Strahlführung im Abgasreaktor:

Bei ^' Weiterbildung der genannten Varianten kann die Rück¬ wurfwand als kegelstumpfför iges oder gewölbtes Haubenteil ausgebildet sein, wodurch sich gewünschte Reflektionscharak- teristiken einstellen lassen.

Die Rückwurfwand kann aber auch als einander gegenüberlie¬ gende Wandungen einer gekrümmten Rohrleitung ausgebildet sein, darüber hinaus können alle möglichen, denkbaren Konfi¬ gurationen von parabolischen, elliptischen oder sonstigen Wandungen verwendet werden, wie dies an sich zum Erzielen von Brennpunkten oder Brennstrecken beispielsweise aus der Optik, der Strahlenoptik u.dgl. bekannt ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel dieser Varianten kann die Rückwurfwand auch als zylinderför iger Boden des Abgasreak¬ tors ausgebildet sein, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau ergibt ebenso wie vorteilhafte Wärmetauschfunktionen, wie sie weiter unten noch beschrieben werden.

Wird als Rückwurfwand ein Haubenteil verwendet, so kann dieses mehrstufig ausgebildet sein, um den Übergang, zur Schubdüse möglichst klar zu umgrenzen und damit den Reak¬ tionsraum für die Nachexplosion zu definieren. Bei besonde¬ ren Anwendungsfällen kann das weitere, zylindrische Hauben¬ teil sogar bis in die Schubdüse hineinreichen.

Sofern man zur Zündung der Nachreaktionen eine Zündkerze verwendet, ist diese vorteilhaft in der Rückwur and selbst anzuordnen. An bestimmten Positionen kann auch eine Summer¬ zündung angewendet werden, d.h. eine Zündung, bei der konti¬ nuierlich Zündfunken erzeugt werden.

Bei dem zweiten vorgeschlagenen Weg der Erfindung wird die Führung der Stoßwelle und des Abgasquants dadurch bewirkt, daß am auspuffseitigen Ende des Hohlleiters ein Welle-Gas- Separator mit Rückwurfwänden für die Stoßwelle und mit Öffnungen für das ausgebrannte Endgas angeordnet ist.

Diese Reihe von Ausführungsbeispielen unterscheidet sich damit von der zuvor geschilderten Reihe dadurch, daß allein die Stoßwelle, nicht jedoch der nachfolgende Abgasquant umgelenkt wird, weil am Ende des Reaktionsraumes für die Nachexplosion der Welle-Gas-Separator den Abgasquant passie¬ ren läßt, während die Stoßwelle reflektiert wird.

Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispieles ist der Welle-Gas-Separator als ^'in das Ende des Hohlleiters hinein¬ ragende Rohrleitung ausgebildet, deren Ende als Rückwurfwand verschlossen ist, die an ihrem Umfang unterhalb des Endes mit den Öffnungen versehen ist und die an ihrem anderen Ende in den Auspuffkanal übergeht.

Diese Merkmale haben den Vorteil, daß der Abgasreaktor in sich axial erstreckende Abgassysteme eingesetzt werden kann, bei denen das Rohgas am einen Ende zugeführt und am anderen Ende über den Welle-Gas-Separator abgeleitet wird.

Demgegenüber sieht eine andere Variante vor, daß der Welle- Gas-Separator am Ende des Hohlleiters als labyrinthartiger Boden ausgebildet ist, von dem seitliche Öffnungen in einen den Hohlleiter umgebenden Ringraum führen, in dem das ausge¬ brannte Endgas an der Außenwand der Zugstrecke im Gegenstrom vorbeiströmt.

Diese Variante eignet sich für eine "sackartige" Ausfüh¬ rungsform des Abgasreaktors, bei der die Zuleitung des Rohgases und die Ableitung des ausgebrannten Endgases von derselben Seite her erfolgen. Außerdem ergibt sich durch den Gegenstrom der ausgebrannten Endgase eine gewisse Wärme¬ tauschwirkung, bei der die nach der Nachreaktion abströmen¬ den Abgase Wärme in der Reaktionszone halten. Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels kann der Welle-Gas-Separator als seitlich am Ende des Hohlleiters angeordnetes Feinlochblech ausgebildet sein, dessen Lochgrö¬ ße rückhaltend für Rußpartikel von Dieselmotor-Abgasen ist.

Diese Maßnahme ergibt einen überraschenden weiteren Vorteil, weil nämlich das am Ende des Hohlleiters angeordnete Fein- iochblech den Vibrationen der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, so daß die insbesondere beim Kaltstart eines Dieselmo¬ tors anfallenden Rußpartikel im Abgas zwar einerseits zu¬ rückgehalten werden, andererseits aber infolge der Vibratio¬ nen kein Verstopfen des Feinlochbleches droht. Die sich im Bereich dieses Bleches ansammelnden Rußpartikel verden vielmehr dort solange zurückgehalten, bis sich im Hohlleiter ein ausreichend hohes thermisches Niveau aufgebaut hat, das die Rußpartikel dann abbrennt.

Schließlich wird bei einem Ausführungsbeispiel hierzu die Führung von Stoßwelle und Abgasquant zunächst dadurch vor¬ genommen, daß die Strahlrohrgruppe am Auslaß in eine sich kegelförmig erweiternde Wand übergeht, an die sich eine kegelförmig verengende Schubdüse anschließt, die an ihrer engen Mündung zu einer Zugstrecke führt .

Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß die schrägen Wände der sich verengenden Schubdüse eine relativ flache Reflektion der Stoßwelle bewirken, die dann nachfolgend sich in eine langgestreckte Brennlinie fokussiert, so daß eine sich über einen langen Bereich erstreckende Heißzone auf¬ tritt. Dies ist insbesondere in Anbetracht von variierenden Drehzahlen von Vorteil, weil durch eine langgestreckte Brennlinie die Nachreaktionen in einem größeren Raumbereich auftreten können, wie sich dies bei abruptem Drehzahlwechsel der Brennkraf maschine ergib .

Weiterhin wird bei der letztgenannten Gruppe von Ausfüh¬ rungsbeispielen eine gute Wirkung dadurch erzielt, daß die Zündkerze im Bereich des Überganges von der Schubdüse zur Zugstrecke angeordnet ist.

Diese, für die Nachreaktion optimale Positionierung der Zündkerze ergibt insbesondere während des Warmlaufens der Brennkraftmaschine einen optimalen Betrieb des Abgasreak¬ tors.

Für die Zuführung der Abgase aus dem Auslaßkanal in den erfindungsgemäßen Abgasreaktor sind zwei verschiedene Bau¬ formen vorgesehen.

Bei einer Bauform mündet der Auslaßkanal senkrecht zur Achse der Strahlrohrgruppe in einen Abgas-Eingangsraum, von dem Rohgasleitungen bzw. Mischgasleitungen der- Strahlrohrgrupp.e abgehen.

Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für Mehrzy- linder-Brennkraftmaschinen, deren mehrere Auslaßkanäle gemeinsam, jedoch diskontinuierlich auf einen einzigen Abgasreaktor arbeiten.

Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels grenzt minde¬ stens eine L fteinzugskammer an den Abgas-Eingangsraum an mindestens einer Seite wärmeleitend an. Diese Maßnahme hat, insbesondere dann, wenn von der Luftein¬ zugskammer eine Frischluftleitung in den Abgasstrang führt und dadurch ein gewisser Frischluftdurchsatz gewährleistet ist, der auch über Regelklappen einstellbar sein kann, den Vorteil, daß eine Temperierung des einströmenden Rohgases im Sinne einer Abkühlung erfolgen kann. Dies ist von besonderem Vorteil bei Viertakt-Ottomotoren, die insbesondere bei hohen Drehzahlen sehr heiße Abgase liefern, wobei hinzu kommt, daß die moderne Motorentechnik hin "zu Hochtemperatur-Ottomotoren geht. Durch die vorstehend geschilderte Maßnahme ergibt sich nun der Vorteil, daß eine Temperierung des Abgasstranges erreicht werden kann.

Dies stellt den erfindungsgemäßen Abgasreaktor im übrigen auch in einen Gegensatz zu den bekannten Abgas-Katalysato¬ ren, die infolge des kompakten Keramikkörpers und der darin ablaufenden katalytischen Abgas-Nachbehandlung sehr hohe Temperaturen, beispielsweise von 1200°C erreichen. Dies kann in bestimmten Situationen eine Gefährdung darstellen, bei¬ spielsweise wenn ein Kraftfahrzeug mit sehr hoch erhitztem Katalysator, der sich in dessen Bodengruppe befindet, an einer Stelle abgestellt wird, in deren Nähe sich entzündbare Materialien befinden. Dies kann beispielsweise im Sommer der Fall sein, wenn ein solches Kraftfahrzeug auf einer Wiese abgestellt wird.

Andererseits kann bei einer anderen Variante dieses Ausfüh¬ rungsbeispiels mindestens ein Abgas-Eingangsraum an einen der Strahlrohrgruppe nachgeordneten Raum, vorzugsweise den Übergangsraum eines doppelten Stoßrohres, wärmeleitend angrenzen. Diese Maßnahme eignet sich beispielsweise bei Dieselmotoren, bei denen die erfindungsgemäß gewünschte Reaktion des Abga¬ ses in einem Temperaturbereich stattfindet, der gelegentlich von den einströmenden Rohgasen nicht ohne weiteres erreicht wird. Es kann daher bei dieser Variante der Erfindung eine zusätzliche Aufheizung der einströmenden Rohgase durch die genannten Maßnahmen bewirkt werden.

Bei einer anderen Bauform geht hingegen der Auslaßkanal koaxial zur Strahlrohrgruppe in geneigte Rohgasleitungen oder Mischgasleitungen der Strahlrohrgruppe über.

Diese Bauform der Erfindung eignet sich insbesondere für Einzylindermotoren, beispielsweise bei Motorrädern.

Bei beiden vorher genannten Bauformen ist es jedoch von besonderem Vorteil, wenn dem Ausgang des Auslaßkanals eine Schrägwand gegenübersteht, die die Stoßwelle bzw. Abgasmenge verlustarm in die Strahlrohrgruppe umlenkt.

Diese Maßnahme ist deswegen besonders wichtig und vorteil¬ haft, weil erfindungsgemäß gerade die Wirkung der vom ausge¬ schobenen Abgasquant ausgelösten Stoßwelle ausgenutzt werden soll und es daher unabdingbar ist, daß die Stoßwelle mög¬ lichst verlustarm in die eigentlichen Führungselemente des Abgasreaktors gerät.

Ein weiterer Vorteil dieser Merkmale ergibt sich dadurch, daß erfindungsgemäß ja die Abgase in die bündelartig ange¬ ordnete Strahlrohrgruppe geleitet' werden müssen, wozu ange¬ strebt wird, das aus dem Auslaßkanal der Brennkraftmaschine austretende Abgas möglichst gleichmäßig auf die verschiede¬ nen Leitungen der Strahlrohrgruppe zu verteilen. WO85/05405 _ ₁ _. _ PCT/DE85/00152

Wird beispielsweise bei der Bauform mit radial angesetztem Auslaßkanal nur ein einzige Auslaßkanal an den Abgasreaktor angeschlossen, weil es sich entweder um eine Einzylinder- Brennkraftmaschine handelt oder jedem Zylinder ein eigener Abgasreaktor zugeordnet ist, ergibt die zur Achse geneigte Schrägwand einen Abgas-Eingangsraum, dessen Querschnitt vom Auslaßkanal an abnimmt-. Der zur Verfügung stehende Quer¬ schnitt des Eingangsraumes entspricht damit jedoch dem erforderlichen Querschnitt, weil die Abgasmenge beim Durch¬ strömen des Ei gangsraumes zunehmend über die Rohre der Strahlrohrgruppe abgeleitet wird, so daß sich insgesamt gleichmäßige Strömungsgeschwindigkeiten und ein etwa gleich¬ mäßiges Druckniveau ergeben.

Bei der Bauform mit axial angesetztem Auslaßkanal hat die vorzugsweise kegelförmig und axial angeordnete Schrägwand hingegen den Vorteil, daß sie das eintretende Rohgas um die Achse des Abgasreaktors herum verwirbelt und gleichmäßig in die Rohre der Strahlrohrgruppe führt.

Bei der Bauform mit axial angesetztem Auslaßkanal ist es aber auch möglich, daß der Auslaßkanal in seiner ganzen Querschnittsfläche in die Rohgasleitungen übergeht.

Diese Maßnahme ist von besonderem Vorteil bei sehr klein bauenden Abgasreaktoren, wie sie beispielsweise für Einzy- linder-Brennkraftmaschinen bei Mopeds, Motorrädern, Rasenmä¬ hern u.dgl. Verwendung finden können. Zwar ist bei diesem Ausführungsbeispiel keine separate Schrägwand vorgesehen, die Eingangsbereiche der Rohgasleitungen der Strahlrohrgrup- pe sorgen jedoch für eine entsprechende Verteilung und Verwirbelung des Abgases, wie dies bereits weiter oben geschildert wurde.

Eine weitere Maßnahmengruppe der Erfindung betrifft unter¬ schiedliche Formen der Zumischung von Frischluft in den Abgasweg. Die Erfindung unterscheidet dabei grundsätzlich zwischen einer Primärluft-Beimischung im Bereich der Strahl¬ rohrgruppe selbst und einer Sekundärluf -Nachmischung, die erst hinter der Strahlrohrgruppe erfolgt.

Das Vorsehen einer Primärluft-Zumischung und einer Sekundär¬ luft-Nachmischung ermöglicht eine Prozeßführung, bei der in der Primärluft-Zumischung eine unterstöchio etrische Mi¬ schung eingestellt wird, die noch nicht den völligen End¬ ausbrand herbeiführt, damit in dieser Zone zwischen Primär¬ luft-Zumischung und Sekundärluft-Nachmischung die NO-Reduk¬ tion erfolgen kann, und zwar dadurch, daß NO mit den noch nicht vollständig ausgebrannten CO- und HC-Bestandteilen zu reagieren vermag. Sind hierbei noch gewisse CO- bzw. HC-Spu- ren existent, werden sie mittels Sekundärluft-Nachmischung zum Endausbrand gebracht.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann zur Primär¬ luft-Beimischung eine erste Lufteinzugskammer für Frischluft vorgesehen sein, von der Frischluftleitungen ausgehen, die in der Strahlrohrgruppe in Mischgasleitungen münden, die ihrerseits mit dem Auslaßkanal verbunden sind.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß "auf kurzem Wege" eine Frischluft-Zumischung bereits sehr weit vorne im Abgasreak¬ tor möglich ist, so daß im Reaktionsraum für die Nachexplo¬ sion ein besonders gutes reaktionsfähiges Gemisch zur Verfü¬ gung steht. __, _2Q _

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Primärluft-Beimischung eine erste Lufteinzugskammer für Frischluft vorgesehen, die bis an die Austrittsöffnungen von mit dem Auslaßkanal verbundenen Rohgasleitungen reicht und dort dem Rohgas Frischluft zumischt.

Die Vorteile dieses Ausführungsbeispieles sind ähnlich wie bei den vorhergenannten, weil^* auch in diesem Falle die Frischluft noch im Bereich der Strahlrohrgruppe, wenngleich erst an ihrem Ausgang, zugemischt wird. Ein Vorteil dieser Variante liegt jedoch darin, daß der bauliche Aufwand für die Strahlrohrgruppe relativ gering ist, so daß sich diese Variante besonders für einfache Ausführungsformen bei klei¬ nen und b-lügen Brennkraftmaschinen eignet.

Bei einer dritten Variante ist zur Primärluft-Beimischung in der Strahlrohrgruppe mindestens eine zu dieser koaxiale Frischluftleitung angeordnet, die einerseits mit einer Lufteinzugsleitung für Frischluft verbunden ist und anderer¬ seits räumlich neben Roh- oder Mischgasleitungen der Strahl¬ rohrgruppe mündet.

Der Vorteil dieser beispielsweise axial verlaufenden zusätz¬ lichen Frischluftleitung ist, insbesondere dann, wenn sie in weiter unten noch geschilderter Weise mit einem Mengenregel- organ verbunden ist, der, daß durch gezieltes Einspeisen von Frischluft in die getrennte Frischluftleitung eine Kühlung der umgebenden Elemente des Verteilerraumes der Strahlrohr¬ gruppe möglich ist.

Im Hinblick auf die von der Primärluft-Beimischung streng zu teilende Sekundärluft-Nachmischung ist erfindungsgemäß eine Variante vorgesehen, bei der Leitungen dem Gasgemisch in oder nach der Zone der Nachexplosion weitere Frischluft zumischen.

Dies kann bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung da¬ durch erfolgen, daß auf der von der Strahlrohrgruppe abge¬ wandten Seite der Rückwurfwand eine zu dieser offene, zweite Lufteinzugskammer für Frischluft angeordnet ist, daß die Rückwurfwand mit Öffnungen zum Durchtritt der Frischluft versehen ist und daß die Frischluft als Kühlluft die die Zone der Nachexplosion umgrenzenden Bauteile peripher um¬ streicht .

Bei einer anderen Variante zur Sekundärluft-Nachmischung führt von der ersten oder zweiten Lufteinzugskammer ein Ringraum außen an der Strahlrohrgruppe vorbei und mündet über Öffnungen oder eine weitere Leitung in bzw. nach der Zone der Nachexplosion, vorzugsweise in eine zu einem Aus- puffkanal führende Zugstrecke.

Der Vorteil dieser beiden vorgenannten Varianten wird ohne weiteres ersichtlich, weil sich die Sekundärluft-Nachmi¬ schung naturgemäß besonders gut zum Regeln der Abgasnachbe¬ handlung eignet. Dies trifft insbesondere die Ausführungs¬ beispiele, bei der die Sekundärluft als Kühlmedium für sich erwärmende Teile des Abgasreaktors dient.

Man kann dabei, wie bereits erwähnt, die erforderliche Kühlung auch dadurch erzielen, daß man einen Wärmetauscher vorsieht, der bei einem Kraftfahrzeug an das dort bereits vorhandene Kühl- bzw. Heizsystem angeschlossen sein kann. Sowohl bei der Primärluft-Beimischung wie auch bei der Sekundärluft-Nachmischung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die erste bzw. zweite Lufteinzugskammer über eine Lufteinzugsleitung mit Frischluft versorgt wird.

Man kann dann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in den Lufteinzugsleitungen mindestens eine Regelklappe anordnen.

Es stehen damit in vorteilhafter Weise Stellorgane für Steuer- bzw. Regeleinrichtungen zur Verfügung, mit denen sowohl die Zusammensetzung wie auch die Temperatur des Gasgemisches gezielt eingestellt werden können. Diese chemi¬ sche und physikalische Beeinflussung des Gasgemisches kann dabei an verschiedenen Stellen des Abgasreaktors, und zwar sowohl vor wie auch in wie auch nach der Zone der Nachexplo¬ sion stattfinden.

Bei hohem Stickoxid-Gehalt des Rohgases kann die Einstellung eines hohen Temperatur-Niveaus (um 1300°C) notwendig sein, wodurch schnellere Zerfallsreaktionen des NO anlaufen, während bei dieser Temperatur die langsameren Bildungsvor¬ gänge des NO noch nicht nennenswert möglich sind, und zwar vor allem dann nicht, wenn in einer ersten Abgasstrecke mit Luftmangel gefahren wird.

Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, die Regelklappen mit einer Füllungsregelung oder einer Abgasregelung, insbesonde¬ re einer Lambda-Regelung, der Brennkraftmaschine in Wir¬ kungsverbindung zu bringen. Zeigt sich beispielsweise, daß im ausgebrannten Endgas noch ein relativ hoher Säuerstoffan¬ teil enthalten ist, kann man die Frischluftzufuhr drosseln. Es sei jedoch an dieser Stelle betont, daß durch die erwähn¬ ten Regelkreise oder Steuerungen kein Einfluß auf den Be- trieb der Brennkraftmaschine selbst genommen, sondern aus¬ schließlich das Verhalten des Abgasreaktors beeinflußt wird. Die Brennkraftmaschine kann somit in ganz wesentlicher Verfolgung der Zielrichtung der Erfindung völlig unabhängig betrieben und optimiert werden, um bei minimalem Kraftstoff¬ verbrauch eine optimale Leistungsausbeute zu erzielen, wozu, je nach Betriebsbedingungen, das Kraftstoff/Luftgemisch entweder fett oder mager oder gerade stöchiometrisch einzu¬ stellen ist. Auf diese Weise ergibt sich für den Motoren¬ konstrukteur in sehr vorteilhafter Weise wieder eine nahezu vollständige Freiheit, die Brennkraftmaschine nach an sich bekannten Methoden zu optimieren, ohne hierbei durch Abgas¬ probleme eingeengt zu werden.

Bei weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann den Lufteinzugsleitungen Frischluft über ein Gebläse zugeführt werden, sofern die Ansaugwirkung nicht ausreicht.

Vorteilhaft ist auch, in weiterer Ausgestaltung der Erfin¬ dung, den Abgasreaktor als Baueinheit mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine zu vereinigen, so daß sich ein beson¬ ders kompakter und wirkungsvoller Aufbau ergibt.

Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung steht ein mit der Zone der Nachexplosion gekoppelter Temperatursensor in Wirkverbindung mit einer Kraftstoffzumessungseinrichtung der Brennkraftmaschine.

Der Vorteil dieser Maßnahme ist, daß neben der synchronen Verbrennung in der Brennkraftmaschine und dem Abgasreaktor zugleich eine ineinander abgestimmte Steuerung in bezug auf die Gemischqualität erfolgt, was insbesondere während der Kaltstart-Zeitspanne» von Vorteil ist, nach der ein vorgese¬ hener Magerbetrieb beider Stufen einsetzt.

Schließlich kann, um unkontrollierte Nachexplosionen dann, wenn der Motor noch nicht durch eigene Zündungen rundläuft, vorgesehen sein, Mittel zu verwenden, die die Fremdzündung der Nachexplosion während des Anlassens der Brennkraftma¬ schine unterdrücken.

Bei allen zuvor geschilderten Ausführungsbeispielen kann in vorteilhafter Weise der Abgasreaktor als Baueinheit mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine vereinigt sein.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß ein mechanisch stabiler Aufbau entsteht, bei dem der Übergang vom Brennraum der Brennkraftmaschine zum Abgasreaktor festliegt und daher bereits motorseitig optimiert werden kann.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein mit der Zone der Nachexplosion gekop¬ pelter Temperatursensor in Wirkverbundung mit einer Kraft¬ stoffzumessungseinrichtung der Brennkraftmaschine steht.

Diese Maßnahme hat insbesondere im Kaltstartbetrieb der Brennkraftmaschine erhebliche Vorteile, weil der Temperatur¬ sensor diesen Bereich erkennt und daher die Beladung der Brennkraftmaschine kurzzeitig verstellen kann, bis nach dem Warmlaufen der Brennkraftmaschine z.B. auf einen Magerbe¬ trieb übergegangen wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Mittel zum Unterdrücken der Fremdzündung der Nachexplosion während des Anlassens der Brennkraftmaschine vorgesehen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß unkontrollierte Nachex¬ plosionen vermieden werden, während der Motor noch gar nicht "läuft".

Bei einer weiteren Variante' der Erfindung sind mehrere diskrete Zonen der Nachexplosion hintereinander angeordnet. Insbesondere kann eine Schubdüse über eine axiale Zugstrecke zu einem Resonanzraum führen, der eine quer zur Zugstrecke verlaufende Fläche aufweist und in eine Leitung zum Auspuff¬ kanal übergeht.

Diese Maßnahme ist von besonderem Vorteil bei besonders hohen Drehzahlen, wie sie beispielsweise bei schnellen Sportwagen und Motorrädern auftreten. Es kann bei diesen sehr hohen Drehzahlen nämlich die Geschwindigkeit des Abgas¬ quants so hoch werden, daß die Vermischung mit den Heißzonen der konvergierten, vorauseilenden Stoßwelle erst in recht hohem Abstand vom Auslaßkanal der Brennkraftmaschine er¬ folgt, so daß es bei diesen Anwendungsfällen mit extrem hohen Drehzahlen sinnvoll sein kann, anstelle einer langge¬ zogenen Brennstrecke oder zusätzlich zu dieser eine weitere, diskrete Nachexplosionszone vorzusehen.

Schließlich umfaßt die vorliegende Erfindung auch mit beson¬ derem Vorteil Verfahren, bei denen Abgasreaktoren der vor¬ stehend genannten oder der nachstehend noch geschilderten Art verwendet werden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Be¬ schreibung und der beigefügten Zeichnung. Es versteht sich dabei, daß die vorstehend beschriebenen und die nachstehend noch erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebe¬ nen Kombination, sondern darüber hinaus auch jeweils einzeln oder in beliebigen anderen Kombinationen verwendet wer e'n können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu ver¬ lassen.

In der Zeichnung sind verschiedene Schnittbilder von Ausfüh¬ rungsformen erfindungsgemäßer Abgasreaktoren dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, insbesondere für einen Zweitaktmotor, mit kegelstumpfförmige Haubenteil als Rückwurfwand;

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel, ähnlich Fig. 1, jedoch mit davon abweichender Sekundärluft-Nach- ^* mischung durch einen Ringraum um die Zündkerze;

Fig. 2a ein weiteres Ausführungsbeispiel, ähnlich dem in Fig. 2, jedoch mit davon abweichender Sekundär¬ luft-Nachmischung;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel, insbesondere für Viertakt-Ottomotoren mit gewölbtem Haubenteil als Rückwurfwand;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Zugstrecke und Resonanzraum hinter der Schubdüse; Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel in rein axialer Bauweise mit einem ausgangsseitigen Welle-Gas- Separator;

Fig. 6 'ein weiteres Ausführungsbeispiel mit gewölbten Rohrwandungen als Rückwurf and;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Fokussierung der Stoßwelle hinter der Strahlrohrgruppe;

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Umlenkung von Stoßwelle und Gasquant durch einen durch die Strahlrohrgruppe sich erstreckenden Hohlleiter;

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel, ebenfalls mit einem Welle-Gas-Separator am Ende einer Zugstrek- ke;

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform, ähnlich Fig. 8, jedoch mit unterschiedlicher Abführung des ausge¬ brannten Endgases;

Fig. 10a eine Variante zur Ausführungsform gemäß Fig. 10;

Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel in sehr einfa¬ cher, rein axialer Bauweise, insbesondere für Einzylinder-Brennkraftmaschinen.

Fig. 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit doppeltem Stoßrohr und Vorwärmung des Reaktionsraumes. __ __,

In der nachfolgenden Beschreibung soll zunächst ausführlich auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 eingegangen werden, um die grundsätzlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Bei den Ausführungsbeispielen der nachfolgen¬ den Figuren soll dann nur noch auf die jeweils abweichenden Merkmale eingegangen werden.

In Fig. 1 ist mit 10 gesamthaft ein Abgasreaktor für eine Brennkraftmaschine bezeichnet. Die Brennkraftmaschine befin¬ det sich bei der Darstellung gemäß Fig. 1 hinter dem Abgas¬ reaktor 10. Man erkennt einen Kolben 11 hinter einem Auslaß¬ kanal 12, der im dargestellten Ausführungsbeispiel der Auslaßkanal 12 eines Zweitaktmotors sein kann. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung befindet sich der Kolben 11 in einer Position, die einer halben Öffnung des Auslaßkanals 12 entspricht.

Der Abgasreaktor 10 ist in einem doppelwandigen Gehäuse 13 enthalten, das zur Schall- und Wärmeisolierung mit einem an sich bekannten und hierzu geeigneten Isoliermaterial 14 ausgfüllt sein kann.

Links unten erkennt man am Gehäuse 13 einen Auspuffkanal 15, der zu einem an sich bekannten AuspuffSystem mit Schall¬ dämpfern u.dgl. führt.

An einen Boden 16 des Gehäuses 13 ist eine erste Luftein¬ zugsleitung 17 angeschlossen, der im Inneren des Gehäuses 13 mit einer Abschlußwand 18 verschlossen ist. Unterhalb der Abschlußwand 18 befinden sich seitliche Öffnungen 19, durch die eine bei 20 angedeutete erste Frischluft von der ersten Lufteinzugsleitung 17 einströmen kann. An der rechten oberen Ecke des Gehäuses 13 erkennt man eine zweite Luf einzugsleitung 21 , in der . sich, ebenfalls in beispielhafter Darstellung, ein -schalldämpfendes Element 22 befinden kann. Durch die zweite Lufteinzugsleitung 21 kann eine mit 23 angedeutete zweite Frischluft eintreten.

Ein Deckel 24 des Gehäuses 13 weist schließlich eine dritte Lufteinzugsleitung 25 auf, in der sich, ebenfalls in bei¬ spielhafter Darstellung, eine Regelklappe 26 befinden kann. Es versteht sich dabei, daß auch die anderen Lufteinzugslei¬ tungen 17 und 21 mit derartigen Regelklappen versehen sein können, was auch auf die nachstehend noch geschilderten Ausführungsbeispiele zutrifft.

Im Bereich des Bodens 16 des Gehäuses 13 erkennt man einen Zwischenboden 27, der eine erste Lufteinzugskammer 28 ab¬ teilt. In entsprechender Weise ist der Raum im Bereich des Deckels 24 des Gehäuses 13 als zweite Luf einzugskammer 29 definiert.

Oberhalb der ersten Lufteinzugskammer 28 befindet sich ein als Abgas-Eingangsraum 30 definierter Raum, in den der Auslaßkanal 12 mündet. In den Abgas-Eingangsraum 30 tritt ein bei 31 angedeutetes Abgas ein und wird von dort zu einer Strahlrohrgruppe 32 geleitet.

Die Strahlrohrgruppe 32 ist bündelartig ausgebildet, d.h. sie ist ein im wesentlichen axialsymmetrisches Element, das um die Achse des Abgasreaktors 10 verteilt eine Fülle von Leitungen enthält, die über Umfange verteilt angeordnet sind. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind zunächst axiale Rohgasleitungen 33 vorgesehen, in die das Abgas 31 aus dem Abgas-Eingangsraum 30 ohne weiteres einströmt und die kein weiteres Gas führen. Parallel zu den Rohgasleitungen 33 erstrecken sich ebenfalls axiale Mischgasleitungen 34, in denen sich wiederum koaxiale Frischluftleitungen 35 befin¬ den. Die Frischluftleitungen 35 sind an die erste Luftein¬ zugskammer 28 und die Mischgasleitungen 34 sind an den Abgas-Eingangsraum 30 angeschlossen. Es bildet sich somit am Ausgang der Mischgasleitungen 34 ein bei 37 * angedeutetes Gasgemisch, das sich alsbald mit dem Abgas 31 aus ^'den Roh¬ gasleitungen 33 vermischt.

An den Lufteinzugsleitungen 17 und 21 sind noch Gebläse 8 angedeutet, die eingesetzt werden können, um eine genügende Menge an Frischluft 20 in den Abgasreaktor 10 zu fördern, sofern dies aus prozeßtechnischen Gründen erforderlich ist.

Die axiale Rohgasleitungen 33 und die ebenfalls axialen Mischgasleitungen 34 laufen in geneigten Strahlleitungen 36 zusammen, die sämtlich gemeinsam in einen zylindrischen Beschickungsraum 40 münden, der an seiner Zylinderfläche noch mit Öffnungen 39 versehen ist.

Der Beschickungsraum 40 ist an seiner Unterseite mit einer durchgehenden Wand 41 verschlossen, bei Varianten der Erfin¬ dung kann hier jedoch ein konischer Ansatz 42 vorgesehen sein, der sich nach unten öffnet, wie dies beim Ausführungs¬ beispiel gemäß Fig. 3 noch geschildert wird. Der obere offene Rand 43 des Beschickungsraumes 40 öffnet sich zu einer Rückwurfstrecke 44, die nach oben von einem ersten, kegelstumpfförmigen Haubenteil 45 begrenzt wird. Der Boden des Haubenteiles 45 wird von einer Rückwurfwand 46 gebildet, durch deren zentrische Öffnung 47 eine Zündkerze 48 ragt. Die Zündkerze 48 sitzt in einer an sich bekannten Fassung 49 und ist über eine Leitung 50 mit einer Zündanla¬ ge 1 einer Brennkraftmaschine 52 verbunden.

Die Brennkraftmaschine 52 wird von einer Kraftstoffzumes- sungseinrichtung 53, beispielsweise einem Vergaser, einer Einspritzanlage oder dergleichen, versorgt. Die Kraftstoff- zumessungseinrichtung 53 steht in Verbindung mit einem Temperatursensor 54, der sich im Bereich der Rückwurfstrek- ke 44 befindet.

Das erste, kegelstumpfför ige Haubenteil 45 ist im Bereich seiner Öffnung von einem zweiten, zylinderförmigen Hauben¬ teil 56 umgeben, das das erste kegelstumpfförmige Hauben¬ teil 45 teleskopartig weiterführt und dabei den oberen Teil des Beschickungsraumes 40 umschließt. Das zweite, zylinder- förmige Haubenteil 56 ist im Bereich seiner zylindrischen Wandung mit Öffnungen 56a und im Bereich seines das erste, kegelstumpfförmige Haubenteil 45 umgebenden Bodens mit Öffnungen 56b versehen.

Das zweite, zylinderförmige Haubenteil 56 öffnet sich an seiner Unterseite hin zu einer sich verengenden Schubdüse 57, die den gesamten Innenquerschnitt des Gehäuses 13 aus¬ füllt und damit die obere, zweite Lufteinzugskammer 29 vom mittleren Abgas-Eingangsraum 30 trennt. _> ,

Die sich verengende Schubdüse 57 verfügt über einen koni¬ schen Abschnitt 58, der im Bereich seiner engen Mündung 63 in eine Zugstrecke 59 übergeht. Die Zugstrecke 59 führt schließlich zum Auspuffkanal 15-

Die Wirkungsweise des Abgasreaktors gemäß Fig. 1 ist wie folgt:

Nach einer Explosion im Brennraum der Brennkraftmaschine 52 bewegt sich der Kolben 11 nach unten und gibt einen Schlitz des Auslaßkanals 12 frei. Die an dem sich öffnenden Schlitz anstehende und unter hohem Druck stehende Abgasmenge löst eine Druckwelle hoher Geschwindigkeit aus, die zunächst den Abgas-Eingangsraum 30 ausfüllt und sich alsdann durch die Strahlrohrgruppe 3 fortsetzt. Aufgrund des Anstellungswin¬ kels der geneigten Strahlleitungen 36 wird die Stoßwelle in der Rückwurfstrecke 44 fokussiert und alsdann an der Rück¬ wurfwand 46 sowie den kegeligen Flächen des ersten, kegel- stu pff rmigen Haubenteiles 45 reflektiert. Nach der Reflek- tion wird die Stoßwelle demzufolge refokussiert und bildet sowohl in der Rückwurfstrecke 44 wie auch in einer Zone 60 innerhalb der Haubenteile 45, 56 Konvergenzzonen, an denen sich infolge der hohen Energiedichte sehr hohe Temperaturen ausbilden.

Da die Stoßwelle, wie bereits erwähnt, eine sehr viel höhere Geschwindigkeit, typischerweise Überschallgeschwindigkeit, aufweist, als die vom Zylinder 11 ausgeschobene Gasmenge, der sog. "Gasquant", eilt sie dem Gasquant voraus. Der nacheilende Gasquant durchsetzt ebenfalls den Abgas-Ein¬ gangsraum 30 und dringt in die Rohgasleitungen 33 sowie die Mischgasleitungen 34 ein, dort Frischluft 20 aus den Prisch- luftleitungen 35 ansaugend und mitnehmend. Der Abgasreaktor 10 gemäß Fig. 1 ist nun so dimensioniert, daß der Abgasquant die Zone 60 in dem Augenblick erreicht, zu dem sich die vorstehend erläuterten Heißgaszonen infolge der Fokussierung der vorauseilenden Stoßwelle bereits gebil¬ det haben.

Infolge dieses Mechanismus sind nun die gesamte Rückwurf¬ strecke 44 und Zone 60 zu einem sehr kurzen und vom Takt der Brennkraftmaschine 52 bestimmten Augenblick mit einem reak¬ tionsfähigen und sehr energiereichen Gasgemisch versehen, das nun mittels der Zündkerze 48 zur Nachexplosion gebracht wird. Der Zeitpunkt dieser Explosion ist so abgestimmt, daß im Explosionsaugenblick der Kolben 11 den Auslaßkanal 12 wiederum verschlossen hat, so daß eine Rückwirkung auf die Brennkraftmaschine 52 nicht möglich ist. Die Explosion im Zylinder der Brennkraftmaschine wird in demselben Augenblick ausgelöst, so daß der Auslaßkanal 12 symmetrisch belastet wird.

Über die zweite und dritte Lufteinzugsleitung 21 , 25 ist dabei zusätzliche Frischluft nachgemischt worden, entweder um den Nachexplosionsvorgang zu beschleunigen oder aber um das nachexplodierte und damit ausgebrannte Endgas 62 durch Beimischung von Frischluft abzukühlen. Das Endgas 62 gelangt nun über eine Übergangszone 61 in den Bereich der Schubdü¬ se 57, die als sog. Lorin-Düse wirkt, und das Endgas 62 unter hoher Geschwindigkeit über die Zugstrecke 59 zum Auspuff anal 15 f rdert.

Die vorstehende Schilderung bezieht sich in erster Linie auf den Fall des Kaltstarts der Brennkraftmaschine 52, bei dem das reaktionsfähige Gemisch im Abgasreaktor 10 durch Fremd¬ zündung zur Nachexplosion gebracht werden muß. WO85/05405 __ _ PCT/DE85/00152

Nach einer gewissen Betriebszeit haben noch die Wandungen im Bereich der Rückwurfstrecke 44 und der Zone 60 Kirschrotglut erreicht, so daß die nachfolgenden Zündungen der Nachexplo¬ sion als Selbstzündungen wie bei einem Dieselmotor ablaufen. Wie bei diesem ist jedoch der Zeittakt auch der Nachexplo¬ sion exakt definiert, und zwar verläuft die Nachexplosion auch im Falle der Selbstzündung exakt synchron zur Zündung der Brennkraftmaschine 52, so daß sich am vorstehend erläu¬ terten Prozeß insoweit nichts ändert.

Der Temperatursensor 54, beispielsweise eine Bimetallfeder, kann vorteilhaft während der Kaltstartphase auf die Kraft¬ stoffzumessungseinrichtung 53 einwirken, um die Abgasredu¬ zierung in dieser Betriebsweise noch weiter zu verbessern.

Wie bereits durch die Regelklappe 26 in der dritten Luftein¬ zugsleitung 25 angedeutet, können Regelungseinrichtungen für die Menge der zugeführten Frischluft 20 vorgesehen sein, es soll dies jedoch erst weiter unten anhand von Fig. 3 erläu¬ tert werden.

Fig. 2 zeigt eine Variante 10a des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1, und zwar in folgender Hinsicht:

Zum einen unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dadurch, daß in zentrischer Position des Deckels 24 eine Hülse 65 angeordnet ist, die mit seitlichen Öffnungen 66 versehen ist. Im unteren Bereich der Hülse 65 befindet sich ein Kerzenhalter 67, der eine Halterung 68 für die Kerze 48 trägt. Zwischen Halterung 68 und Hülse 65 besteht demnach ein Ringraum 69, durch den nach Passieren der Öff¬ nungen 66 Frischluft 70, 71 in die zweite Lufteinzugskam- _^

mer 29 einströmen kann. Ein Teil der Frischluft 70 strömt dabei durch die zentrische Öffnung 47 in der Rückwurfwand 46, während ein anderer Teil der Frischluft 71 durch seitli¬ che Öffnungen 55 des ersten Haubenteiles 45 strömt.

Bei. Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird daher die Sekun¬ därluft in noch größerem Maße unmittelbar dem Reaktionsraum um die Kerze 48 herum zugeführt.

Eine weitere Variante beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 besteht darin, daß das zweite, zylindrische Haubenteil 56 weiter nach unten fortgesetzt sein kann, wie dies mit 56a angedeutet ist, so daß es dort bis in die Schubdüse 57 hineinreicht.

Eine weitere Variante beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 besteht darin, daß. die axialen Frischluftleitungen 35a unmittelbar in die geneigten Strahlleitungen 36 einmünden, so daß sich ein gegenüber Fig. 1 vereinfachter Aufbau er¬ gibt.

Fig. 2a zeigt eine weitere Variante 10b der Ausführungsbei¬ spiele gemäß Fig. 1 und 2.

Man erkennt in Fig. 2a, daß sich oberhalb des Deckels 24 eine Haube 80 befindet, an die äeitliche die zweite Luftein¬ zugsleitung 21a angeschlossen ist. Es bildet sich hierdurch eine dritte, äußere Lufteinzugskammer 81, die über Rohrstük- ke 82, 83 im Deckel 24 mit der ersten Lufteinzugskammer -29 in Verbindung steht. Die Rohrstücke 82 kleineren Durchmes¬ sers sind dabei über einen Umfang verteilt angeordnet, während das größere Rohrstück 83 zentral angeordnet ist und über einen Ringraum 65a den Kerzenhalter 67a umgibt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ferner in die Rückwurf¬ wand 46 ein flaches, jedoch weites Rohrstück 84 eingesetzt, das die Zündelektrode der Zündkerze 48 umschließt. Vom Rohrstück 84 weg erstreckt sich eine Gegenelektrode 85, die vorzugsweise mit Masse verbunden ist.

Die Zündkerze 48 gemäß Fig. 2a kann beispielsweise in Reihe mit einer in Fig. 2a nicht dargestellten Zündkerze der Brennkraftmaschine liegen, so daß schon von daher ein syn¬ chrones Zünden der Nachexplosion mit der nächsten Explosion im Brennraum der Brennkraftmaschine gewährleistet ist.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgas¬ reaktors, der insgesamt mit 90 bezeichnet ist.

In der linken unteren Hälfte von Fig. 3 erkennt man' einen Kolben eines Viertakt-Ottomotors, und das Auslaßventil ist mit 92 angedeutet. Der als Krümmer ausgebildete Auslaßka¬ nal 93 geht über einen Flansch 94 in ein doppelwandiges Gehäuse 95 des Abgasreaktors 90 über.

An den Boden des Gehäuses 95 ist ein Auspuffkanal 96 ange¬ schlossen. Im oberen Bereich des Gehäuses 95 befindet sich ein Deckel 97 und unterhalb des Deckels 97 ist eine erste Lufteinzugsleitung 98 zu erkennen, die eine Regelklappe 99 mit einer Achse 100 enthält. Die Achse 100 steht über ein Gestänge 101 mit einer Servoeinheit 102 in Verbindung. Die Servoeinheit 102 wird wiederum von einer Lambda-Regelung 103 der Brennkraftmaschine 52 betätigt, mit der sie über eine Leitung 104 in Verbindung steht. Aufgrund des vorgeschriebenen_^Mechanismus gelangt eine bei 105 angedeutete erste Frischluft in geregelt dosierter Weise durch die erste Lufteinzugseinleitung 98.

Im linken und rechten oberen Bereich des Gehäuses 95 erkennt man Öffnungen 106, durch die eine mit 107 angedeutete zweite Frischluft in das Gehäuse 95 gelangen kann. Es versteht sich dabei, daß auch im Bereich der Öffnungen 106 eine Leitung mit Regelklappe angeordnet sein kann.

Das aus dem Auslaßkanal 93 kommende Abgas gelangt zunächst in einen Abgas-Eingangsraum 110, an den eine Strahlrohrgrup¬ pe 111 mit geneigten Mischgasleitungen 112 angeschlossen ist. In den Mischgasleitungen 112 befinden sich konzentri¬ sche Frischluftleitungen 113, über die Frischluft 114 aus einem Ringraum 115 gelangt, wobei der Ringraum 115 mit den Öffnungen 106 in Verbindung steht und außen an das Gehäuse 95 angrenzt.

Die geneigten Mischga^**sleitungen 112 sind fokussierend in einen Beschickungsraum 116 gerichtet, der an seiner Unter¬ seite mit einer Wand 117 abgeschlossen ist. In der Wand 117 befindet sich zentrisch ein konischer Ansatz 118, der den Beschickungsraum 116 nach unten öffnet.

Im oberen, zylindrischen Bereich des Beschickungsraumes 116 befinden sich Öffnungen 119-

Oberhalb der freien Öffnung des Beschickungsraumes 116 erstreckt sich ein erstes Haubenteil 120, das eine gewölbte Rückwurfwand 121 sowie ein daran anschließendes zylindri- scches Haubenteil 122 aufweist. Die gewölbte Rückwurfwand 121 ist mit Öffnungen 123 /srsehen. Im Zentrum der gewölbten Rückwurfwand 121 ist an diese ein Rohrstück 124 angesetzt, das über einen Ringraum 125 eine Wand 126 einschließt, an der eine Zündkerze 127 angeordnet ist.

Oberhalb des ersten Haubenteiles 120 und dieses konzentrisch umgebend befindet sich ein zweites Haubenteil 128 von ähnli¬ cher Gestalt, das eine Rückwurfkammer 129 einschließt. Durch die Haubenteile 120, 128 hindurch erstreckt sich ein Schau¬ rohr 130, durch das hindurch, beispielsweise mittels einer Glasfaseroptik, die Reaktionsvorgänge im Abgasreaktor 90 zu Einstellzwecken beobachtet werden können.

Das zweite Haubenteil 128 verfügt ebenfalls über eine ge¬ wölbte Haube 131- Die Haube 131 begrenzt eine Lufteinzugs¬ kammer 1 2 nach unten und der Deckel 97 begrenzt sie nach oben.

Der Bereich innerhalb des zylindrischen Haubenteiles 122 bildet im wesentlichen die Zone 1 3 der Nachexplosion. Dieser Bereich öffnet sich hin zu einer nach unten gerichte¬ ten und sich dort verengenden Schubdüse 135, die wiederum in eine Zugstrecke 136 übergeht. Die Schubdüse 135 schließt nach außen mit einer Wand 1 7 ab, die den Ringraum 115 nach innen begrenzt. Der Ringraum 115 geht unten in einen Boden¬ raum 138 über, von dem eine Kühlluftabsauge-Leitung 139 zu einem Austritt 140 führt, an dem eine bei 141 angedeutete Frischluft in den Auspuffkanal 96 gelangt.

Mit 142 ist ein Wärmetauscher angedeutet., der Teil eines Kühlsystems 143 ist und die Leitung 139 umgibt, so daß an dieser Stelle der Frischluft 141 weiter Wärme entzogen werden kann. Die Wirkungsweise des Abgasreaktors 90 gemäß Fig. 3 ist wie folgt:

Die Beschickung des Gasgemisches in den Beschickungsraum 116 und die Nachexplosion in der Zone 133 erfolgt im wesentli¬ chen, wie bereits zu Fig. 1 beschrieben.

Allerdings besteht beim Abgasreaktor 90 gemäß Fig. 3 inso¬ weit eine Abweichung gegenüber dem Abgasreaktor 10 gemäß Fig. 1 , als die dort vorgesehene erste Luf einzugskammer 28 entfällt und durch den Ringraum 115 ersetzt wurde. Dieser Ringraum 115 ummantelt die Nachexplosionsstrecke und führt dort Wärme ab. Soweit die Frischluft 114 aus dem Ringraum 115 nicht zur Primärluft-Beimischung über die Frischluftlei¬ tungen 113 dient, wird sie in Richtung der Kühlluftabsauge- Leitung 139 n den Auspuffkanal 96 abgesaugt, so daß erheb¬ lich mehr Frischluft 114 als Kühlluft wirkt, wie sie an sich zur Primärluft-Beimischung benötigt würde. Der verbleibende Anteil Luft gelangt ggf. nach weiterem Wärmeentzug über die Elemente 142, 143 in den Auspuffkanal, so daß insgesamt eine beträchtliche Strecke mit Kühlwirkung existiert, so daß ein Temperaturbereich dort eingestellt werden kann, bei dem in der weiter oben geschilderten Weise die Reduzierung der Sticko_.xidanteile gelingt.

Über die erste Lufteinzugsleitung 98, dosiert durch die Regelklappe 99, erfolgt beim Abgasreaktor 90 gemäß Fig. 3 eine Sekundärluft-Nachmischung, die mit dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 52 progressiv reduzierend ab Teillast bis Vollast gekoppelt wird. Auf diese Weise wird es in genauer Abstimmung, insbesondere mit der Lambda-Regelung 103, möglich, die Beschickung der Nachexplosionsstrecke an WO85/054^Q5 - 4 - PCT/DE85/00152

der Sauerstoff-Mangel-Grenze einzurichten. Im Unterschied zur Verwendung einer Lambda-Sonde vor Katalysatoren, die ihre Regelgröße an das Luftbeladungssystem der Brennkraft¬ maschine weitergibt und hierdurch Motorleistung blockieren kann, beeinträchtigt die Anordnung gemäß Fig. 3 der vorlie¬ genden Erfindung die Motorleistung nicht. Sie hat den Vor¬ zug, sowohl der Stickoxid-Bildung in der Nachexplosions¬ strecke entgegenzuwirken und auch- ab der Schubdüse 135 der Zugstrecke 136 eine sauerstoffarme, längere Verweil¬ zeitstrecke zu realisieren, wodurch der Stickoxidausstoß weiterhin radikal reduziert wird. Die optimale Position der Lambda-Sonde liegt dabei im Eingangsbereich der Zugstrecke 136, zumal dort auch für übliche Lambda-Sonden verträgliche Temperaturen herrschen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgas¬ reaktors 149«

Dieses Ausführungsbeispiel ähnelt wiederum demjenigen von Fig. 1 , jedoch mit einer Abweichung in Bereichen stromab¬ wärts der Schubdüse 57a.

Dort geht die Schubdüse 57a in eine axiale Zugstrecke 150 über, die an ihrem Ende in einen Resonanzraum 151 mündet. Dessen, der Zugstrecke 150 gegenüberliegende Fläche 152 wirkt als Rückwurfwand. Im Umfangsbereich ist der näherungs¬ weise zylindrische Resonanzraum 151 an eine Folgeleitung 153 angeschlossen, die zum Auspuffkanal führt.

Die Besonderheit des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 4 ist die, daß der Abgasreaktor 149 über zwei Nachexplosionsräume verfügt. Im oberen Teil von Fig. 4 sind hierzu die bereits zu Fig. 1 ausführlich erläuterten Elemente vorgesehen, die bei kleinen und mittleren Drehzahlen der Brennkraftmaschine in der beschriebenen Weise arbeiten.

Darüber hinaus kann es jedoch bei extrem hohen Drehzahlen vorteilhaft sein, stromabwärts einen weiteren Brennraum vorzusehen, was in Fig. 4 durch den Resonanzraum 151 bewerk¬ stelligt wird.

Die Stoßwelle wird an den Schrägflächen 58a der Schubdüse 57a reflektiert und in eine Brennstrecke fokussiert, die sich bis in den Resonanzraum 151 erstreckt. Nach Reflektion an der Fläche 152 bilden sich Konvergenzbereiche und damit Heißzonen im Bereich des Resonanzraumes 151, und der bei extrem hohen Drehzahlen sehr viel schneller nachfolgende Abgasquant gelangt in diese Zonen und entzündet sich dort von selbst, weil bei extrem hohen Drehzahlen bereits die erforderliche Kirschrotglut der Wandungen besteht.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 zeigt einen Abgasreak¬ tor 159 in streng axialer Bauweise.

Von einem Kolben 160 in einem Zylinder 161 führt ein Auslaß¬ kanal 162 zu einer Strahlrohrgruppe 163, deren geneigte Rohgasleitungen 164 divergierend verlaufen. Die Rohgaslei¬ tungen 164 erstrecken sich an der Außenseite eines kegeligen Rückwurfele entes 166, dessen Spitze als Schrägwand 165 in den Einlaß der Strahlrohrgruppe 163 hineinragt. Das Rück¬ wurfelement 166 ist innen hohl und bildet dort schräge Rückwurfwande 167- Die Rohgasleitungen 164 gehen in düsenförmige Austrittsof ζ- nungen 168 über.

Über eine im Deckelbereich des Abgasreaktors 159 angeordnete Lufteinzugsleitung 146 gelangt Frischluft in eine Luftein¬ zugskammer 157, die an ihrer Unterseite eine ringrauraförmige Luftleitung 158 bildet und die düsenförmigen Austrittsöff¬ nungen 168 umgibt.

Das sich im Bereich der düsenförmigen Austrittsöffnungen 168 demzufolge bildende Gasgemisch gelangt auf eine sich veren¬ gende Schubdüse 169, die demzufolge gegensinnig zur Öff¬ nung 170 des Rückwurfelementes 166 angeordnet ist. Die schrägen Wände 171 der Schubdüse 169 verlaufen demzufolge entgegengesetzt geneigt zu den schrägen Innenwänden 167-

An die Schubdüse 169 schließt sich an der Unterseite ein Hohlleiter 172 an, der axial rohrförmig verläuft und an seinem Ende einen Welle-Gas-Separator 173 aufweist.

Der Welle-Gas-Separator 173 ist als in das Ende des Hohllei¬ ters 172 ragender Stumpf einer Zugstrecke 175 ausgebildet. Der Stumpf wird von einer Rückwurfwand 174 abgeschlossen und unterhalb der Rückwurfwand 174 befinden sich seitliche Öffnungen 176 in der Zugstrecke 175-

Schließlich ist im Übergangsbereich zwischen Schubdüse 169 und Hohlleiter 172 noch eine Zündkerze 177 vorgesehen.

Die Wirkungsweise des Abgasreaktors 159 gemäß Fig. 5 ist wie folgt: Das über den Auslaßkanal 162 einströmende Abgas gelangt zunächst auf die Schrägwand 165 und wird dort zirkulär verwirbelt und gleichmäßig in die geneigten Rohrgasleitun¬ gen 164 geleitet. Der so divergierte. Abgasstrom vermischt sich im Bereich der düsenförmigen Austrittsöffnungen 168 mit der über die Luftleitung 1 8 zugeführten Frischluft und trifft auf die schrägen Wände 171 der Schubdüse 169• An den schrägen Wänden 171 wird die dem Abgasquant vorauseilende Stoßwelle schräg nach unten in Fig. 5 reflektiert, wodurch sich im Bereich des Hohlleiters 172 eine axial verlaufende Brennstrecke bildet. Nach Auftreffen auf die Rückwurf¬ wand 174 wird die Stoßwelle dort reflektiert und gelangt, ggf. nach erneuter Reflektion an den schrägen Rückwurfwän¬ den 167 des Rückwurfelementes 166 wieder in den Bereich der Schubdüse 169, wo mittlerweile der Abgasquant angelangt ist und sich die Nachexplosion in der bereits geschilderten Form vollzieht .

Das Besondere am Abgasreaktor 1 9 gemäß Fig. 5 ist neben der rein axialen Bauweise zum einen die Stoßwellen/Gasführung mit zunächst erfolgendem Divergieren und anschließendem Konvergieren beider Phänomene, zum anderen ist das Besondere aber auch die vollkommene energetische Ausnutzung der Stoß¬ welle, die durch den Welle-Gas-Separator 173 im wesentlichen oberhalb dieses Elementes gehalten wird, während der Abgas¬ quant über die Öffnungen 176 den Abgasreaktor 159 ohne weiteres verlassen kann.

Der Hohlleiter 172, der am einen Ende von der Schubdüse 169 sowie den schrägen Rückwurfwänden 167 und am arideren Ende von der Rückwurfwand 174 abgeschlossen ist, wirkt als Stoß¬ rohr im Sinne der Stoßwellentechnik. In diesem Stoßrohr läuft die Stoßwelle ein- oder mehrfach hin und her und überläuft damit mit ihrer Stoßfront den später eintretenden Gasquant.

Wie bereits erwähnt, wird die von den schrägen Rückwurfwän¬ den 167 reflektierte Stoßwelle an den schrägen Wänden 171 schräg nach unten in den Hohlleiter 172 reflektiert, so daß sich eine langgestreckte Brennstrecke ergibt. Diese, im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als "Verweilstrecke" bezeichnete Strecke ist insbesondere bei stark variierenden Drehzahlen vorteilhaft, weil sich bei Drehzahländerungen. naturgemäß auch der Zeitablauf der Phänomene ändert.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist ein Abgasreaktor 179 gezeigt, der über mehrere, seitlich ankommende Auslaß- kanäl 180, 181 einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine verfügt.

Die Auslaßkanäle 180, 181 münden auf eine umlaufende Schräg¬ wand 182 eines Abgas-Eingangsraumes 183, von der aus geneig¬ te Mischgasleitungen einer Strahlrohrgruppe 184 ausgehen, die bei diesem Ausführungsbeispiel konvergierend angeordnet sind. Die Mischgasleitungen 185 münden in einen zylindri¬ schen Mischraum 186, der über eine Vielzahl von Öffnungen 189 mit einer ersten Lüfteinzugska mer 188 verbunden ist, die wiederum an eine erste Lufteinzugsleitung 187 ange¬ schlossen ist.

Im axialen Zentrum der Strahlrohrgruppe 184 befindet sich noch eine Frischluftleitung 191, die mit einer zweiten Lufteinzugskammer 192 über Öffnungen 193 verbunden ist. Der zweiten Lufteinzugskammer 192 wird Frischluft über eine zweit Lufteinzugsleitung 194 zugeführt. Es befindet sich ferner in der zweiten Lufteinzugskammer 192 noch ein Schau¬ rohr 195, über das wiederum der Nachreaktionsvorgang beob¬ achtet werden kann.

An den Mischraum 186 schließt sich stromabwärts eine Zug¬ strecke 196 an, die als gekrümmtes Rohr ausgebildet ist. Flächen 197, 198 der Zugstrecke 196 sind mit einer besonde¬ ren Krümmung versehen, die eine Fokussierung der aus dem Mischraum 186 einfallenden Stoßwelle erlauben.

An geeigneter Stelle der Zugstrecke 196 ist eine Zündkerze 200 vorgesehen. An die Zugstrecke 196 schließt sich eine Schubdüse 199 an.

Die Wirkungsweise des Abgasreaktors 179 gemäß Fig. 6 ist wie folgt:

Die über die Auslaßkanäle 180 oder 181 eintreffende Stoßwel¬ le wird über die geneigten Mischgasleitungen 185 zunächst konvergiert und anschließend in der Zugstrecke 196 an den geeignet gekrümmten Flächen 197, 198 mehrfach reflektiert und dabei abwechselnd konvergiert und divergiert, so daß sich im Bereich der Zugstrecke 196 die bereits erwähnten Heißzonen bilden, in denen der nachfolgende Abgasquant mittels der Zündkerze 200 zur Nachexplosion gebracht wird.

Über die zentrale Frischluftleitung 191 kann dabei zum einen das Gasgemisch in seinem Mischungsverhältnis, zum anderen aber auch in seiner Temperatur in gewünschter Weise einge¬ stellt werden. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 zeigt einen Abgasreak¬ tor 210 mit einer Außenwand 211, an die, diese durchdrin¬ gend, ein Auslaßkanal 212 einer Brennkraftmaschine ange¬ schlossen ist. Der Auslaßkanal 212 mündet in einen Abgas- Eingangsraum 213, von dem eine Strahlrohrgruppe 214 mit Rohgasleitungen 215 und Mischgasleitungen 216 ausgeht.

Im Gegensatz zu den seither beschriebenen Ausführungsbei¬ spielen mit konvergierenden Rohrleitungen (Fig. 1, 2, 3, 4, 6) und divergierenden Leitungen (Fig. 5) verlaufen beim Abgasreaktor 210 gemäß Fig. 7 die Rohgasleitungen 215 und die Mischgasleitungen 216 ebenso wie Frischluftzuleitungen 217 zueinander parallel und in axialer Richtung.

Die Frischluftzuleitungen 217 sind an eine Lüfteinzugskam- er 218 angeschlossen, die über eine erste Lufteinzugslei¬ tung 219 mit Regelklappe 220 an die Außenatmosphäre ange¬ schlossen ist.

Innerhalb der Außenwand 211 be indet sich ein Ringraum 221 , der nach innen von einer zur Außenwand 211 konzentrischen Wand 222 abgeschlossen ist .

Der Abgas-Eingangsraum 213 wird nach unten durch eine kegel¬ förmige Wand 225 abgeschlossen, die ohne Unterbrechung bis zur Wand 222 läuft und dann, mit Öffnungen 226 versehen, bis zur Außenwand 211 reicht. Die kegelförmige Wand 225 schließt damit eine Übergangszone 224 ein. An die sich nach unten erweiternde kegelförmige Wand 225 schließt sich ^' eine sich nach unten verjüngende kegelförmige Wand 228 an, die eine Zone 223 einschließt. Die Zone 223 geht unten in eine Zug¬ strecke 235 über, wobei sich im Übergang eine Zündkerze 236 befindet. Der Übergang wird von einem Hohlleiter 238 gebil¬ det, der am auspuffseitigen Ende von einem Welle-Gas-Separa¬ tor 237 abgeschlossen ist.

Durch die Strahlrohrgruppe 214 hindurch erstreckt sich eine zweite Lufteinzugsleitung 230, die mit einer Regelklappe 231 versehen ist und unten unterhalb des Endes der Leitungen der Strahlrohrgruppe 214 in eine sich nach unten erweiternde kegelförmige Mündung 232 mit ' Öffnungen 233 ausläuft. Die Mündung 232 befindet sich im Bereich der Übergangszone 224.

Die Wirkungsweise des Abgasreaktors 210_. gemäß Fig 7 ist ähnlich wie die des Abgasreaktors 79 gemäß Fig. 6, insoweit dort ebenfalls eine Sekundärluft-Nachmischung über eine zentrale Rohrleitung (Frischluftleitung 234) in den Aus¬ trittsbereich der Strahlrohrgruppe 214 erfolgt.

Die Führung von Stoßwelle und Abgasquant weicht hingegen beim Abgasreaktor 210 insoweit ab, als nach einem Divergie¬ ren von Stoßwelle und Abgasquant im Abgas-Eingangsraum 213 beide Phänomene zunächst achsparallel in der Strahlrohrgrup¬ pe 214 geführt und erst im Bereich der Übergangszone 224 sowie der Zone 223 konvergiert werden.

So kann beispielsweise, wie dies bereits sinngemäß zu Fig. 5 erläutert wurde, die Stoßwelle an den flachen kegelförmigen Wänden 228 der Schubdüse 227 nach unten reflektiert werden, so daß sich im Eingangsbereich der Zugstrecke 235 eine lange Brennstrecke bildet. In diesem Bereich befindet sich dann konsequenterweise auch die Zündkerze 236. Der im Übergangsbereich von der Zone 223 zur Zugstrecke 235 vorgesehene Hohlleiter 238 wirkt wiederum als Stoßrohr, wobei die an den Enden wirkenden Rückwurfwände zum einen die kegelförmige Wand 225 und zum anderen die Rückwurfwände des Welle-Gas-Separators 237 sind.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Abgasre¬ aktors 240, ebenfalls mit mehreren Auslaßkanälen 241 , 242 einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wie dies bereits zu Fig. 6 erläutert wurde.

Die Auslaßkanäle 241 , 242 weisen auf eine Schrägwand 243 eines Abgas-Eingangsraumes 244 und lenken sowohl die Stoß¬ welle wie auch den nachfolgenden Abgasquant verlustarm nach unten in achsparallel verlaufende Mischgasleitungen 245 um. Koaxial zu den Mischgasleitungen 245 und ebenfalls achspa¬ rallel verlaufen Frischluftleitungen 246, die am oberen Ende mit Öffnungen 247 versehen sind, über die sie mit einer Lufteinzugskammer 248 in Verbindung stehen. Die oberhalb der Schrägwand 243 liegende Lüfteinzugskammer 248 ist mit einer Lufteinzugsleitung 249, die senkrecht zur Zeichenebene gemäß Fig. 8 verläuft, mit der Außenatmosphäre verbunden.

Unterhalb der Mischgasleitung 245 erstreckt sich eine Zone 250, die in eine sich verengende Schubdüse 251 mit kegelför¬ migen schrägen Wänden 252 übergeht.

Konzentrisch zur aus den Mischgasleitungen 245 und den Frischluftleitungen 246 gebildeten Strahlrohrgruppe 260 verläuft ein Hohlleiter 253_. der aus dem Gehäuse des Abgas¬ reaktors 240 mit einer keramischen Isolierung 254 austritt. Der Hohlleiter 253 geht an seinem unteren Ende in eine sich nach unten öffnende weitere Schubdüse 255 über, die sich im Bereich der Zone 250 befindet. An seinem auspuffseitigen Ende ist der Hohlleiter 253 mit einem Welle-Gas-Separator 261 versehen.

Die Öffnung 256 der weiteren Schubdüse 255 liegt dem sich ver üngenden Ende der Schubdüse 251 gegenüber, das über ein in Fig. 8 nur abgebrochen dargestelltes Leitungsstück zu einem weiteren Hohlleiter 257 führt, der die Rückwurf¬ wand 258 aufweist und eine Zündkerze 259 hält.

Die Wirkungsweise des Abgasreaktors 240 gemäß Fig. 8 ist wie folgt:

Die Zuführung und Mischung von Abgas und Frischluft im Bereich der Strahlrohrgruppe 260 erfolgt in der üblichen Weise, wie für die ebenfalls achsparallele Strahlrohrgrup¬ pe 214 gemäß Fig. 7 bereits beschrieben.

Nach dem Austritt aus den Mischgasleitungen 245 wird die Stoßwelle an den nach unten schräge verlaufenden kegelförmi¬ gen Wänden 252 der Schubdüse 251 reflektiert und in den Bereich des weiteren Hohlleiters 257 entlang einer Brenn¬ linie fokussiert. Nach Reflektion an der Rückwurf and 258, Vermischung mit dem nachfolgenden Abgasquant in den Heißzo¬ nen und Zündung über die Zündkerze 259 strömt nun jedoch das ausgebrannte Endgas in die Öffnung 256 der weiteren Schubdü¬ se 255 und von dort in den Hohlleiter 253 ausgebildete und zwar in Gegenstromrichtung, bezogen auf die 3tco-'nrichtung der Strahlrohrgruppe 260. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird demnach eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "doppeltes Stoßrohr" bezeich¬ nete Anordnung mit zwei Hohlleiterabschnitten, nämlich dem oberen Rohrleiter 253 und den unteren, weiteren Hohlleitern 257 verwende . Die Zuführung des Gasgemisches erfolgt im Übergangsbereich zwischen den beiden Hohlleitern 253, 257 und zwar schräg nach unten, in den weiteren Hohlleiter 257 gerichtet. Die Stoßwelle läuft nun durch das doppelte Stoß¬ rohr unter ein- oder mehrfacher Reflektion an den Rückwurf¬ wänden 2 8 sowie denjenigen des Welle-Gas-Separators 261.

Fig. 9 zeigt einen Abgasreaktor 270 mit seitlich angesetztem Kolben 271 in einem Zylinder 272, der über einen Auslaßka¬ nal 273 an einen Abgas-Eingangsraum 274 angeschlossen ist. Eine Strahlrohrgruppe 275 erstreckt sich wiederum achsparal¬ lel in Rohgasleitungen 276 und dazu konzentrischen Mischgas¬ leitungen 277« Eine senkrecht zur Zeichenebene gemäß Fig. 9 verlaufende Lufteinzugsleitung 278 mündet in eine erste Lufteinzugskammer 279, die über eine zweite Kammer 280 mit den Mischgasleitungen 277 in Verbindung steht.

In der Achse der Strahlrohrgruppe 275 befindet sich ein zylinderbüchsenförmiges Rückwurfelement in Gestalt eines Hohlleiters 281 mit einem zylindrischen Bereich 282 und einer nach unten weisenden kegelförmigen Ausmündung 28 _> sowie einer radialen Rückwurfwand 294«

Das Rückwurfelement 281 öffnet sich zu einer sich nach unten verjüngenden Schubdüse 284 hin, die über schräg nach unten abfallende kegelförmige Wände 285 verfügt. Unten an die Wände 285 der Schubdüse 284 ist ein langgestreckter Hohl- leiter 286 angeschlossen, wobei sich im Übergangsbereich eine Zündkerze 287 befindet.

Am unteren Boden des Hohlleiters 286 befindet sich wiederum ein Welle-Gas-Separator 288 mit labyrinthartig untereinander angeordneten Rückwurfwänden 289 und dazwischen und seitlich angeordneten Öffnungen 290.

Die seitlich nach außen führenden Öffnungen 290 führen zu einem Ringraum 291, der die Zugstrecke 286 umgibt. In der Höhe der Schubdüse 284 geht seitlich vom Ringraum 291 eine Folgeleitung 292 ab, die an der Strahlrohrgruppe 275 und dem Auslaßkanal 273 vorbeiführt, dann wieder in das Gehäuse des Abgasreaktors 270 einmündet und durch die Lufteinzugskam¬ mer 279, 280 hindurch in einen Auspuffkanal 293 mündet.

Die Führung der Stoßwelle und des Abgasquants erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel zunächst ähnlich wie beim Ausfüh¬ rungsbeispiel gemäß Fig. 8 achsparallele Strahlrohrgruppe) sowie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 (doppeltes Stoßrohr mit Welle-Gas-Separator am Ende des auspuffseitigen Hohlleiters) .

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Abgasreaktor 270 nach dem Prinzip des doppelten Stoßrohrs, das aus den beiden Hohlleitern 281 und 286 mit ebenfalls schräger seitlicher Mischgaszuführung im Übergangsbereich besteht.

Das Besondere beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist neben der speziellen Ausbildung des Welle-Gas-Separators 288 das Gegenstromprinzip, wonach das ausgebrannte Endgas im WO85/05405 - ς - PCT/DE85/00152

Ringraum 291 entgegen der Str.ömung in der Zugstrecke 286 wiederum nach oben strömt und dann nach Passieren der Folge¬ leitung 292 in wärmetauschendem Kontakt durch die Luftein- zugskammer 279, 280 geführt wird.

Hierdurch stellt sich ebenso wie beim vorher geschilderten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 eine größere Gleichmäßig¬ keit der Temperaturverteilung innerhalb des Abgasreaktors 240 bzw. 270 ein, in dem einerseits die Temperatur der in den Auspuffkanal gelangenden ausgebrannten Endgase vermin¬ dert, gleichzeitig aber auch die Temperatur der zuströmenden Frischluft erhöht wird. Die entstehende Wärme wird somit besser gespeichert.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem Abgasreaktor 300, bei dem die Stoßwelle und das Abgas durch einen seitlich angesetzten Auslaßkanal 301 in einen Abgas- Eingangsraum 302 geführt wird, der nach oben durch eine Schrägwand 303 begrenzt ist.

Beim Ausführungsbeispiel geäß Fig. 10 ist lediglich ein einziger Auslaßkanal 301 vorgesehen, so daß sich eine gleichmäßige Verteilung innerhalb des Abgas-Eingangsraumes

302 infolge der Querschnittsverengung durch die Schrägwand

303 ergibt. Das einströmende Abgas wird nämlich nach Verlas¬ sen des Auslaßkanals 301 gleichmäßig auf die Strahlrohrgrup¬ pe 304, und zwar dort auf nach unten weisende Mischgaslei¬ tungen 305 verteilt, wobei in den in Fig. 10 linken Bereich des Abgas-Eingangsraumes 302 nur noch verhältnismäßig wenig Abgase gelangen. Die achsparallel verlaufenden Mischgasleitungen 305 werden teilweise von konzentrisch verlaufenden Frischluftleitun¬ gen 306 durchsetzt, die an ihrem oberen Ende mit einer zum Abgas-Eingangsraum 302 klappsymmetrischen Lufteinzugskam¬ mer 307 verbunden sind. Die Lufteinzugskammer 307 steht über eine Lufteinzugsleitung 308 mit Regelklappe 309 mit der Außenatmosphäre in Verbindung.

Die Mischgasleitungen 305 münden nach unten in eine sich nach unten verjüngende Schubdüse 310 mit kegelförmigen Wänden 311« Entgegengesetzt zur Schubdüse 310 ist eine weitere Schubdüse 312 mit Öffnung 313 angeordnet, die sich nach oben in einen Hohlleiter 314 fortsetzt, der mit einer radialen Rückwurfwand 315 versehen ist.

Die Schubdüse 310^* geht nach unten in einen zylinderförmigen Boden 316 mit Zündkerze 317 über, der eine Rückwurfwand 318 bilde .

Am oberen Ende ist der Hohlleiter 314. mit seitlichen Öffnun¬ gen 319 versehen, die zu einem Raum 320 führen, der seiner¬ seits mit einem Auspuffkanal 321 verbunden ist.

Schließlich ist am oberen axialen Ende der Zugstrecke 314 wiederum ein Schaurohr 322 vorgesehen.

Die Funktionsweise des Abgasreaktors 300 gemäß Fig. 10 entspricht weitgehend derjenigen des Abgasreaktors 240 gemäß Fig. 8 mit der Abweichung, daß beim Abgasreaktor 300^' gemäß Fig. 10 nur ein einziger Auslaßkanal 301 vorgesehen ist und . _. c^ _ PCT/DE85/00152

der Abgas-Eingangsraum 302 sowie die Lufteinzugskammer 307 die bereits geschilderte besondere Querschnittsform aufwei¬ sen.

Außerdem wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 das ausgebrannte Endgas am Ende des Hohlleiters 314 nochmals seitlich umgelenkt und erst dann in den Auspuffkanal 321 eingeleitet.

Die Öffnungen 319 sind als Feinlochblech ausgebildet und so dimensioniert, daß sie Rußpartikel im Abgas eines Dieselmo¬ tors zurückhalten können, wie sie insbesondere beim Kalt¬ start des Dieselmotors auftreten. Da sich das Feinlochblech mit den Öffnungen 319 am Ende des einseitig eingespannten Hohlleiters 314 befindet, vibriert es verhältnismäßig stark, so daß ein Verstopfen der Öffnungen 319 nicht zu befürchten ist.

Die sich an der Innenseite der Öffnungen 319 ansammelnden Rußpartikel werden während der Kaltstartphase des Dieselmo¬ tors dort gesammelt und, sobald sich der Hohlleiter 31 auf Betriebstemperatur erwärmt hat, abgebrannt.

Schließlich ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 mit der Regelklappe 309 nochmals angedeutet, daß selbstverständlich auch bei diesen Ausführungsbeispielen eine geregelte Zufuhr der Frischluft vorgesehen sein kann, wie dies weiter oben ausführlich zu Fig. 3 erläutert wurde.

Fig. 10a zeigt eine Variante 300a des Abgasreaktors 300 gemäß Fig. 10. Der Abgasreaktor 300a unterscheidet sich dabei in zwei Beziehungen: Die Schubdüse 310a ist nicht mit einem Isoliermaterial son¬ dern vielmehr mit einer weiteren Lufteinzugskammer 323 umgeben, die über eine Lufteinzugsleitung 324 mit der Außen¬ atmosphäre in Verbindung steht. Von der Lufteinzugskammer 232 führen mehrere schräg angestellte Frischluftleitungen 325 nach Art einer weiteren Strahlrohrgruppe in die weitere Schubdüse 312a des Hohlleiters 314a.

Auf diese Weise wird zweierlei erreicht. Zum einen wird mittels der Lufteinzugskammer 3 3 der Reaktionsraum des Abgasreaktors 300a gekühlt, was insbesondere bei sehr warm laufenden Viertakt-Ottomotoren von Vorteil sein kann. Zum anderen kann über die Frischluftleitungen 325 eine Sekundär¬ luft-Nachmischung realisiert werden, insbesondere dann, wenn ^•sich in der Lufteinzugsleitung 324 eine Regelklappe befin¬ det, wie dies im einzelnen bereits zu Fig. 3 erläutert worden ist.

Ein weiterer Unterschied besteht beim Abgasreaktor 300a insofern, als der Hohlleiter 314a oben in eine Öffnung 326 ausläuft und dort einer Rückwurfwand 327 des Reaktorgehäuses gegenübersteht.

Auf diese Weise kann sich bei geeigneter Dimensionierung eine Reflektion der Stoßwelle an der Rückwurfwand 327 erge¬ ben.

Fig. 11 zeigt noch ein weiteres, besonders einfaches Ausfüh¬ rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasreaktors 330 in rein axialer Bauweise, wie man sie besonders gut für Motor¬ räder, Rasenmäher und dergleichen, vorzugsweise also für Einzylinder-Brennkraftmaschinen, verwenden kann. Am oberen Ende in der Darstellung von Fig. 11 mündet in den Abgasreaktor 330 ein Auslaßkanal 331 , der unter Quer¬ schnittserweiterung gesamtflächig in eine Strahlrohrgruppe 332 übergeht, und zwar in Eingangsöffnungen von Rohgaslei¬ tungen 333, die beispielsweise zu sechst oder acht über den Umfang verteilt angeordnet sein können.

Die Rohgasleitungen 333 verlaufen divergierend und münden koaxial in Mischgasleitungen 334, denen von ihrem oberen Ende aus einer Luf einzugskammer 335 Frischluft zugeführt wird. Die Lufteinzugskammer 335 ist an ihrem unteren Ende mit einer senkrecht zur Zeichenebene gemäß Fig. 1 verlaufen¬ den Lufteinzugsleitungen 336 mit der Außenatmosphäre verbun¬ den.

An ihrem unteren Ende münden die divergierenden Mischgaslei¬ tungen 334 unmittelbar in einer sich nach unten verjüngenden Schubdüse 337 mit kegelförmigen Wänden 338, wobei im Aus¬ trittsbereich der divergierenden Mischgasleitungen 334 zentral ein gewölbtes Rückwurfelement 339 angeordnet ist.

An die Schubdüse 337 schließt sich nach unten eine Folgelei¬ tung 340 an, die zu einem Auspuffkanal führt.

Die Wirkungsweise des Abgasreaktors 330 gemäß Fig. 11 bedarf an sich keiner weiteren Erläuterung, weil das Prinzip der divergierenden Rohrleitungen in der Strahlrohrgruppe mit sich unmittelbar anschließender und stromabwärts verjüngen¬ der Schubdüse, die in den Auspuffkanal führt, bereits anhand des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 5 erläutert wurde. Schließlich zeigt Fig. 12 noch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgasreaktors 350 mit radial angesetztem Auslaßkanal 351. Die Strahlrohrgruppe 355 ähnelt derjenigen gemäß den Fig. 10 und 10a.

Kegelförmige Wände 353 einer Schubdüse 354, die dem Ausgang der Strahlrohrgruppe 352 gegenüberliegt, begrenzen einen zweiten Abgas-Eingangsraum 355, der mit einem zweiten Aus¬ laßkanal 356 eines weiteren Zylinders der Bennkraftmaschine verbunden ist .

Von dem zweiten Abgas-Eingangsraum 355 führen zunächst axial und dann schräg verlaufende Mischgasleitungen 357 nach Art einer weiteren Strahlrohrgruppe in einen oberen Hohllei¬ ter 362.

Mischgasleitungen 358, die koaxial in den axialen Abschnit¬ ten der Mischgasleitungen 357 verlaufen, stehen mit einer Lufteinzugskammer 359 in Verbindung, die über eine Luftein¬ zugsleiter 360 mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht.

Die Schubdüse 354 geht an ihrer engen Unterseite in einen unteren Hohlleiter 361 über, dem der bereits erwähnte obere Hohlleiter 362 gegenübersteht. Die Hohlleiter 361, 362 sind jeweils mit einer Rückwurfwand 363 bzw. 364 versehen.

Die Wirkungsweise des Abgasreaktors 350 gemäß Fig. 12 ist wie folgt:

Die Einleitung und Führung der Stoßwelle in einem doppelten Stoßrohr entspricht dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 und 10a. - C- r< —

Als Besonderheit tritt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 hinzu, daß der Reaktionsraum im Bereich der Schub¬ düse 354 mittels des zweiten Abgas-Eingangsraums 355 vorge¬ wärmt wird. Diese Maßnahme steht daher in diametralem Gegen¬ satz zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10a, bei dem, wie dort beschrieben, eine Vorkühlung des Reaktionsraums erfolg¬ te.

Der Grund für die Vorwärmung des Reaktionsrauras beim Ausfüh¬ rungsbeispiel gemäß Fig. 12 besteht in der Notwendigkeit dieser Maßnahme bei bestimmten Arten von Brennkraftmaschi¬ nen, insbesondere bei Dieselmotoren.

Wie insgesamt aus der vorstehenden Beschreibung der mehreren Ausführungsbeispiele ersichtlich geworden ist, können ein¬ zelne Merkmale der Erfindung auch in anderen Kombinationen verwendet werden, ohne daß hierdurch der Bereich der Erfin¬ dung verlassen wird. Es versteht sich daher, daß von der Erfindung auch solche Ausführungsbeispiele umfaßt sind, die die vorstehend beschriebenen Elemente in anderen Kombinati¬ onen oder auch in Alleinstellung enthalten.

Claims

Patentansprüche

Abgasreaktor (10; 90; 149; 159; 179; 210; 240; 270; 300; 330; 350) für Brennkraftmaschinen (52) mit peri¬ odischem Abgasausstoß, bei dem das aus einem Auslaßka¬ nal (12; 93; 162; 180, 181; 212; 241, 242; 273; 301; 331; 351) der Brennkraftmaschine (52) kommende Abgas (3) einer bündelartig angeordneten Strahlrohrgruppe (32; 111; 163; 184; 314; 260; 275; 304; 332, 352) zugeführt, dort mit Frischluft (20) zu einem reakti¬ onsfähigen Gasgemisch (37) vermischt, in einem nach¬ folgenden Raum zu einer Nachreaktion gebracht und als ausgebranntes Endgas (62) einem Auspuffkanal (15; 96; 293; 321 ) zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet daß die Nachexplosion mindestens näherungsweise im Takt des Ladungswechsels der Brennkraftmaschine (52) bei motorseitig geschlossenem Auslaßkanal (12; 93; 162; 180, 181; 212; 241, 242; 273; 301; 331; 351, 356) erfolgt, daß Mittel vorgesehen sind, um die von der jeweils periodisch ausgestoßenen Abgasmenge ausgelöste und dieser vorauseilenden Stoßwelle verbunden mit Reflektionen räumlich abwechselnd zu divergieren und zu konvergieren, wobei sich in den Konvergenzbereichen Heißzonen bilden, und daß die der Stoßwelle nacheilen¬ de Abgasmenge durch die Heißzonen geleitet wird, wobei die die Stoßwelle und die Abgasmenge führenden Wandun¬ gen des Abgasreaktors (10; 90; 149; 159; 179; 210; 240; 270; 300; 330; 350) so ausgebildet sind, daß die Abgasmenge die Heißzonen im Augenblick der Zündung der als Nachexplosion ablaufenden Nachreaktion durchläu t.

2. Abgasreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung über Fremdzündung mittels Zündkerze (48; 127; 177; 200; 236; 259; 287; 317) erfolgt.

3- Abgasreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdzündung die Zündanlage (51) der Brenn¬ kraftmaschine (52) ist, insbesondere daß die Zündker¬ ze (48; 127; 177^'; 200; 236; 259; 287; 317) in Reihe mit der Zündkerze der Br nnkraftmaschine (52) liegt.

4- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung, insbesondere nach Ablauf der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine (52) über Glühzündung an Flächen des Abgasreaktors (10; 90; 149; 159; 179; 210; 240; 270; 300; 330; 350) erfolgt.

5« Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber dem Auslaß der Strahl¬ rohrgruppe (32; 111; 184; 260; 304; 350) eine Rück¬ wurfwand (46; 121; 197, 198; 258; 318) angeordnet ist, der gegenüber wiederum sich eine sich räumlich veren¬ gende Schubdüse (57; 134; 199; 255; 312) befindet, deren enge Mündung (63) in eine zum Auspuffkanal (15; 96; 321) führende Zugstrecke (59; 136; 150; 253; 3H) übergeht (Fig. 1 bis 4, 6, 8, 10, 12).

6. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlrohrgruppe (163; 214; 260; 275; 304; 352) ein als Stoßrohr wirkender langge¬ streckter Hohlleiter (172; 238; 253; 286; 314; 361, 362) nachgeordnet ist, der beidendig mit Rückwurf¬ wänden (167, 174; 225, 235; 257, 258, 261; 289, 294; 315, 318; 363, 364) abgeschlossen ist (Fig. 5, 7, 8 bis 10, 12) .

7. Abgasreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlleiter (257, 258; 281, 286; 361 , 362) als doppeltes Stoßrohr in zwei hintereinanderliegende Abschnitte unterteilt ist und daß die Stoßwelle bzw. die Abgasmenge im Übergangsbereich der beiden Ab¬ schnitte schräg eingeleitet werden (Fig. 8, 9, 12).

8. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 6 oder 7, da¬ durch gekennzeichnet daß der Hohlleiter (253; 314; 362) die Strahlrohrgruppe (260; 304; 352) wärmeleitend in Gegenstromrichtung durchsetzt. (Fig. 8, 10, 12).

9. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (256; 313) des Hohlleiters (253; 314; 362) größer als die Fläche der Rückwurfwand (258; 318; 363) ist (Fig. 8, 10, 12).

10. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch 1ekennzeichnet, daß die Schubdüse (57; 135) die Strahlrohrgruppe (32; 111) kragenartig umgibt (Fig. 1 bis 4) •

11. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrohrgruppe (260; 304; 352) die Schubdüse (255; 312; 354) an ihrem Umfang umgibt (Fig. 8, 10, 12).

12. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrohrgruppe (184), die Rückwurfwand (197, 198) und die Schubdüse (199) strom¬ abwärts hintereinander angeordnet sind (Fig. 6).

13« Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Rückwurfwand (46) als kegelstumpfförmiges Haubenteil (45) ausgebildet ist (Fig. 1 , 2, 2a).

14« Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Rückwurfwand (121) als gewölbtes Haubenteil (12) ausgebildet ist (Fig. 3)-

15« Abgasreaktor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Haubenteil (45; 120) im Bereich seiner Öffnung von einem zylindrischen Haubenteil (56; 122) umgeben ist, das mindestens den Durchmesser der Öffnung aufweist (Fig. 1 bis 4).

16. Abgasreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Haubenteil (56a) sich bis in die Schubdüse (57) hinein erstreckt (Fig. 2).

17- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Rückwurfwand (197, 198) als einander gegenüberliegende Wandungen einer ge¬ krümmten Rohrleitung ausgebildet sind (Fig. 6).

18. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 5 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Rückwur and (258; 318) als zylinderförmiger Boden (257; 316) des Abgasreak¬ tors (240; 300) ausgebildet ist (Fig. 8, 10).

19- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche bis 18, da¬ durch gekennzeichnet, daß in der Rückwurfwand (46; 121; 197, 198; 258; 318) die Zündkerze (48; 127; 200; 259; 317) angeordnet ist- (Fig. 1 bis 4, 6, 8, 10).

20. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 6 bis 19, da¬ durch gekennzeichnet, daß am auspuffseitigen Ende des Hohlleiters (172; 238; 253; 286; 314; 362) ein Welle- Gas-Separator (173; 237; 235; 261; 288) mit Rückwurf¬ wänden (174; 289; 315; 364) für die Stoßwelle und mit Öffnungen (176; 290; 319) für das ausgebrannte Endgas angeordnet ist (Fig. 5, 7 bis 10, 12).

21. Abgasreaktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Welle-Gas-Separator (1 3) als in das Ende des Hohlleiters (172) hineinragende Rohrleitung (175) ausgebildet ist, deren Ende als Rückwurfwand (174) verschlossen ist, die an ihrem Umfang unterhalb des Endes mit den Öffnungen (176) versehen ist und die an ihrem anderen Ende in den Auspuffkanal übergeht (Fig. 5). ^{• *}

22. Abgasreaktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Welle-Gas-Separator (288) am Ende des Hohllei¬ ters (286) als labyrinthartiger Boden ausgebildet ist, von dem seitliche Öffnungen (290) in einen den Hohl¬ leiter (286) umgebenden Ringraum (291) führen, in dem das ausgebrannte Endgas an der Außenwand des Hohllei¬ ters (286) im Gegenstrom vorbeiströmt (Fig. 9)

23« Abgasreaktor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet daß der Welle-Gas-Separator als seitlich am Ende de Hohlleiters (314) angeordnetes Feinlochblech ausgebil det ist, dessen Lochgröße rückhaltend für Rußpartike von Dieselmotor-Abgasen ist (Fig. 10).

24. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 23, da durch gekennzeichnet, daß die Strahlrohrgruppe (214 am Auslaß in eine sich' kegelförmig erweiternde Wand (225) übergeht, an die sich eine kegelförmig verengen de Schubdüse (224) anschließt, die an ihrer enge Mündung zu einer Zugstrecke (235) führt (Fig. 7)«

25. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 20 bis 24 dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (277; 236 287) im Bereich des Überganges von der Schubdüse (169 227; 284) zur Zugstrecke (172; 235; 286) angeordne ist (Fig. 5, 7, 9).

26. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 25, da durch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (12; 93 180, 181; 212; 241, 242; 273; 301; 351, 356) senkrech zur Achse der Strahlrohrgruppe (32; 111; 184; 214 260; 275; 304; 352) in einen Abgas-Eingangsraum (30 110; 183; 213; 244; 274; 302; 355) mündet, von de Rohgasleitungen (33;^' 215; 276) bzw. Mischgasleitun gen (34; 112; 185; 216; 245; 305; 357) der Strahlrohr gruppe (32; 111; 184; 214; 260; 275; 304; 352) abgehe (Fig. 1 bis 4, 6 bis 12).

27- Abgasreaktor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lufteinzugskammer (188, 192) an den Abgas-Eingangsraum (183) an mindestens einer Seite wärmeleitend angrenzt (Fig. 6).

28. Abgasreaktor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Abgas-Eingangsraum (355) an einen der Strahlrohrgruppe (352) nachgeordneten Raum, vor¬ zugsweise den Übergangsraum eines doppelten Stoßroh¬ res, wärmeleitend angrenzt (Fig. 12).

29- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 25, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (162; 331) koaxial zur Strahlrohrgruppe (163; 332) in geneigte Rohgasleitungen (164; 333) oder Mischgasleitungen der Strahlrohrgruppe (163; 332) übergeht (Fig. 5, 11).

30. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang des Auslaßka¬ nals (162; 180, 181; 241, ^'242; 301 ; 351) eine Schräg¬ wand (165; 182; 243; 303) gegenübersteht, die die Stoßwelle bzw. Abgasmenge verlustarm in die Strahl¬ rohrgruppe (163; 184; 260; 304) umlenkt (Fig. 5, 6, 8, 10, 12).

31. Abgasreaktor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkanal (331 ) in seiner ganzen Quer¬ schnittsfläche in die Rohgasleitungen (333) übergeht (Fig. 11).

32. .Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, da¬ durch gekennzeichnet, daß zur Primärluft-Beimischung eine erste Lufteinzugskammer (28; Ringraum 115; 218; 248; 279; 307; 335) für Frischluft (20) vorgesehen ist, von der Frischluftleitungen (35; 35a; 113; 217; 246; 306) ausgehen, die in der Strahlrohrgruppe (32; 111; 214; 260; 275; 304; 332) in Mischgasleitungen (34; 112; 216; 245; 277; 305; 334) münden, die ihrer¬ seits eingangsseitig mit^'dem Auslaßkanal (12; 93; 212; 141; 273; 301; 331) verbunden sind (Fig. 1 bis 4, 7 bis 11 ).

33- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 31, da¬ durch gekennzeichnet, daß zur Primärluft-Beimischung eine erste Lufteinzugskammer (157; 187) für Frischluft vorgesehen ist, die bis an die Austrittsöffnungen (168) von mit dem Auslaßkanal (156; 180, 181) verbun¬ denen Rohgasleitungen (164; 185) reicht und dort dem Rohgas Frischluft zumischt (Fig. 5, 6).

34« Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , da¬ durch gekennzeichnet, daß zur Primärluft-Beimischung in der Strahlrohrgruppe (184; 21.4) mindestens eine zu dieser koaxialen Frischluftleitung (191; 234) angeord¬ net ist, die einerseits mit einer Lufteinzugsleitung (194; 230) für Frischluft verbunden ist und anderer¬ seits räumlich neben Rohr- oder Mischgasleitungen (185; 216) der Strahlrohrgruppe (134; 214) mündet (Fig. 6, 7).

35« Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 34, da¬ durch gekennzeichnet, daß zur Sekundärluft-Nachmi¬ schung Leitungen vorgesehen sind, die dem Gasgemisch in oder nach der Zone (60; 133; 233) der Nachexplosion weitere Frischluft zumischen (Fig. 1 bis 4, 7).

36. Abgasreaktor nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Strahlrohrgruppe (32; 111). abge¬ wandten Seite einer Rückwurfwand (45, 46, 56^*; 121) eine zu dieser offene, zweite Lufteinzugskammer (29; 132) für Frischluft angeordnet ist, daß die Rückwurf¬ wand (45, 46, 56; 121) mit Öffnungen (47, 55, 57, 58; 123) zum Durchtritt der Frischluft versehen ist und daß die Frischluft als Kühlluft, die die Zone der Nachexplosion umgrenzenden Bauteile peripher um¬ streicht (Fig. 1, 3).

37- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 34, da¬ durch gekennzeichnet daß zur Sekundärluft-Nachmischung von der ersten oder zweiten Lufteinzugskammer (Ring¬ raum 115; 218) ein Ringraum (11 ; 121) außen an der Strahlrohrgruppe (111; 214) vorbeiführt und über Öffnungen (226) oder eine weitere Leitung (139) in bzw. nach der Zone (227; 133) der Nachexplosion, vorzugsweise in eine zu einem Auspuffkanal (96) füh¬ rende Zugstrecke (136) mündet (Fig. 3, 7)-

38. Abgasreaktor nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet daß die weitere Leitung (139) Teil eines Wärmetau¬ schers (142, 143) ist (Fig. 3).

39- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bzw. zweite Lufteinzugskammer (28, 19; 81; Ringraum 115; 132; 98; 157; 188, 192; 218; 248; 279; 307; 305) über eine Lufteinzugsleitung (17, 21, 25; 21a; 156; 137, 194; 219; 249; 278; 308; 336) mit Frischluft (20, 23; 71; 23a; 105, 107) versorgt wird (Fig. 1 bis 11).

40. Abgasreaktor nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinzugsleitung ein die Zündkerze (48; 127) umgebender Ringraum (69; 69a; 125) ist (Fig. 2, 2a).

41. Abgasreaktor nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekenn¬ zeichnet daß in den Lufteinzugsleitungen (17, 21, 25;

.21a; 98; 219; 308) für die Primärluf -Beimischung oder Sekundärluft-Nachmischung mindestens eine Regelklap¬ pe (26; 99; 220; 309) angeordnet ist (Fig. 1 bis 4, 7).

42. Abgasreaktor nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelklappen (26; 99; 2200; 309) mit einer Püllungsregelung oder einer Abgasregelung, insbesonde¬ re Lambda-Regelung (103) der Brennkraftmaschine (52) in Wirkverbindung stehen (Fig. 3)-

43- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 39 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß den Lufteinzugsleitungen (17, 21, 25; 21a; 156; 187, 194; 249; 278; 308; 336) Frischluft (23) über ein Gebläse (38) zugeführt wird (Fig. 1).

44- Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 43, da¬ durch gekennzeichnet, daß er als Baueinheit mit einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine (52) vereinigt ist.

45. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 44, da¬ durch gekennzeichnet, daß ein mit der Zone (60) der Nachexplosion gekoppelter Temperatursensor (54) in Wirkverbindung mit einer^' Kraftstoffzuraessungseinrich- tung (53) der Brennkraftmaschine. (52) steht .(Fig. 1).

46. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 45, da¬ durch gekennzeichnet, daß Mittel zum Unterdrücken der Fremdzündung der Nachexplosion während des Anlassens der Brennkraftmaschine (52) vorgesehen sind.

47. Abgasreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 46, da¬ durch gekennzeichnet, daß mehrere diskrete Zonen der Nachexplosion hintereinander angeordnet sind (Fig. 4).

48. Abgasreaktor nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schubdüse (57a) über eine axiale Zugstrecke (150) zu einem Resonanzraum (151) ührt, der eine quer zur Zugstrecke (150) verlaufende Fläche (152) aufweist und in eine Leitung (153) zum Auspuffkanal übergeht (Fig. 4).

49« Verfahren zum Behandeln von Abgas, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Abgasreaktors gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 48.