DE2834261A1 - EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE - Google Patents
EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICEInfo
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Description
Katashi AOI, No. 840, Juniso, Kamakura-shi, Kanagawaken, JapanKatashi AOI, No. 840, Juniso, Kamakura-shi, Kanagawaken, Japan
AbgasreinigungsvorrichtungExhaust gas cleaning device
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen. Genauer gesagt, handelt es sich um eine Verbesserung des inneren Mechanismus von Abgasreinigungsvorrichtungen bestimmten Aufbaus, die bereits früher entwickelt wurden.The invention relates to an exhaust gas cleaning device for internal combustion engines. More precisely, it acts aimed at improving the internal mechanism of exhaust gas purification devices designed specifically for the were developed earlier.
Das Problem der Umweltverschmutzung wird nicht nur in der Industrie, sondern auch in der Wirtschaftswelt ernsthaft diskutiert. Die Beseitigung der Verschmutzung, die auf Rauch und Auspuffgase zurückgeht, welche durch den Entschwefelungsprozeß und Brennkraftmaschinen er-The problem of environmental pollution is not only increasing in industry but also in the business world seriously discussed. The elimination of pollution, which goes back to smoke and exhaust gases, which are produced by the desulfurization process and internal combustion engines
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zeugt werden, ist von besonderer Bedeutung.is of particular importance.
Der Anmelder hat dieses Problem bereits im Jahre 1962 erkannt, bevor es die heutigen ernsten Ausmaße erreichte, woraufhin ein Reinigungszylinder und eine Vorrichtung entwickelt wurden, in der Auspuffgase unter Anwendung des Phänomens der adiabatischen Expansion^ die in dem Reinigungszylinder auftritt, zersetzt und gesammelt werden. Eine Abgasreinigungsvorrichtung dieser Art ist in den japanischen Patentschriften 456 190 und 479 358, insbesondere in den Zeichnungen dieser Druckschriften, beschrieben, und ist auch Gegenstand der Figuren 7 ff. der der vorliegenden Beschreibung anliegenden Zeichnungen.The applicant recognized this problem as early as 1962, before it reached the serious proportions it is today, whereupon a cleaning cylinder and a device were developed in the exhaust gases using the phenomenon of adiabatic expansion ^ occurring in the cleaning cylinder, decomposed and to be collected. An exhaust gas purifying device of this type is disclosed in Japanese Patent Publication No. 456,190 and 479 358, in particular in the drawings of these documents, and is also the subject matter 7 ff. of the drawings attached to the present description.
Das vorstehend beschriebene Expansionsphänomen besteht hauptsächlich in einer adiabatischen Expansion. Beim Betrieb der Reinigungsvorrichtung in der Praxis umfaßt das Expansionsphänomen jedoch verschiedene Funktionen oder Änderungen, die die adiabatische Expansion überlagern oder ihr ähnlich sind, wie die sogenannte Drosselexpansion, eine polytrope Expansion oder polytrope Änderung sowie Druckverminderungsablagerung (flash setting), wobei die durch die Abgasreinigungsvorrichtung erzielte Reinigungswirkung unter dem Einfluß all dieser Phänomene erfolgt.The expansion phenomenon described above is mainly an adiabatic expansion. However, when the cleaning device is operated in practice, the expansion phenomenon includes various ones Functions or changes that are superimposed on or similar to adiabatic expansion, such as the so-called throttle expansion, a polytropic expansion or polytropic change as well as depressurization deposition (flash setting), the cleaning effect achieved by the exhaust gas purification device takes place under the influence of all these phenomena.
Genauer gesagt, ist es für die bekannte Reinigungsvorrichtung charakteristisch, daß eine Drosselplatte mit einer Vielzahl kleiner Bohrungen (Drosselbohrungen) vorgesehen ist, welche eine adiabatische Expansion bewirkt. Diese Drosselplatte ist in einer die Gasströmung im Inneren eines Reinigungszylinders, welcher den Haupt-More precisely, it is characteristic of the known cleaning device that a throttle plate with a plurality of small bores (throttle bores) is provided, which allow an adiabatic expansion causes. This throttle plate is the gas flow inside a cleaning cylinder, which is the main
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teil der Reinigungsvorrichtung bildet, senkrecht schneidenden Richtung angeordnet. Eine SammeIkammer, die mit
Sammel- oder Filtermaterial beladen ist, welches ausgezeichnete Hitze- und Korrosionsfestigkeit aufweist,
ist von der Drosselplatte aus gesehen weiter hinten angeordnet und sammelt das verflüssigte Gas und die
in dem Gas enthaltenen Feststoffe.forms part of the cleaning device, arranged perpendicularly cutting direction. A collection chamber that is loaded with collection or filter material that has excellent heat and corrosion resistance,
is arranged further back as seen from the throttle plate and collects the liquefied gas and the
solids contained in the gas.
Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird ein auf hoher Temperatur befindliches Auspuffgas momentan
durch adiabatische Expansion gekühlt und hierdurch in Flüssigkeitstropfen umgewandelt. Hierdurch werden bestimmte
Gehalte des Gases in den Flüssigkeitstropfen
eingeschlossen und aus dem Reinigungszylinder in Form
einer Flüssigkeit abgezogen.In the device described above, an exhaust gas at a high temperature is momentarily cooled by adiabatic expansion and thereby converted into liquid droplets. This results in certain contents of the gas in the liquid droplets
enclosed and withdrawn from the cleaning cylinder in the form of a liquid.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat einen hervorragenden Reinigungseffekt und ist auch unter anderen
Gesichtspunkten ausgezeichnet verwendbar, jedoch besteht ein Nachteil darin, daß die Betriebsbedingungen
der Vorrichtung subtilen Änderungen unterworfen sind, die von den Motordaten abhängen, wie Motorgröße, Umdrehungszahl
des Motors, Auspuffgasdruck und Auspuffgastemperatur sowie Klimabedingungen, wie Temperatur
der Umgebungsatmosphäre, so daß es manchmal vorkommt,
daß die inhärente Reinigungskapazität der Vorrichtung nicht voll ins Spiel gebracht werden kann. Dementsprechend
ist es wünschenswert, eine Reinigungsvorrichtung zu
entwickeln, die Änderungen in den Betriebsdaten des
Motors und der äußeren Umgebungsbedingungen kompensieren kann. In dieser Hinsicht wurden bereits zahlreiche
Verbesserungsversuche unternommen, jedoch konnten noch keine befriedigenden Resultate erhalten werden.The above-described device has an excellent cleaning effect and is also excellently usable from other points of view, but there is a disadvantage that the operating conditions of the device are subject to subtle changes depending on the engine data such as engine size, number of revolutions of the engine, exhaust gas pressure and temperature as well Climatic conditions, such as temperature
the ambient atmosphere, so it sometimes happens that the inherent cleaning capacity of the device cannot be fully exploited. Accordingly, it is desirable to have a cleaning device
develop the changes in the operating data of the
Motor and the external environmental conditions can compensate. There have already been numerous in this regard
Attempts at improvement have been made, but no satisfactory results have yet been obtained.
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Dementsprechend wurde bei der der Erfindung zugrundeliegenden Entwicklungsarbeit die ausschließlich auf mechanische Änderungen, Zusätze oder Modifikationen gerichtete Forschungsarbeit aufgegeben. Statt dessen wurden die Forschungsund Entwicklungsbemühungen auf die Entwicklung optimaler Betriebsbedingungen gerichtet, welche im Zusammenhang mit der Funktion der Reinigungsvorrichtung, die auf dem obengenannten Prinzip basiert, zu optimalen Resultaten führen. Als Ergebnis zeigte sich, daß einer der Basisfaktoren, welcher direkt einen bedeutenden Einfluß auf die Wirkungsweise der Vorrichtung hat, das Verhältnis der Gesamtquerschnittsfläche der Drosselbohrungen der Drosselplatte zur Querschnittsfläche des Auspuffrohres, mittels dessen die Auspuffgase vom Motor in die Reinigungsvorrichtung geleitet werden, ist. Auch zeigte sich, daß die Wirkungsweise der Vorrichtung durch die Dicke der Drosselplatte und den Durchmesser der Drosselbohrungen der Drosselplatte stark beeinflußt wird.Accordingly, in the development work on which the invention is based, the focus exclusively on mechanical changes, Research work directed towards additions or modifications abandoned. Instead, the research and Development efforts directed towards the development of optimal operating conditions, which related with the function of the cleaning device, which is based on the above principle, to optimal results to lead. As a result, it was found that one of the basic factors which directly has a significant influence the operation of the device has the ratio of the total cross-sectional area of the throttle bores Throttle plate for the cross-sectional area of the exhaust pipe, by means of which the exhaust gases from the engine in the cleaning device is directed. It was also shown that the operation of the device through the thickness of the throttle plate and the diameter of the throttle bores the throttle plate is strongly influenced.
Die Bedeutung dieser Basisfaktoren läßt sich daraus erklären, daß die adiabatische Expansion durch das Verhältnis zwischen dem Druck des von dem Motor zugeführten Gases und dem Durchmesser der Drosselbohrungen, welcher der Strömung dieses Gases Widerstand entgegensetzen, sowie durch die Beziehungen zwischen der unter einem bestimmten Druck zugeführten Gasmenge, der Anzahl (Gesamtfläche) der in der oben beschriebenen Weise einen Widerstand entgegensetzenden Drosselbohrungen und die Dicke der Drosselplatte beeinflußt wird. Außerdem besteht eine Erklärung darin, daß das Abtrennen und Sammeln der Bestandteile des Auspuffgases sowie das Reinigen des Auspuffgases unter dem Einfluß der vorstehenden, miteinander zusammenhängenden Faktoren erfolgen. DieseThe importance of these basic factors can be explained by the fact that the adiabatic expansion by the ratio between the pressure of the gas supplied by the engine and the diameter of the throttle bores, which oppose the flow of this gas, as well as by the relations between the under a given Pressure amount of gas supplied, the number (total area) of a resistor in the manner described above Opposing throttle bores and the thickness of the throttle plate is influenced. In addition, there is an explanation in that the separation and collection of the constituents of the exhaust gas as well as the cleaning of the exhaust gas take place under the influence of the foregoing interrelated factors. These
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Tatsachen wiederum lassen sich in ähnlicher Weise daher erklären, daß die Drosselbohrungen mit Feststoffen und im Gas gelöstem Material verstopfen können oder aber der auf den Motor ausgeübte Rückwärtsdruck durch die vorstehend beschriebenen miteinander zusammenhängenden Faktoren beeinflußt wird.Facts in turn can be explained in a similar way, therefore, that the throttle bores with solids and material dissolved in the gas or the reverse pressure exerted on the motor by the interrelated factors described above is influenced.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein Expansionsphänomen auftritt und bei welcher der Durchmesser der Drosselbohrungen in einer Drosselplatte, die eingefügt wird, in einem Bereich eingestellt wird, der die besten Ergebnisse liefert. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung soll das Verhältnis der Gesamt-Querschnittsflache einer Anzahl von Drosselbohrungen in der Drosselplatte zur Querschnittsfläche des hohlen Abschnittes des Auspuffrohres, welches vom Motor kommt, so bestimmt sein, daß die Reinigungsvorrichtung ihre Wirkung voll entfalten kann. Auch soll bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung die Dicke der Drosselplatte so bestimmt werden, daß die Drosselplatte bei einer bestimmten Abgastemperatur der Druckdifferenz, die sich zwischen der Vorder- und der Rückseite der Drosselplatte entwickelt, widerstehen kann, ohne daß auf den Motor ein exzessiver Rückwärtsdruck aufgegeben wird.The invention is therefore based on the object of providing an exhaust gas purification device of the type mentioned at the beginning in which an expansion phenomenon occurs and in which the diameter of the throttle bores in a throttle plate that is inserted is set in a range that gives the best results supplies. In the exhaust gas purification device, the ratio of the total cross-sectional area should be a number from throttle bores in the throttle plate to the cross-sectional area of the hollow portion of the exhaust pipe which comes from the engine, be determined so that the cleaning device can fully develop its effect. Even should in the exhaust gas purification device according to the invention the thickness of the throttle plate can be determined so that the throttle plate at a certain exhaust gas temperature withstand the pressure differential developed between the front and rear of the orifice plate without applying excessive reverse pressure to the engine.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst durch einen Reinigungszylinder, der mit einem Auspuffrohr des Motors verbunden ist, durch welches Auspuffgase in den Reinigungszylinder geleitet werden; und wenigstens eine Drosselplatte mit einer VielzahlAccording to the invention, this object is achieved in an exhaust gas purification device of the type mentioned above solved by a cleaning cylinder which is connected to an exhaust pipe of the engine, through which Exhaust gases are fed into the cleaning cylinder; and at least one orifice plate having a plurality
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sie durchsetzender Drosselbohrungen mit kleinerem Durchmesser, die in dem Reinigungszylinder derart angeordnet ist, daß sie die Gasströmung im Reinigungszylinder, in welchem durch das Abgeben der Abgase nach hinten durch die Drosselbohrungen ein Expansionsphänomen bewirkt wird, senkrecht schneidet, wobei die Durchmesser der Drosselbohrungen auf 1,8 bis 5,5 mm eingestellt sind, das Verhältnis der Gesamt-Querschnittsfläche der Drosselbohrungen zur Querschnittsfläche des Auspuffrohres im Bereich von 0,8 bis 5,5 liegt und die Dicke der Drosselplatte 0,8 bis 6 mm beträgt.they penetrate throttle bores with a smaller diameter in the cleaning cylinder in such a way is arranged that the gas flow in the cleaning cylinder, in which by releasing the exhaust gases after an expansion phenomenon is caused at the rear by the throttle bores, intersects perpendicularly, with the Diameter of the throttle bores are set to 1.8 to 5.5 mm, the ratio of the total cross-sectional area the throttle bores to the cross-sectional area of the exhaust pipe is in the range from 0.8 to 5.5 and the Thickness of the throttle plate is 0.8 to 6 mm.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispxele der erfindungsgemäßen Gasreinigungsvorrichtung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt bzw. zeigen:Further features and advantages of the invention emerge from the claims and from the following description, in the Ausführungsbeispxele the gas cleaning device according to the invention based on the drawing in are explained individually. It shows or shows:
Fig. 1 in Schnittdarstellung den grundsätzlichen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispieles einer Gasreinigungsvorrichtung nach der Erfindung, welches experimentell zum Beleg der erfindungsgemäß erzielten Wirkungen untersucht wurde;1 shows the basic structure of a first exemplary embodiment in sectional illustration a gas cleaning device according to the invention, which experimentally to demonstrate the effects achieved according to the invention was investigated;
Fig. 2 eine Drosselplatte, welche eines der bedeutenden Teile der Gasreinigungsvorrichtung bildet, in der Rückansicht;Fig. 2 shows a throttle plate, which is one of the important parts of the gas cleaning device forms, in the rear view;
Fig. 3 in der Rückansicht eine Abwandlung der Drosselplatte;3 shows a modification of the throttle plate in a rear view;
Fig. 4, graphische Darstellungen, welche einen und 6 Teil der Meßwerte wiedergeben, die bei Experimenten erhalten wurden, welche zum Nachweis der Wirksamkeit der Erfindung durchgeführt wurden, sowie Werte, die aufgrund dieser Meßwerte berechnet wurden;Fig. 4, graphs showing one and six parts of the measured values obtained in Experiments have been obtained which demonstrate the effectiveness of the invention were carried out, as well as values that were calculated on the basis of these measured values;
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Fig. 7, teilweise ausgeschnittene Schnittdar-8,9, 10, Stellungen anderer Ausführungsbeispiele 11, 12 der Abgasreinigungsvorrichtung nach und 13 der Erfindung, bei denen die Grundlagen der Erfindung eingesetzt werden können;7, partially cut-out sectional views 8, 9, 10, positions of other exemplary embodiments 11, 12 of the exhaust gas purification device according to and 13 of the invention, in which the principles the invention can be used;
Fig. 14 in teilweise ausgeschnittener Rückansicht eine in Fig. 13 wiedergegebene Drosselplatte; 14 shows a partially cut-out rear view of a throttle plate shown in FIG. 13;
Fig. 15 eine Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispieles einer vor der Abgasreinigungsvorrichtung angeordneten Vorbehandlungskanuner, welche dazu dient, die Abgase in gewissem Ausmaß abzukühlen, bevor sie in die Reinigungsvorrichtung eintreten;15 shows a sectional illustration of an exemplary embodiment of an upstream of the exhaust gas cleaning device arranged pre-treatment canister, which serves to to cool the exhaust gases to some extent before entering the cleaning device enter;
Fig. 16 im Längsschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel der Reinigungsvorrichtung; und16 shows, in longitudinal section, another exemplary embodiment of the cleaning device; and
Fig. 17 einen horizontalen Schnitt durch die in17 shows a horizontal section through the in
Fig. 16 wiedergegebene Reinigungsvorrichtung. Fig. 16 reproduced cleaning device.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung, bei der der grundsätzliche Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung nach der Erfindung zu erkennen ist. Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung wurde tatsächlich für die nachfolgend noch beschriebenen Experimente verwendet. Ein Reinigungszylinder 1, der eine zylindrische Form hat, bildet den Hauptteil der Reinigungsvorrichtung. Ein Kühlventilationsrohr 2, dessen vorderes und hinteres Ende offen sind, ist in dem Zentralabschnitt des ReinigungsZylinders 1 eingeführt. Das vordere Ende des ReinigungsZylinders 1 ist durch einen Verschlußdeckel 3 abgedeckt, jedoch erstreckt sich ein vom Motor ausgehendes Abgas- oder Auspuffrohr 4 durch den Verschlußdeckel 3 und öffnet sich in das Innere des ReinigungsZylinders 1.Fig. 1 shows a sectional view in which the basic structure of an exhaust gas cleaning device according to the invention can be seen. The apparatus shown in Fig. 1 was actually used for the experiments described below. A cleaning cylinder 1, which has a cylindrical shape, forms the main part of the cleaning device. A cooling ventilation pipe 2, the front and rear ends of which are open, is inserted in the central portion of the cleaning cylinder 1. The front end of the cleaning cylinder 1 is covered by a closure cover 3, but an exhaust or exhaust pipe 4 extending from the engine extends through the closure cover 3 and opens into the interior of the cleaning cylinder 1.
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Eine Expansionskaitimer 6 mit bestimmtem Volumen ist in dem Reinigungszylinder 1 in einem Teil gebildet, in dem das Auspuffrohr 4 offen ist. Hinter der Expansionskammer 5 ist eine Kondensatorkammer 6, deren Volumen geringfügig kleiner ist als dasjenige der Expansionskammer 5, gebildet. Eine Drosselplatte 8 mit einer Anzahl kleiner hindurchgehender Öffnungen (Drosselbohrungen) 7 ist zwischen den Kammern 5 und in der Weise angeordnet, daß der Zylinder 1 hierdurch abgeschlossen ist. Eine Filtersammeikammer 9 ist mit Sammel- oder Filtermaterial 10 gefüllt, welches ausgezeichnete Warme- und Korrosionsfestigkeit aufweist und aus rostfreiem Stahlnetz oder Glaswolle gebildet ist. Ventilationstrennplatten 11 weisen eine Anzahl von Ventilationsöffnungen mit größerem Durchmesser auf, und sind vor bzw. hinter der Sammelkammer 9 angeordnet. Eine Auspuffgaskammer 12 mit bestimmtem Volumen ist hinter der Sammelkammer 9 angeordnet. Am hinteren Ende des Reinigungszylinders 1 ist eine Abgabeöffnung 13 vorgesehen. Mit dem Bezugszeichen 14a bis 14d sind Meßgeräte oder Meßpunkte bezeichnet, die die Messung der Temperaturen des Innendruckes der Kammern 5, 6, 9 bzw. 12 des ReinigungsZylinders 1 ermöglichen.An expansion chamber 6 of a certain volume is formed in the cleaning cylinder 1 in a part where the exhaust pipe 4 is open. A condenser chamber 6, the volume of which is slightly smaller than that of the expansion chamber 5, is formed behind the expansion chamber 5. A throttle plate 8 with a number of small through openings (throttle bores) 7 is arranged between the chambers 5 and in such a way that the cylinder 1 is thereby closed. A filter collecting chamber 9 is filled with collecting or filter material 10, which has excellent heat and corrosion resistance and is made of stainless steel mesh or glass wool. Ventilation partition plates 11 have a number of ventilation openings of larger diameter , and are arranged in front of and behind the plenum chamber 9, respectively. An exhaust gas chamber 12 with a certain volume is arranged behind the collecting chamber 9. A discharge opening 13 is provided at the rear end of the cleaning cylinder 1. The reference numerals 14a to 14d denote measuring devices or measuring points which enable the temperatures of the internal pressure of the chambers 5, 6, 9 and 12 of the cleaning cylinder 1 to be measured.
In Fig. 2 ist die Drosselplatte 8 von der Rückfläche aus gesehen dargestellt. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Drosselbohrungen 7 über die gesamte Oberfläche der Drosselplatte mit gleichem Abstand (gleiche Steigung) verteilt.In Fig. 2 the throttle plate 8 is from the rear surface shown from seen. As can be seen from Fig. 2, the throttle bores 7 are over the entire surface the throttle plate with the same distance (same slope) distributed.
In Fig. 3 ist die Rückfläche eines Ausführungsbeispieles der Drosselplatte wiedergegeben, welche dort Ellipsenform hat. Eine derartige Drosselplatte wird dann ver-In Fig. 3 is the rear surface of an embodiment reproduced the throttle plate, which has an elliptical shape there. Such a throttle plate is then
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wendet, wenn der Reinigungszylinder 1 im Querschnitt elliptisch ist. In diesem Fall hat die Trennplatte 11 dieselbe Form. Die Querschnittsform des Reinigungszylinders 1 ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Kreisrunden bzw. elliptischen Formen beschränkt, sondern der Reinigungszylinder kann auch andere Querschnittsform haben, beispielsweise im Querschnitt quadratisch oder halbkreisförmig ausgebildet sein.turns when the cleaning cylinder 1 is elliptical in cross section. In this case, the partition plate has 11 same shape. The cross-sectional shape of the cleaning cylinder 1 is not limited to the circular or elliptical shapes described above, but the cleaning cylinder can also have a different cross-sectional shape, for example a square cross-section or be semicircular.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der in Fig. 1 wiedergegebenen Reinigungsvorrichtung beschrieben. Ein Auspuffgas mit hoher Temperatur und hohem Druck gelangt vom Auspuffrohr 4 in die Expansionskammer 5. In der Expansionskammer 5 wird das Gas in gewissem Ausmaß expandiert. Anschließend wird das Gas in die Kondensationskammer 6 abgegeben, und zwar durch die Drosselbohrungen 7 der Drosselplatte 8 hindurch. Bei diesem Vorgang tritt eine Expansionserscheinung auf, bewirkt durch das Vorhandensein der Drosselöffnungen 7, wobei das Auspuffgas abrupt gekühlt und teilweise verflüssigt wird. Das Gas und die durch die Verflüssigung in der Kondensationskammer 6 gebildete Flüssigkeit werden dann in die Sammelkammer 9 geleitet, wo Ruß, Partikel, Schwermetalle und dergleichen durch Filtration abgetrennt werden. Während das Gas durch die Sammelkammer hindurchgeht, haftet das verflüssigte Gas am Filtermaterial 10 in Form von Flüssigkeitstropfen an. Diese hängenbleibenden Tropfen wachsen allmählich, wobei Feststoffe als Kerne dienen und Festbestandteile im Gas in diesen Flüssigkeitstropfen adsorbiert werden. Die adsorbierten Substanzen, die in der Sammelkammer gesammelt werden, werden von dem Zylinder in Form von Flüssigkeit abgegeben, während das gefilterte Gas durchThe operation of the cleaning device shown in FIG. 1 is described below. An exhaust gas having a high temperature and a high pressure enters the expansion chamber 5 from the exhaust pipe 4. In the expansion chamber 5, the gas is expanded to some extent. Then the gas enters the condensation chamber 6 delivered, through the throttle bores 7 of the throttle plate 8. With this one Process occurs an expansion phenomenon, caused by the presence of the throttle openings 7, wherein the exhaust gas is abruptly cooled and partially liquefied. The gas and the liquefaction in the Condensation chamber 6 formed liquid are then passed into the collection chamber 9, where soot, particles, Heavy metals and the like are separated by filtration. While the gas through the plenum passes through, the liquefied gas adheres to the filter material 10 in the form of liquid droplets. These stuck drops grow gradually, with solids serving as nuclei and solid components are adsorbed in the gas in these liquid droplets. The adsorbed substances in the collection chamber collected, are discharged from the cylinder in the form of liquid, while the filtered gas passes through
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die Abgabeöffnung 13 in die umgebende Atmosphäre abgelassen wird.the discharge port 13 is discharged into the surrounding atmosphere.
Bei der vorstehend beschriebenen Reinigungsvorrichtung besteht der Erfindungsgedanke im Verhältnis der gesamten Querschnittsfläche der Drosselbohrungen 7 zur Querschnittsfläche des Auspuffrohres 4, dem Innendurchmesser der Drosselbohrungen 7 und der Dicke der Drosselplatte 8. Im Zusammenhang mit diesen Faktoren sind zahlreiche Experimente und Tests durchgeführt worden. Als Ergebnis zeigte sich, daß die Reinigungsvorrichtung dann befriedigend funktioniert und zufriedenstellende Reinigungswirkung hat, wenn das Verhälntis S^/S. der gesamten Querschnittsfläche S? der Drosselbohrungen 7 zur Querschnittsfläche S1 des hohlen Teiles des Auspuffrohres im Bereich von 0,8 bis 5,5 liegt, der Durchmesser (d) der Drosselbohrungen 7 im Bereich von 1,8 bis 5,5 mm liegt und die Dicke (T) der Drosselplatte 8 in den Bereich von 0,8 bis 6 mm fällt.In the cleaning device described above, the inventive concept consists in the ratio of the total cross-sectional area of the throttle bores 7 to the cross-sectional area of the exhaust pipe 4, the inner diameter of the throttle bores 7 and the thickness of the throttle plate 8. Numerous experiments and tests have been carried out in connection with these factors. As a result, it was found that the cleaning device functions satisfactorily and has a satisfactory cleaning effect when the ratio S ^ / S. of the total cross-sectional area S ? of the throttle bores 7 to the cross-sectional area S 1 of the hollow part of the exhaust pipe is in the range from 0.8 to 5.5, the diameter (d) of the throttle bores 7 is in the range from 1.8 to 5.5 mm and the thickness (T) the throttle plate 8 falls in the range of 0.8 to 6 mm.
In den Tabellen 1 und 2 sind experimentelle Daten wiedergegeben, bei denen höchst annähernd die Änderungen der Temperatur und des Druckes im Reinigungszylinder nach den Änderungen von S~/S.. und (d) bestätigt werden konnten. Bei den Versuchen von Tabelle 1 und 2 konnte der Einfluß durch die Änderung der Dicke (T) der Drosselplatte 8 nicht simultan untersucht werden. Dementsprechend wurden der Einfluß der Dicke (T) und anderer Faktoren getrennt untersucht. Die dabei erhaltenen Ergebnisse, die mit der theoretischen Erwartung übereinstimmen, sind in den Tabellen 3 bis und in Figuren 5 bis 6 wiedergegeben.In Tables 1 and 2, experimental data are given in which most approximate the Changes in temperature and pressure in the cleaning cylinder after the changes in S ~ / S .. and (d) could be confirmed. In the experiments of Tables 1 and 2, the influence of the change in the thickness could (T) of the throttle plate 8 cannot be examined simultaneously. Accordingly, the influence of the thickness (T) and other factors examined separately. The results obtained are compared with the theoretical Match expectations are shown in Tables 3 to 4 and in FIGS. 5 to 6.
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909807/0989909807/0989
Motor-Umdrehungszahl = 3.000 UpMMotor speed = 3,000 rpm
Nr.Run
No.
(mm)d
(mm)
(mm Hq) P 1
(mm Hq)
(mmHq) P 2
(mmHq)
*1 2
(mmHq)ρ _p
* 1 2
(mmHq)
(6O t -t 2
( 6 O
65
6th
32.5
3
0,55
0.5
187180
187
3012th
30th
1011.5
10
200.5
20th
2847
28
98th
9
3,23
3.2
0,255
0.25
178180
178
4212,
42
1210
12th
302.5
30th
2031
20th
Teitperatur- Druckaus- allgemeine auswertung wertung AuswertungTeitperatur- Druckaus- general evaluation evaluation evaluation
X X 0 0 0 X 0 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 X X XX X 0 0 0 X 0 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X
X X 0 0 0 X 0 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 X X 0X X 0 0 0 X 0 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 X X 0
X X 0 0 0 X 0 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 X X XX X 0 0 0 X 0 0 X 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X
O mO m
7)7)
m Om O
cc Q m cc Q m
sK)sK)
1 9 P -P
1 9
(mm, Hc^ I Δ
(mm, Hc ^
(mmHa) 1
(mmHa)
(mm-Hg) Cm
(mm-Hg)
öö
55
175174
175
2827
28
1313th
13th
21
2
416
4th
45
4th
XX
X
0X
0
XX
X
co
OO
O '
--I -A Q
co
OO
O '
--I -A
1726th
17th
1310
13th
O IO I
ο»co
ο »
Aufbau und Meßpunkte: wie in Figur 1 und 2 gezeigt.Structure and measuring points: as shown in FIGS. 1 and 2.
Innendurchmesser des RexnigungsZylinders FiltermaterialInside diameter of the inclination cylinder Filter material
Dicke der DrosselplatteThickness of the throttle plate
Motor: VerdrängungMotor: displacement
Innendurchmesser des Auspuffrohres 4Inside diameter of the exhaust pipe 4
Fahrstrecke des FahrzeugesDistance of the vehicle
132 mm132 mm
Netzmaterial aus rostfreiem Stahl 1,5 mmStainless steel mesh 1.5 mm
1.400 cm3 (85 PS bei 6.000 UpM)1,400 cm 3 (85 horsepower at 6,000 rpm)
35 mm
29.000 km35 mm
29,000 km
(Erläuterung der in der Tabelle verwendeten Symbole)(Explanation of the symbols used in the table)
d ' : Durchmesser (mm) der Drosselbohrungen 7d ': diameter (mm) of the throttle bores 7
51 : Querschnittsfläche des Auspuffrohres 4 . } tt5 1 : Cross-sectional area of the exhaust pipe 4. } dd
52 : Gesamt-Querschnittsfläche der Drosselbohrung 7 ; Cr5 2 : total cross-sectional area of the throttle bore 7; Cr
CX3i O ! CX3i O !
Q1 t1 und t_: Temperaturen ( C), welche durch die Meßgeräte 14a bzw. 14b gemessen wurden.Q 1 t 1 and t_: temperatures (C) measured by the measuring devices 14a and 14b, respectively.
P1 und p?: Drücke (miriHg) / gemessen durch die Meßgeräte 14a bzw. 14b.P 1 and p ? : Pressures (miriHg) / measured by the measuring devices 14a and 14b, respectively.
CföCfö
ITIT
Motor-Umdrehungszahl = 2.000 UpMMotor speed = 2,000 rpm
Nr.Run
No.
(mm)d
(mm)
(mmHcr) P 1
(mmHcr)
(mm, Hg) P 2
(mm, Hg)
54th
5
2,52.5
2.5
52
5
117118
117
1111
11
109
10
12
1
ο.co
ο.
->. **->. **
caOI
approx
(0C)( 0 C)
Tenperatur- Druckaus- allgemeine auswertung Wertung AuswertungTemperature printing general evaluation evaluation evaluation
10 610 6
25 26 28 17 23 19 15 425 26 28 17 23 19 15 4
26 25 23 23 22 20 19 24 6 426 25 23 23 22 20 19 24 6 4
X X O O O X O O X X O O O O O O O O X XX X O O O X O O X X O O O O O O O O X X
X X O O O X O O X O O O O O O O O X O OX X O O O X O O X O O O O O O O O X O O
X X O O O X O O X X O O O O O O O X X XX X O O O X O O X X O O O O O O O X X X
X
0 I.
X
0
IS)IS)
TABELLE 2 (Fortsetzung)TABLE 2 (continued)
(mm Hg)ι ^
(mm Hg)
33
/0// 0 /
ß°
taH
ß °
ta
α. co
α.
II.
O I co
OI
Die Testbedingungen und die Symbole sind dieselben, wie sie oben unter "Bemerkungen" für Tabelle 1 angegeben wurden.The test conditions and symbols are the same as described above under "Remarks" for Table 1 were given.
"Temperaturauswertung" in Tabelle 1 und 2 bedeutet die Ergebnisse einer Auswertung, welche dahin geht, festzustellen, ob die Temperaturverringerung des Gases, welches durch die Drosselbohrungen 7 hindurchgegangen ist, groß oder klein ist oder ob die Temperatur unterhalb 100 C (oder auf etwa 100°C) reduziert wird oder nicht, wodurch der Reinigungseffekt im Reinigungszylinder deutlich verbessert wird. Die Markierung "X" zeigt den Fall an, in dem das Ausmaß der Temperaturverringerung klein ist oder aber wo die Temperatur nicht"Temperature evaluation" in Tables 1 and 2 means the results of evaluation, which goes to determine whether the temperature decrease of the gas, which by the Throttle bores 7 has passed through, is large or small or whether the temperature is below 100 C (or to about 100 ° C) is reduced or not, whereby the cleaning effect in the cleaning cylinder is significantly improved. The "X" mark indicates the case where the amount of temperature decrease is small or where the temperature is not
unter 100°C oder auf etwa 1000C verringert wird. Der entgegengesetzte Fall ist durch die
Markierung "0" wiedergegeben. Dies bedeutet, daß der Lauf den Test überstanden hat.is reduced below 100 ° C or to about 100 0 C. The opposite case is through that
Mark "0" reproduced. This means that the run passed the test.
to öto ö
σ ca o»σ ca o » COkCOk
^ 9? %S> ca^ 9? % S> approx
O w X O w X
!3*! 3 *
ha, Wha, W
IMIN THE
BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
In den Tabellen 1 und 2 ergibt sich aus der Auswertung, daß einige Läufe (beispielsweise Lauf Nr. 4) den Test passiert haben, obwohl die Temperatur annähernd 1000C betrug. Bei jedem dieser Läufe war das Ausmaß der Temperaturverringerung groß. Die Temperatur konnte dadurch effektiv auf weniger als 1000C reduziert werden, daß eine Vorbehandlungskammer 21 verwendet wurde, die in Fig. 13 wiedergegeben ist, oder daß mehrere Stufen von Drosselplatten vorgesehen waren.In Tables 1 and 2 it is apparent from the evaluation that some of the test runs have passed (for example, Run No. 4.), Although the temperature was approximately 100 0 C. In each of these runs, the amount of temperature decrease was large. The temperature could be effectively reduced to less than 100 ° C. by using a pretreatment chamber 21, which is shown in FIG. 13, or by providing several stages of throttle plates.
"DruckausWertung" betrifft die Ergebnisse einer Auswertung, bei der festgestellt wurde, ob die Differenz zwischen dem Druck in der Expansionskammer 5 und dem Druck in der Kondensatorkammer 6 konstant blieb oder nicht. Die Markierung "X" zeigt den Fall an, in dem durch die Drosselplatte 8 ein unerwünschter, auf den Motor wirkender Rückwärtsdruck verursacht wird. Der entgegengesetzte Fall ist durch die Markierung "0" bezeichnet. In diesem Fall passierte der betreffende Lauf den Test."Print evaluation" relates to the results of an evaluation, in which it was determined whether the difference between the pressure in the expansion chamber 5 and the pressure in the condenser chamber 6 remained constant or not. The mark "X" indicates the case in which by the throttle plate 8 causes an undesirable reverse pressure acting on the engine. The opposite Case is indicated by the marking "0". In this case the run in question happened the Test.
Damit die Reinigungsvorrichtung ihre Funktion zufriedenstellend und gleichmäßig ausüben kann, ist es erforderlich, daß sowohl die Temperatur- als auch die Drucktests passiert werden. Dementsprechend sind in der Spalte "allgemeine Auswertung" in Tabelle 1 und 2 die Resultate beider Tests insgesamt ausgewertet. Die Markierung "X" zeigt dabei den Fall an, in dem die Resultate entweder des Temperaturtests oder des Drucktests oder aber beider Tests nicht befriedigend sind, während die Markierung "0" den Fall anzeigt, in dem sowohl die Ergebnisse des Drucktests als auch die Ergebnisse des Temperaturtests befriedigend sind.So that the cleaning device can perform its function satisfactorily and evenly, it is necessary that both the temperature and pressure tests are passed. Accordingly, in the Column "general evaluation" in Tables 1 and 2 evaluated the results of both tests as a whole. The mark "X" indicates the case in which the results of either the temperature test or the pressure test or both tests are unsatisfactory, while the marking "0" indicates the case in which both the results of the pressure test and the results of the temperature test are satisfactory.
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909807/0911909807/0911
BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
Wie aus den in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Resultaten hervorgeht, arbeitet die Reinigungsvorrichtung dann, wenn das Verhältnis S_/S.. außerhalb des Bereiches von 0,8 bis 5,5 liegt oder der Wert (d) sich außerhalb des Bereiches von 1,8 bis 5,5 nun befindet, nicht ausreichend im Umfang ihrer an sich vorhandenen Kapazität, oder aber der Betrieb des Motors wird nachteilig beeinflußt. Genauer gesagt, wenn das Verhältnis S?/S.. niedriger als 0,8 ist, wird der Rückwärtsdruck nach der oben angegebenen Druckauswertung allgemein übermäßig hoch, wobei keine guten Resultate erhalten werden können. Wenn das Verhältnis S /S im Gegensatz hierzu höher als 5,5 ist, bilden die Drosselbohrungen keinen wesentlichen Widerstand gegen die Gasströmung, wodurch keine befriedigende Expansion erzielt werden kann. Wenn die Drosselbohrungsquerschnittsfläche(d) kleiner als 1,8 mm ist, werden die Drosselbohrungen 7 rasch mit Ruß und anderen im Auspuffgas vorhandenen Feststoffen sowie durch andere Substanzen verstopft, wodurch sich in nachteiliger Weise der Aufbau eines Rückwärtsdruckes und eine ungenügende Expansion ergeben.As can be seen from the results shown in Tables 1 and 2, the cleaning device operates when the ratio S_ / S .. is outside the range of 0.8 to 5.5 or the value (d) is outside the range of 1 , 8 to 5.5 is now, not sufficient to the extent of their inherent capacity, or the operation of the engine is adversely affected. More precisely, if the ratio S ? / S .. is lower than 0.8, the back pressure generally becomes excessively high according to the above pressure evaluation, and good results cannot be obtained. On the contrary, if the S / S ratio is higher than 5.5, the orifice bores do not provide any substantial resistance to the gas flow, whereby a satisfactory expansion cannot be achieved. If the throttle bore cross-sectional area (d) is less than 1.8 mm, the throttle bores 7 are quickly clogged with soot and other solids present in the exhaust gas as well as other substances, which disadvantageously results in the build-up of reverse pressure and insufficient expansion.
Die oben angegebene Begrenzung der Querschnittsflächen der Drosselbohrungen trifft für den Fall zu, wenn die Drosselbohrungen kreisrund ausgebildet sind. Bei der Erfindung ist die Form der Drosselbohrungen nicht besonders kritisch, vielmehr können auch Drosselbohrungen mit Ellipsenform, Dreieckform, quadratischer oder anderer polygonaler Form verwendet werden. Im Fall nicht-kreisförmiger Drosselbohrungen läßt sich die oben angegebene Begrenzung des Lochdurchmessers (d) von 1,8 bis 5,5 mmThe above limitation of the cross-sectional areas of the throttle bores applies to the case when the Throttle bores are circular. In the invention, the shape of the throttle bores is not special critical, rather throttle bores with elliptical, triangular, square or other shapes can also be used polygonal shape can be used. In the case of non-circular throttle bores, the above can be used Limitation of the hole diameter (d) from 1.8 to 5.5 mm
als Lochfläche von etwa 2,54 bis 15,9 mm ausdrücken.Express as a hole area of about 2.54 to 15.9 mm.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung, in der dieFig. 4 shows a graph in which the
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BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
Ergebnisse von Druck- und Temperaturmessungen, die den in Tabelle 1 und 2 erläuterten entsprechen, wiedergegeben sind. Einige der in Fig. 4 wiedergegebenen Resultate überlappen diejenigen des Laufes Nr. 4 in den Tabelle 1 und 2, während andere Resultate erhalten wurden, wenn das Experiment bei reduzierter Umdrehungszahl des Motors durchgeführt wurde.Results of pressure and temperature measurements corresponding to those explained in Tables 1 and 2 are shown are. Some of the results shown in FIG. 4 overlap those of run # 4 in FIG Tables 1 and 2, while other results were obtained when the experiment was performed at a reduced speed of the engine.
Genauer gesagt, zeigen in Fig. 4 die Kurven al und a2 Änderungen der Temperatur im Lauf Nr. 4 von Tabelle 1 und 2, während die Kurven b1 und b2 Änderungen des Druckes im Lauf Nr. 4 wiedergeben. Weiterhin zeigen die Kurven a3 und b3 Änderung der Temperatur und des Druckes bei einer Motor-ümdrehungsgeschwindigkeit von 1.500 UpM, während die Kurven a4 und b4 Änderungen der Temperatur und des Druckes bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors von 650 UpM wiedergeben. Weiterhin geben 14a bis 14d die Meßwerte wieder, die durch die Meßgeräte (Meßpunkte) 14a bis 14d von Fig. 1 jeweils erhalten wurden. Bei jedem dieser Experimente wurde der Lochdurchmesser (d) auf 2,5 mm eingestellt, während die Lochverteilungssteigung 6,5 mm betrug.More precisely, in Fig. 4 show the curves a1 and a2 Changes in temperature in run No. 4 of Tables 1 and 2, while curves b1 and b2 changes in the Reproduce pressure in run No. 4. Furthermore, curves a3 and b3 show changes in temperature and des Pressure at an engine revolution speed of 1,500 rpm, while curves a4 and b4 change the temperature and the pressure at a speed of rotation of the motor at 650 rpm. Furthermore, 14a to 14d show the measured values by the measuring devices (measuring points) 14a to 14d of Fig. 1, respectively. In each of these experiments the hole diameter (d) was set to 2.5 mm while the hole distribution pitch was 6.5 mm.
Einflüsse der Änderung der Dicke (T) der Drosselplatte auf die Funktion des ReinigungsZylinders werden nachfolgend anhand einiger experimenteller Daten und basierend auf Erfahrungswerten beschrieben. Zunächst das Ergebnis: Es zeigte sich, daß dann, wenn die Dicke (T) der Drosselplatte 8 im Bereich von 0,8 bis 6 mm lag, der Reinigungszylinder eine Expansionswirkung unter den am meisten vorteilhaften Bedingungen zeigte.Influences of the change in the thickness (T) of the throttle plate on the function of the cleaning cylinder are shown below described using some experimental data and based on empirical values. First that Result: It was found that when the thickness (T) of the throttle plate 8 was in the range of 0.8 to 6 mm, the cleaning cylinder exhibited an expansion effect under the most favorable conditions.
In den Tabelle 3 bis 5 sind Resultate wiedergegeben,In Tables 3 to 5 results are given,
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BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
die erhalten wurden, wenn Experimente in einem Reinigungszylinder der in Fig. 1 gezeigten Art ausgeführt wurden, bei dem die Dicke (T) der Drosselplatte 8 auf 1,5, 3,2 oder 6,0 mm eingestellt und Temperatur und Druck an den weiter oben angegebenen Meßpunkten 14a, 14b, 14c und 14d gemessen wurden. Bei diesen Experimenten wurden Motor- Umdrehungszahlen von 3.000, 2.000, 1.500 und 650 UpM verwandt.obtained when experiments were carried out in a cleaning cylinder of the type shown in FIG at which the thickness (T) of the throttle plate 8 is set to 1.5, 3.2 or 6.0 mm and temperature and pressure at the above-mentioned measuring points 14a, 14b, 14c and 14d were measured. In these experiments engine revolutions of 3,000, 2,000, 1,500 and 650 rpm are used.
T = 1,5 irmT = 1.5 irm
Motor-Umdrehungszahl Engine speed
Temperatur t (0C) und Druck ρ (mm Hg)Temperature t ( 0 C) and pressure ρ (mm Hg)
MeßpunkteMeasuring points
14a 14b 14c 14d14a 14b 14c 14d
T = 3,2 mmT = 3.2 mm
Motor-Umdrehungszahl Engine speed
Temperatur t (0G) und Druck ρ (mm Hg)Temperature t ( 0 G) and pressure ρ (mm Hg)
MeßpunkteMeasuring points
14a 14b 14c 14d14a 14b 14c 14d
247
2
146
1
1• 45
1
145
1
684
6th
377
3
3■ 74
3
265
2
9122
9
4116
4th
4112
4th
3102
3
281.81
28
11173
11
10169
10
8155
8th
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9098077098990980770989
BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
au-au-
T = 6,0 mmT = 6.0 mm
totor-Undrehungs- Tenperatur t zahl (0C) und DruckMotor rotation temperature t number ( 0 C) and pressure
UpM P (um Hg)Rpm P (around Hg)
ffeßpunktefeet
14a 14b 14c 14d14a 14b 14c 14d
(Leerlauf)650
(Idle)
Pt
P.
146
1
045
0
044
0
043
0
Pt
P.
882
8th
475
4th
370
3
363
3
Pt
P.
12121
12th
5112
5
4107
4th
496
4th
ρt
ρ
32180
32
12171
12th
10169
10
8156
8th
Rei ni gungs vorri chtung:Cleaning instructions:
Innendurchmesser des Reinigungszylinders: Inside diameter of the cleaning cylinder:
Filtermaterial:Filter material:
Drosselbohrungsdurchmesser:Throttle bore diameter:
Verhältnis der gesamten Querschnittsfläche der Drosselbohrungen zur Querschnittsfläche des hohlen Abschnittes des Auspuffrohres:Ratio of the total cross-sectional area of the throttle bores to the cross-sectional area of the hollow section of the exhaust pipe:
130 mm130 mm
Netzmaterial aus rostfreiem StahlStainless steel mesh
3,0 mm3.0 mm
Motor:Engine:
Verdrängung:Displacement:
1400 cm'1400 cm '
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909007/0989909007/0989
BOEHMERT & BOEHMERT 1% BOEHMERT & BOEHMERT 1%
Tabelle 6 zeigt numerische Werte der Differenzen der Temperatur und des Druckes vor und hinter der Drosselplatte 8 nämlich die Differenzen zwischen der Temperatur und den Druck am Meßpunkt 14a und der Temperatur und dem Druck am Meßpunkt 14b, in denselben Experimenten, die oben beschrieben wurden.Table 6 shows numerical values of the differences in temperature and pressure in front of and behind the throttle plate 8 namely the differences between the temperature and the pressure at measuring point 14a and the temperature and the pressure at measuring point 14b, in the same experiments, described above.
Tabelle 7 zeigt das Verhältnis (%) der Temperaturverminderung vom Meßpunkt 14a zum Meßpunkt 14b bei denselben Experimenten.Table 7 shows the ratio (%) of the temperature decrease from measuring point 14a to measuring point 14b in the same experiments.
Motar-Uitdrehungszahl Motor RPM
UpMRpm
Teiiperaturdifferenz (0C)Partial temperature difference ( 0 C)
1/5 im 1/5 in
3,2 6,03.2 6.0
im imim im
Druckdifferenz (imHq) Pressure difference (imHq)
3,2 6,03.2 6.0
im imim im
650
(Leerlauf)650
(Idle)
1500
2000
30001500
2000
3000
3 7 73 7 7
3 6 93 6 9
2 8 92 8 9
33
5 175 17
Motor- Umdrehungszahl Engine speed
UpMRpm
Teirperaturreduktionsverhältnis (%) 1,5 inn 3,2 im 6,0 im Temperature reduction ratio (%) 1.5 in 3.2 in 6.0 in
650
(Leerlauf)650
(Idle)
1500
2000
30001500
2000
3000
3,6 2,63.6 2.6
2,12.1
8,3 4,9 4,48.3 4.9 4.4
2,22.2
8,5 7,4 5,08.5 7.4 5.0
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909907/0909909907/0909
BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
Die in den Tabellen 3 bis 7 und den Figuren 5 und 6 wiedergegebenen Resultate wurden bei Experimenten erhalten, bei denen die Dicke der Drosselplatte 8 im Bereich von 1 bis 6 mm eingestellt wurde. Es zeigte sich, daß in jedem Fall die Funktion des Reinigungszylinders auf einem im wesentlichen zufriedenstellenden Niveau gehalten wurde. Hinsichtlich der Temperaturdifferenz ergab sich, in Anbetracht der Tatsache, daß die Temperaturdifferenz höchstens 9°C sogar bei (T) = 6mm und die Temperaturdifferenz bei (T) = 3,2 mm mehr als zweimal so groß ist wie die Temperaturdifferenz bei (T) = 1,5 mm bei jedem Experiment, daß das Ausmaß der Temperaturverringerung nicht direkt proportional zum Dickenanstieg vergrößert wird.The results shown in Tables 3 to 7 and Figures 5 and 6 were obtained in experiments in which the thickness of the throttle plate 8 was set in the range of 1 to 6 mm. It showed ensure that in each case the function of the cleaning cylinder is essentially satisfactory Level was maintained. As for the temperature difference, considering the fact that the temperature difference at most 9 ° C even at (T) = 6mm and the temperature difference at (T) = 3.2 mm is more than twice as great as the temperature difference at (T) = 1.5 mm in any experiment that the The amount of temperature decrease is not increased in direct proportion to the increase in thickness.
Andererseits beträgt die Druckdifferenz bei (T) = 6 mm 20 mm Ag bzw. Hg bei einer Motor-Umdrehungszahl von 3.000 UpM. Wenn die Dicke (T) größer als 6mm ist, werden übrigens hinsichtlich der Temperaturdidfferenz und des Verhältnisses der Temperaturverringerung die vorstehend beschriebenen Effekte erreicht, jedoch wird die Druckdifferenz im Verhältnis zur Vergrößerung der Dicke groß, wobei der Rückwärtsdruck zum Motor hin in unerwünschter Weise ansteigt. Wenn die Dicke (T) kleiner als 0,8 mm ist, kann die Drosselplatte einem hohen Auspuffgasdruck nicht wiederstehen und wird verformt, wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit rotiert, wodurch die Lebensdauer der Drosselplatte verkürzt wird. Weiterhin treten während des Betriebes extreme Schwingungen der Drosselplatte auf.,On the other hand, the pressure difference at (T) = 6 mm 20 mm Ag or Hg at a motor speed of 3,000 rpm. If the thickness (T) is greater than 6mm, Incidentally, in terms of the temperature difference and the temperature decrease ratio, the Achieved effects described above, but the pressure difference is in proportion to the increase in the Thickness large, with the back pressure towards the engine in undesirably increases. When the thickness (T) is less than 0.8 mm, the throttle plate can have a high Does not withstand exhaust gas pressure and will be deformed when the engine rotates at high speed, whereby the life of the throttle plate is shortened. Furthermore, extremes occur during operation Vibrations of the throttle plate.,
In den Fig. 7 bis 13 sind Ausführungsbeispiele abgewandelter Arten von Reinigungsvorrichtungen wiederge-In FIGS. 7 to 13, exemplary embodiments of modified types of cleaning devices are shown.
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BOEHMERT & BOEHMERTBOEHMERT & BOEHMERT
geben, bei denen die oben beschriebenen nummerisehen Begrenzungen der Erfindung festgesetzt werden können. Fig. 7 zeigt eine Reinigungsvorrichtung derart, wie sie in der japanischen Patentschrift 479 358 (bekanntgemachte japanische Patentanmeldung Nr. 5483/66) beschrieben ist. Wie Fig. 7 zeigt, steht eine Drosselplatte 7 mit dem oberen Ende eines Auspuffrohres 4 in Verbindung, Die Drosselplatte 7 hat in einem Reinigungszylinder 1 Kugelform. Eine Trennplatte 11 mit konzentrischer Kugelform ist außerhalb des sphärischen Teiles der Drosselplatte 7 mit bestimmtem Volumen (Kondensatorkammer) dazwischen angeordnet. Eine Sammelkammer 9 mit einem Sammel- oder Filtermaterial 10, welches in diese gepackt ist, ist zwischen der Trennplatte 11 und dem Reinigungszylinder 1 gebildet. Eine Expansionskammer 5 der zweiten Stufe ist mit einer kondensatorkammer 6 der ersten Stufe durch eine Verbindungsleitung 15 verbunden. Eine Kondensatorkammer 6 und eine Sammelkammer 9 der zweiten Stufe sind in derselben Weise wie bei der ersten Stufe aufgebaut.where the numerical limitations described above of the invention can be set. Fig. 7 shows a cleaning device such as it is described in Japanese Patent Publication No. 479,358 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 5483/66) is. As shown in Fig. 7, a throttle plate 7 stands with the upper end of an exhaust pipe 4 in Connection, the throttle plate 7 has a spherical shape in a cleaning cylinder 1. A partition plate 11 with concentric Spherical shape is outside the spherical part of the throttle plate 7 with a certain volume (condenser chamber) arranged in between. A collection chamber 9 with a collection or filter material 10, which is packed in this is formed between the partition plate 11 and the cleaning cylinder 1. An expansion chamber 5 of the second stage is connected to a condenser chamber 6 of the first stage through a Connection line 15 connected. A condenser chamber 6 and a collecting chamber 9 of the second stage are constructed in the same manner as in the first stage.
Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 7 wiedergegebenen Vorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind nur die Umfangsflächen einer Drosselplatte 8 und einer Trennplatte 11 so geformt, daß sie Zylinderform haben. Diese Vorrichtung ist Gegenstand des japanischen Gebrauchsmusters Nr. 995 832.FIG. 8 shows a modification of the device shown in FIG. In this embodiment only the peripheral surfaces of a throttle plate 8 and a partition plate 11 are formed to be cylindrical to have. This device is the subject of Japanese Utility Model No. 995 832.
In Fig. 9 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der in Fig. 1 wiedergegebenen Vorrichtung dargestellt, wobei das zentrale Ventilationsrohr 2 nicht vorgesehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist.eine Vielzahl von Drosselplatten 8 vorgesehen. DementsprechendIn Fig. 9 a modified embodiment of the device shown in Fig. 1 is shown, the central ventilation pipe 2 not being provided is. In this embodiment, a plurality of throttle plates 8 is provided. Accordingly
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sind eine Vielzahl von Stufen von Expansionskammern, Kondensatorkammern und SammeIkammern vorgesehen. Die Reinigungsvorrichtung dieser Art ist in den japanischen Gebrauchsmustern·1 126 745 und 1 131 041 beschrieben.are a variety of stages of expansion chambers, Condenser chambers and collecting chambers provided. the This type of cleaning device is disclosed in Japanese Utility Model Nos. 1,126,745 and 1,131,041.
Die Struktur und der Aufbau der in Fig. 10 wiedergegebenen Reinigungsvorrichtung 10 sind prinzipiell dieselben wie bei Fig. 1, jedoch besteht ein Unterschied zur Reinigungsvorrichtung von Fig. 1 insofern, als eine Anzahl von Stufen von Expansionskammern 5, Kondensatorkammern 6 und SammeIkammerη 9 gebildet sind.The structure and construction of the cleaning device 10 shown in FIG. 10 are in principle the same as in FIG. 1 , but there is a difference from the cleaning device of FIG. 1 in that a number of stages of expansion chambers 5, condenser chambers 6 and collecting chambers 9 are formed .
Bei der in Fig. 11 gezeigten Reinigungsvorrichtung sind sowohl die Drosselplatte 8 als auch die Trennplatte 11 in einem Reinigungszylinder 1 mit konzentrischer Zylinderform, sich in axialer Richtung erstreckend, gebildet. Eine kolbenähnliche Druck-Einstellplatte 17 ist in den Zylinder der Drosselplatte 8 eingeführt- und am oberen Ende des Zylinders der Drosselplatte 8 mittels einer Feder 16 angebracht, so daß die Platte 17 in Abhängigkeit vom Auspuffgasdruck in der Expansions kammer 5 verschiebbar ist. Bei der so ausgebildeten Reinigungsvorrichtung wird der Druck in der Expansionskammer 5 stets durch die elastische Kraft der Feder 16 konstant gehalten= Mit anderen Worten, die Reinigungsvorrichtung ist in Abhängigkeit von einer Änderung des Auspuffgasdruckes wirksam.In the cleaning device shown in Fig. 11, there are both the throttle plate 8 and the partition plate 11 in a cleaning cylinder 1 with a concentric cylindrical shape, extending in the axial direction, educated. A piston-like pressure adjustment plate 17 is inserted into the cylinder of the throttle plate 8. and attached to the upper end of the cylinder of the throttle plate 8 by means of a spring 16, so that the plate 17 as a function of the exhaust gas pressure in the expansion chamber 5 is displaceable. In the cleaning device designed in this way, the pressure in the expansion chamber 5 always kept constant by the elastic force of the spring 16 = with others In other words, the cleaning device is effective in response to a change in the exhaust gas pressure.
Auch die in Fig. 12 gezeigte Reinigungsvorrichtung ist, ähnlich der in Fig. 11 gezeigten Vorrichtung, so ausgebildet, daß sie in Abhängigkeit auf eine Änderung im Auspuffgasdruck arbeiten kann. Bei der in Fig. 12 gezeigten Vorrichtung besteht die Drosselplatte 8The cleaning device shown in FIG. 12 is also designed, similarly to the device shown in FIG. 11, that it can operate in response to a change in exhaust gas pressure. In the case of the FIG The device shown consists of the throttle plate 8
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aus einer feststehenden Drosselplatte 8a und einer beweglichen Drosselplatte 8b, die auf der Abgabeseite angeordnet ist und die feststehende Drosselplatte 8a überlappt, so daß die bewegliche Drosselplatte 8b in axialer Richtung gleitbeweglich ist. Im Betrieb der Reinigungsvorrichtung nimmt die bewegliche Drosselplatte 8b, wenn der Druck des Auspuffgases einen vorbestimmten Wert übersteigt, den Innendruck der ersten Expansionskammer 5 auf und wird innerhalb eines Gleitbereiches cO nach hinten gedrückt. Die Drosselbohrungen 7a der Drosselplatte 8a kommen vollständig mit den Drosselbohrungen 7b der Drosselplatte 8b in Ausrichtung oder überlappen sich hiermit im wesentlichen, wodurch die Expansionskapazität verbessert wird. Wenn der Auspuffgasdruck reduziert wird, wird die bewegliche Drosselplatte 8b durch eine Stange 18 zurückgebracht, welche mit der Außenseite des Reinigungszylinders 1 in Verbindung steht. An der Stange ist eine Rückholeinrichtung angebracht, wobei insgesamt der Reinigungsvorgang unter reduziertem Auspuffgasdruck erfolgt.of a fixed throttle plate 8a and a movable throttle plate 8b, which are on the discharge side is arranged and the fixed throttle plate 8a overlaps so that the movable throttle plate 8b is slidable in the axial direction. When the cleaning device is in operation, the movable Throttle plate 8b, when the pressure of the exhaust gas exceeds a predetermined value, the internal pressure of the first Expansion chamber 5 and is pressed backwards within a sliding area cO. The throttle bores 7a of the throttle plate 8a come completely into alignment with the throttle bores 7b of the throttle plate 8b or substantially overlap therewith, whereby the expansion capacity is improved. if the exhaust gas pressure is reduced, the movable throttle plate 8b is returned by a rod 18, which is connected to the outside of the cleaning cylinder 1. At the pole is a return device attached, the total cleaning process under reduced exhaust gas pressure he follows.
Ähnlich den Reinigungsvorrichtungen, die in den Fig. und 12 wiedergegeben sind, arbeitet die Reinigungsvorrichtung, die in Fig. 13 gezeigt ist, in Abhängigkeit vom Auspuffgasdruck des Motors. Eine Anzahl von Drosselplatten 8A, 8B und 8C ist in einem Reinigungszylinder 1 angeordnet. Die Drosselplatten sind so angeordnet, daß sie hauptsächlich unter hohen, mittleren bzw.niedrigen Auspuffgasdrücken wirksam werden können. Genauer gesagt, wenn der Auspuffgasdruck des Motors hoch ist, ist die Drosselplatte 8A der ersten Stufe hauptsächlich wirksam, ist der Auspuffgasdruck vonSimilar to the cleaning devices that are shown in Figs. And 12, the cleaning device works, shown in Fig. 13 as a function of the exhaust gas pressure of the engine. A number of Throttle plates 8A, 8B and 8C are arranged in a cleaning cylinder 1. The throttle plates are like that arranged so that they can be effective mainly under high, medium or low exhaust gas pressures. More specifically, when the exhaust gas pressure of the engine is high, the throttle plate 8A is the first stage mainly effective is the exhaust gas pressure of
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mittlerer Höhe, ist die Drosselplatte 8B der zweiten Stufe in der Hauptsache wirksam, und ist der Auspuf'fgasdruck niedrig, so ist hauptsächlich die Drosselplatte 8C der dritten Stufe wirksam., Diese Ausbildung läßt sich dadurch verwirklichen, daß die Anzahl und der Durchmesser der Drosselbohrungen und die Dicke (T) unter den Drosselplatten der verschiedenen Stufen geändert werden. Bei der in Fig. 13 gezeigten Vorrichtung jedoch sind Klappen 19 an den jeweiligen Drosselplatten 8 (8A, 8B und 8C) in der in der Zeichnung wiedergegebenen Weise angebracht, so daß diese Klappen sich also öffnen, wenn der Auspuffgasdruck Niveaus übersteigt, die für die jeweiligen Klappen vorgegeben sind.middle height, the throttle plate 8B of the second stage is mainly effective, and is the exhaust gas pressure low, the throttle plate 8C of the third stage is mainly effective., This configuration can be achieved by the number and diameter of the throttle bores and the thickness (T) can be changed under the throttle plates of the various stages. In the device shown in FIG however, flaps 19 are on the respective throttle plates 8 (8A, 8B and 8C) in the figure shown way attached so that these flaps open so when the exhaust gas pressure levels exceeds that are specified for the respective flaps.
Fig„ 14 zeigt in der Rückansicht die·Drosselplatte 8B oder 8C, wobei die Art der Anbringung der Klappen 19 bei der Reinigungsvorrichtung von Fig. 13 wiedergegeben ist. Eine ausgeschnittene Öffnung 20, deren Durchmesser nach der Größe und Konfiguration der Klappe bestimmt ist, ist in der Drosselplatte gebildet. Im Normalzustand ist die öffnung 20 geschlossen, wobei die Klappe 19 durch eine gewisse Federkaft einer Feder angedrückt wird, die im Scharnier der Klappe 19 vorgesehen ist.14 shows the throttle plate 8B in a rear view or 8C, the type of attachment of the flaps 19 in the cleaning device of FIG. 13 being reproduced is. A cut out opening 20, the diameter of which is determined by the size and configuration of the valve is formed in the throttle plate. In the normal state, the opening 20 is closed, the Flap 19 is pressed on by a certain spring force of a spring which is provided in the hinge of the flap 19 is.
Bei der in Fig. 15 gezeigten Reinigungsvorrichtung ist vor dem Reinigungszylinder 1 eine Vorbehandlungskammer 21 vorgesehen. Die Drosselplatte 8 ist in der Vorbehandlungskammer 21 in der Weise angebracht, daß das Gas vor dem Eintritt in den Reinigungszylinder 1 auf eine vorgebbare Temperatur abgekühlt wird. In diesem Fall ist es· besonders vorteilhaft, wenn das VerhältnisIn the cleaning device shown in FIG. 15, there is a pretreatment chamber in front of the cleaning cylinder 1 21 provided. The throttle plate 8 is mounted in the pretreatment chamber 21 in such a way that the Gas before entering the cleaning cylinder 1 a specifiable temperature is cooled. In this case it is particularly advantageous if the ratio
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der gesamten Querschnittsfläche S_ der Drosselbohrungen 7 zur Querschnittsfläche S des hohlen Abschnittes des Auspuffrohres 4 im Bereich von 0,8 bis 5,5 liegt. Weiterhin läßt sich die am meisten vorteilhafte Expansion dann erreichen, wenn der Drosselbohrungsdurchmesser (d) im Bereich von 1,8 bis 5,5 mm liegt.the total cross-sectional area S_ of the throttle bores 7 to the cross-sectional area S of the hollow portion of the Exhaust pipe 4 is in the range from 0.8 to 5.5. Furthermore, the most advantageous expansion then achieve when the throttle bore diameter (d) is in the range of 1.8 to 5.5 mm.
Wenn eine Vielzahl von Stufen von Drosselplatten 8 vorgesehen sind, ist es erforderlich, daß die vorstehend angegebenen Bedingungen hinsichtlich des Verhältnisses der Querschnittsfläche zwischen dem Auspuffrohr 4 und den Drosselbohrungen 7 und dem Drosselbohrungsdurchmesser in der Drosselplatte 8 jeder Stufe erfüllt sind. Weiterhin können in diesem Fall, wie weiter oben unter Bezugnahme auf Fig. 13 erläutert wurde, alle oder einige Bedingungen, wie Anzahl und Durchmesser der Drosselbohrungen 7 und die Dicke der Drosselplatte, zwischen den einzelnen Drosselplatten der jeweiligen Stufen in der Weise variiert werden, daß die eine Drosselplatte oder die andere hauptsächlich, je nach der Menge oder den Druck des Auspuffgases, die Expansionsfunktion ausfüllt. In Fig. 16 ist eine Reinigungsvorrichtung gezeigt, bei der die Filtermaterialien 10'a und 1Ö'b aus einem Gewebe aus hitzebeständigem und korrosionsbeständigem Material bestehen, welches wellenförmig gebogen ist, wobei die Filtermaterialien in vorgegebenen Intervallen eingeführt sind,und zwar insgesamt anstelle des Filtermaterials 10, welches in den Fig. 1 bis 3 und 7 bis 13 vorgesehen ist. Bei der Reinigungsvorrichtung dieser Art werden, während das Gas durch die Maschen des Gewebes oder der Gaze hindurchgeht, die zu sammelnden Substanzen auf dem Gewebe gesammelt und in Flüssigkeitstropfen eingeschlossen,When a plurality of stages of throttle plates 8 are provided, it is necessary that the above specified conditions regarding the ratio of the cross-sectional area between the exhaust pipe 4 and the throttle bores 7 and the throttle bore diameter in the throttle plate 8 of each stage are met. Furthermore, in this case, as was explained above with reference to FIG. 13, all or some conditions, such as the number and diameter of the throttle bores 7 and the thickness of the throttle plate, be varied between the individual throttle plates of the respective stages in such a way that the one Throttle plate or the other mainly, depending on the amount or pressure of the exhaust gas, the expansion function fills out. In Fig. 16, a cleaning device is shown in which the filter materials 10'a and 1Ö'b made of a fabric made of heat-resistant and corrosion-resistant material which is bent in a wave shape, the filter materials are introduced at predetermined intervals, in total instead of the filter material 10, which in 1 to 3 and 7 to 13 is provided. In the cleaning device of this type, while the gas passes through the mesh of the fabric or gauze, the substances to be collected on the fabric collected and enclosed in drops of liquid,
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die auf dem Gewebe wachsen, wobei dann die Substanzen in flüssiger Form abgezogen werden. Die netzähnlichen Sammelmaterialien 10'a und 10'b sind so geformt und eingeführt, daß Wellen oder Falten, die sich darauf bilden, sich in Längsrichtung erstrecken. Dementsprechend können die gesammelten Substanzen entlang der Wellen oder Falten (in Richtung auf den Boden des ReinigungsZylinders) herunterfallen. Da weiterhin die Filtermaterialien 10'a und 10'b in Wellenform ausgebildet sind, läßt sich die Filter- oder Sammelfläche in den Filtermaterialen 10'a und 10'b vergrößern.which grow on the tissue, the substances then being withdrawn in liquid form. The net-like ones Collecting materials 10'a and 10'b are shaped and introduced that corrugations or folds formed thereon extend longitudinally. Accordingly can move the collected substances along the corrugations or folds (towards the bottom of the Cleaning cylinder). Since the Filter materials 10'a and 10'b formed in a wave shape are, the filter or collecting surface in the filter materials 10'a and 10'b can be increased.
Fig. 17 zeigt einen horizontalen Schnitt durch die Filtermaterialien 10'a und 10'b von Fig. 16. Ein Beispiel der Wellenkonfiguration der Filtermaterialien 10'a und 10'b ist in Fig. 17 speziell dargestellt. Ein Verstarkungsteil 11' ist so angeordnet, daß es die Filtermaterialien 10'a und 10'b stabil unterstützt. Dieses Verstärkungsteil 11' entspricht der weiter oben beschriebenen Trennplatte 11. Dementsprechend kann die Trennplatte 11 direkt als Verstärkungsteil 11' verwendet werden.FIG. 17 shows a horizontal section through the filter materials 10'a and 10'b of FIG. 16. A An example of the wave configuration of the filter materials 10'a and 10'b is specifically shown in FIG. A reinforcement member 11 'is arranged so that it the filter materials 10'a and 10'b are stably supported. This reinforcement part 11 'corresponds to the separating plate 11 described above. Correspondingly the partition plate 11 can be used directly as a reinforcement part 11 '.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, sind bei der Erfindung die Grenzen des Verhältnisses der Gesamtquerschnittsfläche der Drosselbohrungen zur Querschnittsfläche des Auspuffrohres, der Drosselbohrungsdurchmesser (der auch als Drosselbohrungsfläche ausgedrückt werden kann) und die Drosselplattendicke von großer Bedeutung und sind für die Herstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung kritisch, damit die Reinigungsvorrichtung stets in höchst wirksamer Weise und stabil in einem Motor mit vorgegebener Verdrängung bzw. vorgegebenem Hubraum arbeiten kann.As can be seen from the above description, the limits of the ratio of the total cross-sectional area of the throttle bores to the cross-sectional area of the exhaust pipe , the throttle bore diameter (which can also be expressed as the throttle bore area) and the throttle plate thickness are of great importance and are critical for the manufacture of an exhaust gas purification device, so that the cleaning device can always work in a highly effective and stable manner in an engine with a given displacement or given displacement.
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