DE102017007344A1

DE102017007344A1 - Abgasreiniger für Verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE102017007344A1
Application number: DE102017007344.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Abgasreiniger zum Trennen von Feinstaubpartikeln aus dem Abgas von Verbrennungsmotoren in eine Trägerflüssigkeit. Die Trägerflüssigkeit kann dann einfach entsorgt werden. Der pH Wert kann gleichzeitig reguliert werden zum Vermindern der gesundheits- und umweltschädlichen Eigenschaft der Stickoxide. Das Reinigen wird ohne Filter durchgeführt.

Description

Der Abgasreiniger entfernt Partikel aus dem Abgas von Verbrennungsmotoren und kann den pH Wert verbessern. Es dreht sich nicht um das Absorbieren auf Molekular Ebene sondern um das Trennen von vor Allem Schwebstoffen (Feinstaub) aus Abgasen. Dieses wird nicht mit Filteranlagen durchgeführt sondern durch eine mechanische Separierung von Abgas und Feinstaub.
Das Abgas von Verbrennungsmotoren enthält eine Reihe von Schadstoffen die gesundheitsschädlich sind und zur Beschädigung der Umwelt beitragen. Mit diesem Projekt sollen die Feinstaubpartikel so weit wie technisch möglich vom Abgas entfernt und der pH Wert auf eine neutrale Ebene gebracht werden.
Die Umrüstung von befindlichen Fahrzeugen auf den Abgasreiniger ist einfach und billig. Das System kann für Diesel und Benzin Personenwagen, Nutzfahrzeugen wie Lastwagen, Buss, Dieselloks und Schiffen eingesetzt werden.
Feinstaub
Feinstaub sind sehr kleine Partikel im Bereich von weniger als 0.1 µm bis ca 15 µm. Diese ab zu filtern ist technisch möglich aber mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden. Der Abgasreiniger für Verbrennungsmotoren in Automobilen besteht aus einem neuen Nachschalldämpfer (Reinigungstank Pos. 2), einer Rohrverbindung (Pos. 7) zum Wechselbehälter und dem Wechselbehälter (Pos. 10).
Der Reinigungsbehälter (Pos. 2)
Der standardmäßig im Auto eingebaute eingebaute Nachschalldämpfer wird gegen den in Bild 1 dargestellte Reinigungsbhälter (Pos 2) ausgewechselt. Das kann sehr einfach geschehen:
Altes Eingangsrohr trennen, neues Rohr (Pos 1) vom Reinigungsbehälter aufschieben und festklemmen.
Die Füllung (Pos 5) dient zum Verwirbeln des Gases mit der Trägerflüssigkeit (Pos 10). Das kann auch mit einem elektrisch angetriebenen Propeller oder einer ähnlichen Methode geschehen
Trägerflüssigkeit (Pos 10)
Die Trägerflüssigkeit kann Wasser oder Öl oder eine andere Flüssigkeit sein. Weitere Untersuchungen können auch ergeben dass vorteilhaft irgendwelche Mischflüssigkeiten eingesetzt werden können. Vor Allem muss die Trägerflüssigkeit auch in der Lage sein ein Zusatzmittel zum Erhöhen des Ph Wertes aufzunehmen.
Pumpe (Pos 8)
Die Pumpe ist auf dem Wechselbehälterdeckel (Pos 9) fest montiert und ist eine normale elektrisch angetriebene Pumpe wie sie z.B. für die Scheibenwaschflüssigkeit verwendet wird. Die Pumprichtung kann mit dieser Pumpe umgekehrt werden (Volumenstrom umkehren)
Behälterdeckel (Pos 9)
Dieser ist an passender Stelle im Auto (z.B. Kofferraum) angebracht und dient zum Aufnehmen des Wechselbehälters (Pos 10).
Wechselbehälter (Pos 10)
Der Wechselbehälter ist ein Kunststoffteil welches durch einen einfachen Handgriff am Behälterdeckel (Pos 9) eingeklinkt wird. Im Behälter befindet sich die Trägerflüssigkeit (siehe Bild 1) die nach dem Einsetzen des vollen Wechselbehälters durch die Pumpe zum Reinigungsbehälter (Pos. 2) gepumpt wird (siehe Bild 2)
Die Trägerflüssigkeit befindet sich jetzt im Reinigungsbehälter (siehe Bild 2) und die Abgase, die sich durch die Hindernisse (Pos. 5) im Labyrinth (Pos. 4) bewegen, verwirbeln die Flüssigkeit mit dem Gas. Dadurch werden die Partikel benetzt und verbleiben in der Flüssigkeit.
Wenn die Trägerflüssigkeit mit Feinstaub gesättigt ist wird diese in den Wechselbehälter (Pos. 10) zurückgepumpt. Der Wechselbehälter wird jetzt ausgeklinkt und gegen einen neuen ausgewechselt. Dadurch wird die Trägerflüssigkeit und damit die aufgefangenen Partikel entfernt. Der volle Wehseibehälter wird an z.B. Tankstellen abgegeben und hier sachgemäß recycelt. (Pos. 10)
Vom neuen Behälter wird jetzt die Trägerflüssigkeit in den Reinigungsbehälter gepumpt. Wann das Auswechseln geschehen muss weiß die Bordelektronik. Das wird entweder über die gefahrenen Kilometer oder der Fahrzeit kontrolliert und signalisiert.
Die Ausführungen werden mit folgenden Zeichnungen näher erläutert:

1 Diese Darstellung zeigt den Abgasreiniger im initial Zustand. Der Behälter (Pos. 10) ist mit der Trägerflüssigkeit gefüllt. Der Reinigungsbehälter (z.B. Nachschalldämpfer im Fahrzeug) ist mit einem Labyrinth ausgerüstet und dieses ist z.B. Stahlwolle o.ä. gefüllt. Die Pfeile (Pos. 6) zeigen den Durchfluss vom Abgas an.
2 Die Trägerflüssigkeit wurde von der Pumpe (Pos. 8) aus dem Wechselbehälter in den Reinigungsbehälter gepumpt. Der Abgasreiniger ist jetzt bereit zum Reinigen des Abgases.
3 Der Wechselbehälter (Pos. 10) kann mit einer extra Kammer (Pos. 14) ausgerüstet werden in welcher sich eine Chemikalie (Pos. 13) befindet welche in der Lage ist den pH Wert der Trägerflüssigkeit zu regulieren. Diese Chemikalie wird mit der Pumpe dosiert an die Trägerflüssigkeit abgegeben und beeinflusst damit beim Mischen mit dem Abgas auch den pH Wert des Abgases.
4 Es wurde untersucht ob die Feinstaubpartikel überhaupt an der Trägerflüssigkeit haften wollen. Dazu wurde ein Behälter (Pos. 15) mit Wasser über einen Schlauch (Pos. 16) an das Endrohr (Pos. 19) von einem Personenwagen angeschlossen. Dann wurden zwei Versuche gefahren, einmal wurde der Feinstaubgehalt ohne (Versuch 1) und einmal mit (Versuch 2) Abgasreiniger geprüft.
5 An dem Endrohr (Pos. 19) des Personenwagens wurde ein Filterpapier befestigt und nach diesem Versuch wurde ein zweiter Versuch gemacht wobei das Filterpapier am Gasauslass (Pos. 18) gemäß 4 befestigt Dieses ist das Filterpapier nach Versuch 1, Die Schwärzung sind die Feinstaubpartikel nach 10 Minuten Motorlauf. Dieses ist das Filterpapier nach Versuch 2. Es ist ersichtlich dass die Schwärzung erheblich weniger ist.
8 Bei großen Fahrzeugen wie Lastwagen, Bussen, Dieselloks oder Schiffen würde das ständige Wechseln von Flüssigkeitsbehältern umständlich sein. Hier werden Tanks (Pos. 20,21 und 23) eingebaut die die Trägerflüssigkeit aufnehmen und dann wird die schmutzige Trägerflüssigkeit abgepumpt und die saubere Trennflüssigkeit eingepumpt.

Beschreibung der auf den Zeichnungen angegebenen Positionen

Pos.	Beschreibung	siehe Figur
1	Eingangsrohr für das Abgas	1
2	Reinigungsbehälter (Nachschalldämpfer am Auto)	1
3	Endrohr (Abgasauslass)	1
4	Labyrinth für den Durchlauf des Abgases	1
5	Füllung des Labyrinths (z.B. Stahlwolle o.ä.)	1
6	Durchflussrichtung des Abgases	1
7	Rohrverbindung von Wechselbehälter zu Reinigungsbehälter	1
8	Pumpe für Trägerflüssigkeit	1
9	Deckel für Wechselbehälter	1
10	Wechselbehälter mit Trägerflüssigkeit	1
11	Rohr oder Schlauchverbindung für Chemikalie	3
12	Dispenser, Schlauch- oder Membranpumpe	3
13	Chemikalie zum Regulieren des pH Wertes	3
14	Extra Kammer an Wechselbehälter	3
15	Wasserbehälter für Versuchsaufbau	4
16	Schlauchverbindung Wasserbehälter und Endrohr	4
17	Deckel auf Wasserbehälter	4
18	kurzer Schlauch als Abgasauslass	4
19	Endrohr am Fahrzeug	5
20	Tank für saubere Trägerflüssigkeit	8
21	Reinigungsbehälter	8
22	Tank für schmutzige Trägerflüssigkeit	8
23	Abgasrohr vom Fahrzeug	8
24	Abgasauslass zum Endrohr	8

Funktion
Wenn Masse (z.B. Feinstaub) mit einer Flüssigkeit in Kontakt kommt so entsteht Adhäsion. Das bedeutet dass die von der Flüssigkeit benetzten Partikel in der Flüssigkeit verbleiben und nicht mehr an das Gas zurückgegeben werden.
Das in den Reinigungsbehälter (Pos. 2) eintretende verunreinigte Abgas wird im Labyrinth (Pos. 4) auf die Trägerflüssigkeit treffen und durch Stahl- oder Kunststoffwolle (Pos. 5) oder Propeller erheblich verwirbelt. Dadurch werden so viel wie möglich Feinstaubpartikel mit der Trägerflüssigkeit in Berührung kommen und dabei benetzt. Diese Feinstaubpartikel können nicht mehr zum Gas zurück kehren. Sie werden von der Adhäsion in der Trägerflüssigkeit gehalten.
pH Wert
Die Stickoxide im Abgas sind im Allgemeinen sauer, das heißt sie haben einen geringen pH Wert. Die Flüssigkeit kann mit Natriumcarbonat behandelt werden. Dadurch wird der pH Wert angehoben.
Wenn z.B. zwei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen pH Werten vermischt werden pendeln sie sich spontan auf einen Mittelwert ein. Auch wenn sich Gas mit einer Flüssigkeit vermischt und beide verschiedene pH Werte haben wird wahrscheinlich eine Angleichung des pH Wertes eintreten.
Die Trägerflüssigkeit (Pos. 10) ist auf einen hohen pH Wert eingestellt und wenn diese basische Flüssigkeit mit dem sauren Abgas verwirbelt wird entsteht vermutlich auch hier ein mittlerer pH Wert.
Die Trägerflüssigkeit (Pos. 10) wird von vornherein mit einem sehr hohen pH Wert ausgeführt. Damit wird der pH Wert des Abgases angehoben und verlässt das Fahrzeug mit einem besseren pH Wert. Sollte dieser initiale pH Wert der Flüssigkeit nicht ausreichen um den pH Wert des Abgases während des gesamten Betriebes anzuheben kann z.B. Natriumcarbonat laufend der Trägerflüssigkeit zugefügt werden.
Auf Bild 3 ist ein Wechselbehälter mit einem Dispenser (Pos. 12) für eine hoch basische Flüssigkeit dargestellt.
Der Wechselbehälter (Pos. 10) ist mit einer weiteren Kammer (Pos. 14) versehen worden. Diese wird mit z.B. Natriumcarbonat in flüssiger Form gefüllt. Auf dem Deckel (Pos. 9) befindet sich ein Dispenser (Pos. 12) entweder als Schlauchpumpe oder als Membran- oder Magnetkolbenpumpe. Durch diese wird regelmäßig eine gewisse Menge Natriumcarbonat in die Trägerflüssigkeit im Reinigungsbehälter eingespritzt. Der pH Wert in der Trägerflüssigkeit wird dadurch vermutlich laufend neutralisiert
Bedienung
Es ist im Augenblick nicht bekannt wie lange mit dem Auto gefahren werden kann bis die Flüssigkeit mit Feinstaub gesättigt ist bzw. bis das Natriumcarbonat verbraucht ist. Das muss durch Versuche ermittelt werden. Das kann z.B. bereits nach einer Tankfüllung der Fall sein oder aber viel später.
Der Fahrer hat mehrere neue Wechselbehälter dabei und braucht nur den Wechselbehälter abnehmen und einen neuen einzusetzen. Die Tankstellen werden vorbereitete gefüllte Wechselbehälter auf Vorrat haben. Der Fahrer steckt den neuen Behälter in den Deckel. Damit ist der Motor wieder in der Lage sauberes Abgas zu emittieren.
Versuche
Es wurde versucht experimentell zu ermitteln inwieweit dieses Projekt realisierbar ist. Da kein Labor zur Verfügung stand war die Frage, die beantwortet werden sollte, folgende:

Wird durch Vermischung der Partikel mit einer
Flüssigkeit weniger Feinstaub emittiert?

Versuchsaufbau
Das Endrohr (Pos. 19) von einem Renault Kangoo Diesel Baujahr 2010 wurde mit einem Schlauch (Pos. 16) an einen Wasserbehälter (Pos. 15) angeschlossen. (siehe Bild 4)
Dieser Schlauch (Pos. 16) ging durch den Deckel (Pos. 17) des Wasserbehälters (Pos. 15) bis auf den Boden des Behälters.
Im Wasserbehälter (Pos. 15) wurden ca. 6 Liter Wasser eingefüllt. Der Wasserbehälter wurde komplett abgedichtet und an einer Öffnung im Deckel (Pos. 17) des Wasserbehälters wurde ein Schlauch (Pos. 18) mit einer Länge kurz unterhalb des Deckels befestigt mit dem selben Durchmesser wie die Schlauchverbindung (oder eben des Endrohres)
Versuch 1
Es sollte festgestellt werden wie viel Feinstaub ungefähr bei normalen Betrieb emittiert wird.
Reinweißes Filterpapier (Kaffeefilter) wurde direkt am Endrohr befestigt (siehe Pos 19 auf 5) Der Motor wurde gestartet und drehte sich 10 Minuten im Leerlauf mit einer Drehzahl von 1000 U/Min. Dann wurde der Filter abgenommen.
Die Dunkelheit zeigt die Menge Feinstaub die bei diesem Versuch von dem Filter (in 10 Minuten Leerlauf!) eingesammelt wurde.
Anschließend wurde das Endrohr (Pos. 19) über einen Schlauch (Pos. 16) mit dem Behälter (Pos. 15) verbunden sodass das Gas unter dem Wasserspiegel in Bodennähe austreten konnte. Am Gasauslass (Pos. 18) oben am Wasserbehälter wurde wieder ein Filter angebracht. Der Motor wurde erneut gestartet unter genau den selben Bedingungen wie vorher. Das Abgas musste jetzt unter Wasser austreten und das Wasser wurde durch den Gasdruck erheblich bewegt.
Nach Ende dieses Versuches wurde der Motor abgestellt und die Menge des emittierten Feinstaubes am Filter untersucht.
Auch wenn dieser Versuch äußerst primitiv und einfach durchgeführt wurde so ist doch eines klar ersichtlich. Die Menge des emittierten Feinstaubes nach Versuch 2 ist erheblich geringer als die Menge des emittierten Feinstaubes nach Versuch 1.
Das bedeutet dass die benetzten Partikel in der Flüssigkeit aufgefangen wurden. Wenn die Bedingungen optimiert werden (z.B. besseres Verwirbeln in der Flüssigkeit, längere Verwirbelung Strecke) wird das Resultat ganz sicher noch viel besser.
Abgasreiniger für größere Fahrzeuge
Ein laufender Austausch von Wechselbehältem macht bei größeren Fahrzeugen wie Lastwagen, Busse, Dieselloks und Schiffen wenig Sinn.
Bei diesen werden Tanks eingebaut und zwar ein Tank für saubere Flüssigkeit (Pos. 20), ein Tank für schmutzige Flüssigkeit (Pos. 22) und ein Reinigungstank (Pos. 21). Die Flüssigkeiten können dann bei Bedarf an autorisierten Stellen gefüllt oder entleert werden. Ebenfalls kann ein Tank für die pH-Regulierungsflüssigkeit vorgesehen werden. An den Tankstellen kann dann ein Serviceplatz für diese Aktivitäten aufgebaut werden.
Die Tanks können an passender Stelle am Fahrzeug eingebaut werden. Im Beispiel 8 sind die 3 Tanks hinter dem Führerhaus angebracht.

Claims

Abgasreiniger zum Trennen von Feinstaubpartikeln aus dem Abgas von Verbrennungsmotoren in eine Trägerflüssigkeit (Pos. 10) wobei dann die Trägerflüssigkeit einfach entsorgt werden kann und zum gleichzeitigem Regulieren des pH Wertes zum Vermindern der gesundheitsschädlichen Eigenschaft der Stickoxide
Abgasreiniger nach Anspruch 1 wobei das Abgas des Verbrennungsmotors einen Reinigungsbehälter (Pos. 2) durchläuft und dabei das Abgas mit einer Trägerflüssigkeit (Pos. 10) vermischt wird.
Abgasreiniger nach Anspruch 1 wobei in diesem Reinigungsbehälter (Pos. 2) Hindernisse und Labyrinthe (Pos. 4) oder durch Elektromotor angetriebene Propeller oder anderen Mischanordnungen angebracht sind um die intensive Vermischung von Abgas und Trägerflüssigkeit (Pos. 10) zu ermöglichen
Abgasreiniger nach Anspruch 1 wobei ein leicht durch Spannverschlüsse am Deckel (Pos. 9) auswechselbarer Trägerflüssigkeitsbehälter (Pos. 10) im Fahrzeug befestigt wird und dieser Trägerflüssigkeitsbehälter mit einer Rohr- oder Schlauchverbindung (Pos. 7) mit dem Reinigungsbehälter (Pos. 2) verbunden ist und an einem fest im Fahrzeug montiertem Deckel (Pos. 9) befestigt ist
Abgasreiniger nach Anspruch 1 wobei der Flüssigkeitsbehälter (Pos. 10) mit einer extra Kammer (Pos. 14) versehen ist in welcher sich eine flüssige Chemikalie (Pos. 13) befindet die in der Lage ist den pH Wert des Abgases zu regulieren und von der Bordelektronik nach Bedarf in die Trägerflüssigkeit eingebracht wird
Abgasreiniger nach Anspruch 1 wobei sich auf dem Deckel (Pos. 9) ein Dispensor (Pos. 12) befindet welcher nach Bedarf eine gewisse Menge pHregulierende Chemikalie in die Trägerflüssigkeit dosiert.
Abgasreiniger nach Anspruch 1 wobei bei größeren Fahrzeugen separate Tanks (Pos. 20, 21 und 22) anstelle von Wechselbehältern zum Lagern der sauberen Trennflüssigkeit, der schmutzigen Trennflüssigkeit und dem Reinigungsbehälter verwendet werden.