DE19528680C2 - Abgasrückführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasrückführung an Verbrennungskraftmaschinen zur NOX-Minderung mit einer Dosierpumpe.

Seit länger Zeit ist NOX (Stickoxid) als umweltschädigend bekannt. NOX fällt bei jedem Verbrennungsprozeß an, bei dem Luft eingesetzt wird, weil Luft zu einem wesentlichen Teil Stickstoff enthält.

Üblicherweise arbeiten Verbrennungskraftmaschinen (sowohl stationäre Kraftma­ schinen als auch bewegliche Verbrennungskraftmaschinen) in Kraftfahrzeugen oder Schiffen mit Luft, so daß auch bei Verbrennungskraftmaschinen NOX an­ fällt.

Zur NOX-Beseitigung sind verschiedene Maßnahmen bekannt. Diese Maßnahmen reichen von der Eindüsung von Ammoniak oder Harnstoff bis zur Abgasrückfüh­ rung. Bei der Ammoniak- und Harnstoffeindüsung wird NOX durch chemische Reaktionen unschädlich gemacht. Bei der Abgasrückführung wird der Sauerstoff­ gehalt der Zuführungsluft für die Verbrennungskraftmaschinen reduziert und dadurch die NOX-Bildung stark eingeschränkt. Darüberhinaus wird mit dem Abgas Einfluß auf die Reaktionstemperatur genommen, weil Abgas mehr Wärme aufnimmt und mit geringerem Temperaturanstieg reagiert. Die Erniedrigung der Reaktions­ temperatur ist gleichfalls günstig, weil die NOX-Bildung auch in erheblichem Umfang temperaturabhängig ist, d. h. mit höher werdender Temperatur zunimmt.

Durch die steigende Anzahl in Betrieb befindlicher Verbrennungskraftmaschinen und der daraus resultierenden in der Summe steigenden Schadstoffemissionen ist ein zunehmender Handlungsbedarf zur Begrenzung der NOX-Immissionen gegeben.

Die bisherige Abgasrückführung in Verbrennungskraftmaschinen baut auf einem Druckgefälle vom Abgasstrang hinunter in das Einlaßventil der Luftzuführung auf. Das Druckgefälle entsteht an Verbrennungskraftmaschinen mit nachgeschal­ tetem Auspuff weitgehend bereits mit dem Auspuff. Sofern der Auspuff nicht ausreicht, wird ein weiterer Widerstand der Verbrennungskraftmaschine nachge­ schaltet. Dabei ist es bekannt, in der Abgasrückführungsleitung ein Ventil anzuordnen.

Man hat erkannt, daß die Abgasrückführung an den bisherigen Verbrennungskraftmaschinen unbefriedigend ist.

Die Erfindung führt das auf verschiedene Ursachen zurück. Dazu gehört z. B. die Druckpulsation im Abgasstrang bei diskontinuierlich arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen, die Veränderung des Gegendrucks (Druckverluste) in der Abgasanlage z. B. nach Korrosion und/oder Verschmutzung usw. Darüber hinaus sind die bekannten Abgassteuerungen offensichtlich ungenau; denn es werden vorwiegend taktgesteuerte Ventile verwendet.

Aus der DE-OS 30 19 607 ist zwar eine Abgasrückführung an Verbrennungskraftmaschinen zur NOx-Minderung bekannt, bei der in der Abgasrückführung eine Dosierpumpe angeordnet ist. Mit der Dosierpumpe soll eine genau definierte Fördermenge in die Luftzuleitung der Verbrennungskraftmaschine gefördert werden. Die Dosierpumpe soll eine Zwangsförderung erfordern. Es zeigt sich jedoch, daß die Dosierpumpe zwar in der Lage ist, Unregelmäßigkeiten im Förderstrom zu glätten, je mehr die Unregelmäßigkeiten jedoch ausgeglichen werden sollen, desto schwieriger wird der Regelungsaufwand der Pumpe.

Auf die Regelung ist auch von Einfluß, welche Bauart die Dosierpumpe hat. Wahlweise arbeitet die Dosierpumpe mit einem Regelventil zusammen. Dazu ist im Prinzip jegliche Pumpe geeignet. Besonders günstig sind solche Pumpen, die einen gleichmäßigen Förderstrom erzeugen. Dazu gehören insbesondere Kreiselpumpen.

Das Regelventil ist vorzugsweise nicht mehr taktgesteuert. D.h. bestimmt die Abgasmenge nicht mehr durch die Anzahl der Takte pro Zeiteinheit, sondern ist querschnittsgesteuert. Der Durchtrittsquerschnitt des Regelventils wird dann in Abhängigkeit von der erforderlichen Abgasrückführungsmenge gesteuert.

Vorzugsweise wird von dem Regelventil bei regelbaren Dosierpumpen abgesehen. Als Regelgröße dient insbesondere der Druck. Darüber hinaus kann die Temperatur und die Motordrehzahl als Regelgröße allein oder in Kombination herangezogen werden.

Soweit die Dosierpumpe eine diskontinuierlich arbeitende Pumpe ist oder Pulsation aus dem Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine in wesentlichem Umfang in der Abgasrückführung wirksam werden, kann dem mit einer Trägheitsregelung bzw. mit einer Regelung nach gemittelten Drücken usw. begegnet werden.

Die regelbare Dosierpumpe kann dadurch regelbar sein, daß

• - der Motor eine Drehzahlregelung besitzt,
• - regelbare Ventilöffnungen vorgesehen sind
• - regelbare Dichtungen vorgesehen sind (durch ganz oder teilweise Aufhebung der Dichtung kann die Pumpwirkung beliebig reduziert werden),
• - ein regelbares Volumen (durch Vergrößerung des Pumpeninnen­ raumes kann die Pumpwirkung gleichfalls in gewünschtem Umfang reduziert werden) vorhanden ist.

Alle Maßnahme lassen jedoch noch Wünsche offen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche Verbesserung der Abgasrückführung zu erreichen.

Zu dieser Aufgabe liefert die DE-OS 36 04 090 keine Lösung. Aus der DE-OS 36 04 090 ist zwar auch eine Verbrennungskraftmaschine bekannt. Einen Beitrag zur NOx-Minderung leistet diese Veröffentlichung jedoch nicht, weil sie lediglich eine Ableitung der im Kurbelgehäuse anfallenden Gase in die Ladeluftleitung eines Kompressors zeigt. Damit soll verhindert werden, daß der Kompressor durch Öl zugesetzt wird, das von den Kurbelgehäuseentlüftungsgasen mitgeführt wird.

Nach der Erfindung wird die Abgasrückführung ganz wesentlich durch einen vorgeschalteten Beruhigungsraum in der Leitung verbessert. Mit dem lassen sich Pulsationen aus dem Taktbetrieb von Verbrennungskraftmaschinen egalisieren. Dies erleichtert die oben beschriebene Regelbarkeit/Steuerbarkeit. Weitere Vorteile lassen sich mit Hilfe einer Mineral- oder Stahlwollefüllung des Beruhigungsraumes und durch die gleichzeitige Ausbildung des Beruhigungsraumes als Kühler erreichen.

Weiter besteht die Möglichkeit zu neuen, die Dosierpumpe durch Mitbenutzung vorhandener Antriebsmedien bzw. Antriebseinrichtungen der Verbrennungskraftmaschine zu betreiben. Dazu gehört wahlweise die Mitbenutzung von Druckluft (aus einer Nutzfahrzeugbremsanlage oder überschüssiger Ladeluft), mögliche Mitbenutzung einer Hydraulik (aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges). Wahlweise läßt sich auch ein Antrieb durch Kopplung mit einem Turbolader oder der Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine selbst erreichen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

In der Zeichnung ist mit 1 eine Verbrennungskraftmaschine schematisch darge­ stellt. Zu der Verbrennungskraftmaschine führt eine Luftzuleitung 2, von der Verbrennungskraftmaschine 1 eine Abgasleitung 3. Von der Abgasleitung 3 zweigt eine Abgasrückführung 4 zur Luftzuleitung 2 ab.

In der Abgasrückführung 4 sind ein Beruhigungsraum 5 und eine Dosierpumpe 6 vorgesehen. Die Dosierpumpe 6 ist im Ausführungsbeispiel eine drehzahlgeregel­ te Kreiselpumpe. Die drehzahlgeregelte Dosierpumpe 6 besitzt ein Elektroan­ trieb und wird nach Druck und Temperatur des Abgases sowie nach der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine geregelt. Der Beruhigungsraum 5 ist mit Mineral­ wolle gefüllt, in anderen Ausführungsbeispielen mit Stahlwolle. Der Beruhi­ gungsraum vergleichmäßigt den angesaugten Abgasstrom, der die als 4-Takt-Ma­ schine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine pulsierend verläßt.

Die Mineral- oder Stahlwollefüllung des Beruhigungsraumes bewirkt zugleich eine Filterung.

In anderen Ausführungsbeispielen ist der Beruhigungsraum zugleich als Kühler ausgebildet. Dazu sind z. B. Rohrleitungen zum Wärmeaustausch mit Umgebungsluft eingeformt.

Dem Regelbereich der Dosierpumpe beträgt im Ausführungsbeispiel, bezogen auf den Druck, 20 bis 200 Millibar.

Claims (3)

1. Abgasrückführung an Verbrennungskraftmaschinen zur NOX-Minderung, mit einer Dosierpumpe, gekennzeichnet durch einen Beruhigungsraum (5) in der Abgasrückführung (4).

2. Abgasrückführung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mineral- oder Stahlwollefüllung des Beruhigungsraumes (5).

3. Abgasrückführung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Ausbildung des Beruhigungsraumes (5) als Kühler.