DE2315634C3

DE2315634C3 - Verfahren zur Verminderung der Schadstoffemission von Verbrennungsmotoren und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2315634C3
Application number: DE2315634A
Authority: DE
Inventors: Hubert Nussbaumen Kirchhofer; Josef Perevuznik; Alfred Dipl.-Ing. Wunsch
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1973-03-29
Publication date: 1975-07-31
Also published as: AT336344B; NL166310B; US3874166A; ATA856273A; BE807847A; DE2315634A1; FR2215092A5; NL7316249A; DK139764B; JPS5344685B2; NL166310C; DK139764C; DE2315634B2; CA988382A; GB1455269A; CH552135A; IT1003250B; JPS50157914A

Description

Eintrittsöffnung (9) ausmündet. Beim Dieselmotor steigt mit abnehmender Last der

8. Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeich- Luftüberschuß wegen der Lastregelung über den Genet durch mindestens eine Düse (37) als Ausmün- mischheizwert. Bei kleinen Lasten kann daher mehr dung der Verbindungsleitung (35, F i g. 8). 6a Abgas rückgeführt werden, ohne daß sofort Luft-

9. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich- mangel auftritt, weil dort der Verbrennungsluftübernet durch eine Drosselvorrichtung (29, 34) im schuß sehr groß ist. Im niederen und mittleren Teil-Überströmkanal für die sekundäre Abgasrückfüh- lastgebiet kann also die Stickoxidemission mittels Abrung. gasrückführung in die Frischluft besonders wirkungs-

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge- 65 voll reduziert werden. Im Vollastbereich dagegen kennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der würde eine starke Rückführung von Abgasen die er-Drosselvorrichtung (29, 34) einstellbar ist. reichbare Leistung des Motors herabsetzen. Aber

nicht nur von der Motorseite her betrachtet, sondern

iuch von den gesetzlichen Emissionsbestimmungeo, einem durch eine gasdynamische Druckwellen-Bvelche den praktischen Fahrbetrieb berücksichtigen, maschine aufgeladenen Verbrennungsmotor kleinere ist es erwünscht, bei Teillast mehr Abgas zurückzu- Schadstoffemissionsweite insbesondere im VoHast-Eühren als bei Vollast Die optimal rückzuführende bereich zu erzielen, die unter Jenen liegen, die sich Abgasmenge ist also nicht konstant; sie hängt vom S durch die primäre Abgasrückführung in der Druck-Betriebspunkt des Motors ab, der gefahren werden wellenmaschine ergeben, ohne dadurch den Mctorsoll. betrieb zu stören und möglichst ohi*e dabei eine Ein-

Die gasdynamische Druckwellenmaschine eignet büße an Leistung hinnehmen zu müssen,

sich bestens für die Aufladung von Verbrennungs- Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe be-

motoren, ganz besonders von Fahrzeugdieselmotoren, io steht darin, daß die primäre Abgasrückführung, die

bei denen kurze Ansprechzeiten des Aufladegeräts bei Vollast am kleinsten ist und mit abnehmender

und hohe Aufladung im unteren und im mittleren Last stark ansteigt, durch eine sekundäre Abgasrück-

Drehzahlbereich erwünscht sind. Da hierbei in der führung unter Vergrößerung bei Vollast über den

Druckwellenmaschine Abgas und Frischluft in di- gsyizen Lastbereich vergleichmäßigt wird, indem Ab-

rektem Kontakt stehen, tritt an der Trennfront zwi- 15 gas direkt in den Druckwellenprozeß eingeführt wird

sehen diesen beiden Gasen eine gewisse Vermischung an mindestens einer Stelle, an der die Zellen des

ein. Läufers mit Luft gefüllt sind.

Bei Vollast läßt sich das Übertreten von Abgas in Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfah-

die Luft, im weiteren primäre Abgasrückführung ge- rens ist gekennzeichnet durch mindestens einen Über-

nannt, weitgehend vermeiden, indem man bei der ao strömkanal für die sekundäre Abgasrückführung von

Auslegung der Druckwellenmaschine die Trennfront einem mit Abgas gefüllten Raum zu einer gegen die

Abgas—Luft nicht bis an die Hochdruckluft-Aus- Zellen gerichteten öffnung in einem Seitenteil der

trittsöffnung herankommen läßt. Eine Pufferzone aus Druckwellenmaschine.

Luft verhindert dann den Übertritt des Abgases in Eine Verbesserung läßt sich dabei erzielen durch

die Verbrennungsluft. Außerdem wird der Nieder- 35 eine Kühlvorrichtung im Überströmkanal für die se-

druckteil bei Vollast staik überspült, d. h., die Druck- kundäre Abgasrückführung.

wellenmaschine saugt mehr Luft an als sie verdichtet Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung und auf der Hochdruckseite an den Motor aligibt. dient eine Rückströmleitung als Überströmkanal, Diese zusätzliche Spülluft wird zum Ausschwemmen deren Einströmöffnung, in Drehrichtung des Läufers der Mischzone benutzt. Es gelingt aber keineswegs, 30 gesehen, innerhalb der ersten Hälfte, vorzugsweise diese Überspülung der Druckwellenmaschine auch unmittelbar nach der Öffnungskante der Niederdruckbei Betriebspunkten im Teillastgebiet des Motors auf- gas-Austrittsöffnung liegt, und deren Ausströmöffrechtzuerhalten. Sie nimmt mit fallender Last des nung innerhalb der zweiten Hälfte, vorzugsweise unMotors immer mehr ab und verwandelt sich schließ- mittelbar vor der Schließkante der Niederdruckluftlich in eine Unterspülung bei tiefen Teillasten, d. h., 35 Eintrittsöffnung liegt.

von der Druckwellenmaschine wird weniger Frisch- Eine andere Ausführung verwendet eine Rückluft angesaugt, als an den aufzuladenden Motor ver- stromleitung als Überströmkanal, die von der Hochdichtetes Gas abgegeben wird. druckgas-Zuführung abzweigt und, in Drehrichtung

Die gegebenen Eigenschaften der Druckwellen- des Läufers gesehen, im Steg vor der Hochdruckluftmaschine entsprechen also bereits den Anforderun- 40 Austrittsöffnung ausmündet.

cen, die an eine Abgasrückführung bei Verbrennungs- Weist die Druckwellenmaschine eine Kompresiotoren zum Zwecke einer Verminderung der Schad- sionstasche auf, dann ist eine Anordnung zweckstoffemission gestellt werden, indem ι U- Abgasrück- mäßig mit einer Rückströmleitung als Überströmführung mit fallender Last des Motors zunimmt. Sie kanal, die von der Hochdruckgas-Zuführung abzweigt genügt bereits für gewisse Motoren, welche, um die +5 und in der Kompressionstasche ausmündet.
Forderungen des California-13-Stufen-Zyklus er- Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ergibt sich füllen zu können, eine Abgasrückführung bloß bei durch eine Verbindungsleitung als Überströmkanal, Teillast verlangen. die von der Hochdruckgas-Zuführung abzweigt und

Bei der üblichen Auslegung der Druckwellen- — in Drehrichtung des Läufers gssehen — im Steg maschine für Aufladezwecke wird also die Abgas- 50 vor der Hochdruckgas-Eintrittsöffnung ausmündet,
qualität des Motors bei Vollast kaum beeinflußt, da Eine Verbesserung wird dabei erreicht durch mindort praktisch kein Abgas rückgeführt wird. Es ist destens eine Düse als Ausmündung der Verbindungswohl möglich, die Abgasrückführung im ganzen Be- leitung.

triebsbereich der Druckwellenmaschine anzuheben, Eine leichtere Anpassung solcher Einrichtungen die Beeinflussung von Teilbereichen ist aber schwierig. 55 an den jeweiligen Motor ergibt sich durch eine Verstärkt man die Abgasrückführung bei Vollast, Drosselvorrichtung im Überströmkanal für die sckundann beginnt der Motor bei abnehmender Last schon däre Abgasrückführung, was noch verbessert werden bald zu »rauchen« und es besteht Gefahr, daß er im kann, wenn der Durchtrittsquerschnitt der Drosseluntersten Lastbereich zuviel Abgas bekommt und vorrichtung einstellbar ist.

abstirbt. Eine Rückführung sehr heißen Abgases di- 60 Das umrissene Verfahren ermöglicht es, durch

rekt in die Verbrennungsluft bei Vollast wäre auch Beeinflussung des Druckwellenprozesses die Charak-

weniger wirkungsvoll, denn heißes Abgas reduziert teristik der primären Abgasrückführung in einer

bekanntlich die Schadstoffanteile nicht so stark. gasdynamischen Druckwellenmaschine mit Hilfe

Heißes Abgas in der Verbrennungsluft würde ferner einer sekundären Abgasrückführung so zu verändern,

wegen der Verminderung des Verbrennungsluft-Ver- 65 daß sie in allen Betriebspunkten des Motors an-

hältnisses eine Leistungsreduktion des Motors er- nähernd optimal ist. Vergleichbare Verfahren, die mil

fordern. Abgasturboladern arbeiten, benötigen dazu eine

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei eigene Regelung.

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Rückgeführtes und in besonderem Maße gekühltes dem Läufer als Niederdruckgas durch die Austritts-Abgas ist vor allem dort wirksam, wo es im Betriebs- öffnungen 10 im Gasgehäuse 3 wieder aus und strömt feld des Verbrennungsmotors zur Herabsetzung der bei 6 vom Gasgehäuse ab, z. B. zum Auspuff hin. starken Schadstoffemission am nötigsten gebraucht Luft bei normalerweise Atmosphärendruck, kurz wird, nämlich bei hohen Lasten und bei hohen Dreh- 5 Niederdruckluft genannt, strömt bei 7 dem Luftzahien. Die Kühlung des riickgeführten Abgases ver- gehäuse 2 zu und durch die Eintrittsöffnungen 11 in bessert in den Betriebsbereichen des Motors mit der den Läufer, wo sie verdichtet wird. Sie tritt aus dem größten Schadstoffemission die Reduktion der Schad- Läufer als Hochdruckluft durch die AustrittsörTnunstoffe und verringert die nötige Leistungsminderung gen 12 im Luftgehäuse 2 wieder aus und strömt vom des Motors, die durch Abnahme der Verbrennungs- to Luftgehäuse ab, was aus diesen Figuren nicht ersichtluftdichte verursacht wird, aber durch ausreichende lieh ist, weil im vorliegenden Fall die Abströmung Kühlung herabgesetzt werden kann. senkrecht zur Zeichenebene erfolgt.

Solcherart ist bei der Aufladung eines Motors In der Stirnseite des Luftgehäuses 2 kann vor der

mittels einer Druckwellenmaschine die Verbesserung Hochdruckluft-Austrittsöffnung 12, in Drehrichtung der Abgasqualität durch Abgasrückführung in die zu 15 des Läufers gesehen, eine Kompressionstasche 13 verdichtende Verbrennungsluft auf einfache Weise vorgesehen sein, die bekanntlich zur Vorverdichtung möglich. der Luft dient.

Das beschriebene Verfahren ist vergleichbaren, Der Läufer 1 ist im Luftgehäuse 2 fliegend ge-

mit Abgasturboladern arbeitenden Verfahren auch lagert, wird bei 8 angetrieben und besteht in jenem dadurch überlegen, daß die gasdynamische Druck- ao Teil, in welchem der Druckwellenprozeß abläuft, aus wellenmaschine, die ja schon in ihrer bekannten der Nabe 14 und dem Deckband 15, zwischen denen Ausführung eine beträchtliche Abgasrückführung sich radial die Zellenwände 16 erstrecken, welche die aufweist, in ihrem Betriebsverhalten weitgehend nach den Stirnseiten des Luftgehäuses und des Gasunempfindlich gegen Verschmutzung ist. Die mit dem gehäuses offenen Zellen 17 begrenzen. Wie aus dem sekundär riickgeführten Abgas in die Druckwellen- »5 Vorhandensein von je zwei Ein- und Austrittsöffnunmaschine eingebi achte Rußmenge beeinträchtigt da- gen im Luft- und im Gasgehäuse gemäß Fi g. 2 und 3 her deren Betriebsverhalten nicht, während bei einem hervorgeht, durchläuft der Läufer den gasdynami-Turboverdichter mit sehr schwerwiegenden Folgen sehen Zyklus zweimal pro Umdrehung, zu rechnen ist. Der Betrieb eines Turboverdichters In Fig. 5 ist eine Abwicklung ungefähr des halben

über längere Zeit unter Zuleitung von feststoffhalti- 30 Läufers und der benachbarten Partien der Seitenteile gen Abgasen auf der Saugseite ist praktisch unmög- des Gehäuses dargestellt. Das bei 5 zuströmende Hch. Die Verschmutzungsprobleme bleiben bei dem Hochdruckgas füllt nur teilweise die Zellen 17, deren beschriebenen Verfahren auf den Kühler beschränkt. Bewegungsrichtung durch den Pfeil 20 angedeutet ist, der jedoch so ausgebildet werfen kann, daß eine da auch ein Rest der Luft in den Zellen verbleibt, periodische Reinigung leicht ausführbar ist. 35 Die schraffierte Fläche 21 ist der mit Motorabgas

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungs- gefüllte Raum, die ideale Trennfront zwischen Abgas beispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es und Luft ist mit 22 bezeichnet. 18 ist die Hochdruckbedeutet luft-Abströmung. Der im Läufer sich abspielende

Fig. 1 eine gasdynamische Druckwellenmaschine Druckwellenprozeß ist durch die Fortschreitlinien 23 im Längsschnitt, 40 der Druckwellen versinnbildlicht.

F i g. 2 einen Seitenteil des Gehäuses nach Die in F i g. 5 dargestellten Verhältnisse gelten bei Schnitt Π-Π in Fig. 1, Vollast des Motors. Wenn die Mischzone von Gas

Fig. 3 den anderen Seitenteil des Gehäuses nach und Luft, die sich in der Praxis einstellt, durch eine Schnitt m-in in Fi g. 1, genügend breite Luftpufferzone von der Hochdruck-

Fig. 4 einen Querschnitt des Läufers nach 45 luft-Austrittsöffnung 12 getrennt wird, ist das Aus-Schnitt rV-rV in Fig. 1, treten von Abgas mit der verdichteten Luft nicht

F i g. 5 einen Teil einer Abwicklung eines Zylin- möglich. Die mit Gas durchsetzte Pufferzone wird im derschnittes in halber Höhe der Zellen durch den Niederdruckteil vollends ausgespült, so daß Ver-Läufer und durch die benachbarten Partien der unreinigungen auch beim nachfolgenden Zyklus nicht Seitenteäe des Gehäuses mit einer erfindungsgemäßen 50 in die Ladeluft des Motors gelangen können. Es ist Abgasrückführung, ersichtlich, daß die Trennfront 22 weit vor dem Er-

Fig.6 ein Schaubild zur Darstellung der durch reichen des Endes der Niederdruckgas-Austrittsdie Erfindung sich ergebenden Wirkung; öffnung 10 die Zellen des Läufers verläßt. Danach

Fig. 7 und 8 zeigen Altenrativausführungen zu werden die Zellen nur mit Frischluft durchgespült. Fig. 5. 55 Diese Auslegung der Druckwellenmaschine ist erfor-

In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen derlich. um bei dieser Teillast des Motors keine zu Bezugszeichen versehen. starke Unterspülung zu erhalten. Bei einer Uber-

Die Fig. 1 bis 4 zeigen den bekannten Aufbau spülung von 30·/» bei Vollast ist bei Leerlauf die einer gasdynamischen Druckwellenmaschine Der Unterspülung von der gleichen Größenordnung. Da Läufer 1 dreht sch zwischen feststehenden Seiten- 60 gegen die Teillasten hin die Druckunterschiede zwiteflen des Gehäuses, nämlich dem Luftgehäuse 2 und sehen Niederdruckluft und Niederdruckgas sehr dem Gasgehäuse 3, die durch den Gehäusemittelteil 4 gering werden und dementsprechend die Druckverbunden sind, welcher den Läufer mantelartig um- wellenwirkung im Niederdruckteil sehr schwach wird, gibt. Das energiereiche Hochdruckgas, hier das Ab- verläßt bei tiefen Teillasten die Trennfront 22 den gas eines Verbrennungsmotors, strömt bei 5 dem 65 Läufer 1 nicht vor dem Ende der Niederdruckgas-Gasgehäuse 3 zu und durch die Eintrittsöfrntmgen 9 Austrittsöffnung 10. Der Anteil der im ganzen Lastin den Läufer 1, wo es einen Teil seiner Energie hn bereich primär zurückgeführten Abgasmenge liegt Druckwellenprozeß an die Luft abgibt. Es tritt aus mit der Wahl eines Punktes fest. Wird die Auslegung

•ο getroffen, daß bei Vollast 5 bis 10 Volumprozent Der Verlauf der Kurve B unterliegt naturgemäß

Abgas rückgeführt werden, dann kann die rück- gewissen Schwankungen, je nachdem, an welcher geführte Menge bei Leerlauf so groß werden, daß der Stelle das sekundär zurückgeführte Abgas in den Motor nicht mehr stabil läuft. Druckwellenprozeß eingeführt wird (siehe dazu die

F i g. 6 zeigt beispielsweise in Kurve A die mit 5 nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele) einer Druckwellenmaschine üblicher Bauart primär und wie der Prozeß ausgelegt ist. Bedingung ist aber, lurückgeführte Abgasmenge bei Nenndrehzahl des daß die Einführung des Abgases an einer Stelle erMotors, aufgetragen als Rezirkulationsgrad R₂ in folgt, an der die Zellen des Läufers mit Luft gefüllt Volumprozenten über dem mittleren effektiven KoI- sind. Beispielsweise kann auch die Ausführung nach bendruck p_mi„ wobei lOO°/o p_mt dem Kolbendruck io Fig. 5 derart variiert werden, daß die Einströnibei Vollast entsprechen. Dieser Figur ist zu entneh- öffnung 25 der Rückströmleitung 24 innerhalb der men, daß die zurückgeführte Abgasmenge bei Vollast ersten Hälfte der Niederdruckgas-Austrittsöffnung 10 sehr klein ist, mit abnehmender Teillast aber — ent- und die Ausströmöffnung 26 innerhalb der zweiten sprechend abnehmendem p_me — stark ansteigt. Er- Hälfte der Niederdruckluft-Einströmöffnung 11 liegt. wünscht und daher anzustreben ist jedoch eine 15 Die Dimensionierung der Rückströmleitung 24 flachere Rezirkulations-Charakteristik. Die in der hängt vom gewünschten Rezirkulationsgrad ab, wo-Druckwellenmaschine zurückgeführte Abgasmenge bei selbstverständlich auch das vorhandene Drucksoll bei Vollast des Motors bis zu 10 Volumprozent gefälle zu berücksichtigen ist. Eine Vereinfachung betragen, bei den tiefen Teillasten hingegen soll sie wird dabei durch die Anordnung einer Drosselvornicht größer sein als bei einer Maschine der üblichen ao richtung erreicht, um nicht in jedem Einzelfall das Bauart. Rohrkaliber anpassen zu müssen. Ein einstellbarer

Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein. Durchtrittsquerschnitt der Drosselvorrichtung er-Durch einen Überströmkanal, welcher einen mit möglicht eine bessere Optimierung und erleichtert Motorabgasen gefüllten Raum mit einer gegen die die Feinanpassung der sekundär zurückgeführten Zellen gerichteten öffnung in einem der beiden »5 Abgasmenge. Selbstverständlich ist es auch möglich, Seitenteile der Druckwellenmaschine verbindet, wird den Durchtrittsquerschnitt z. B. in Abhängigkeit vom eine sekundäre Abgasmenge direkt in den Druck- Betriebspunkt zu regeln, wodurch die Kurve B der wellenprozdJ eingeführt, was an einer Stelle erfolgen Fig. 6 noch mehr vergleichmäßigt werden könnte, muß, an der die Zellen des Läufers mit Luft gefüllt wenn dies erwünscht ist.

sind. 30 Im Abgaskühler 30 wird das rückgeführte Abgas

Gemäß F i g. 5 dient die Rückströmleitung 24 als gekühlt, bevor es dem Druckwellenprozeß zugeleitet Überströmkanal. Sie beginnt in der Niederdruckgas- wird. Dadurch wird übergroßer Dichteverlust der Austrittsöffnung 10, in Drehrichtung des Läufers ge- verdichteten Luft wegen Aufwärmung der angesaugsehen, unmittelbar nach deren Öffnungskante 27, ten Niederdruckluft vermieden und es kann die ihre Einströmöffnung 25 ist gegen die Zellen de? 35 Menge dieses sekundär rückgeführten Abgases beein-Läufers gerichtet und sie mündet in der Niederdruck- flußt werden. Durch die Kühlung des rückgeführten lufl-Einlrittsöffnung 11 unmittelbar vor deren Abgases wird aber auch die Emission der Stickoxide Schließkante 28 aus, wobei die Ausströmöffnung 26 weiter vermindert, wie oben schon erwähnt wurde. der Rückströmleitung ebenfalls gegen die Zellen Der Abgaskühler 30 kann jedoch nicht die von der gerichtet ist. An einem beliebigen Punkt der Rück- 40 Abgasturboaufladung bekannte Kühlung der gesamströmleitung 24 ist das Drosselventil 29 und davor, ten Hochdruckluft am Wege zum Motor ersetzen, in Durchströmrichtung gesehen, der Abgaskühler 30 die bei Aufladung mit einer Druckwellenmaschine angeordnet. besonders wirksam ist.

Sobald die Zellen das Ende der Niederdruckgas- Ein Beispiel mit Rückführung von Hochdruckgas

Austrittsöffnung 10 erreichen, ist der Spülvorgang 45 ist in Fig. 7 dargestellt. Von der Zuführung32 wird beendet. Das aus der Rückströmleitung 24 in den vom Motor kommendes Abgas abgezweigt und über Läufer einströmende Gas hat keine Gelegenheit, die Rückströmleitung 31 zum Luftgehäuse 2 geführt, gleich wieder durch die Austrittsöffnung 10 auszu- Die Rückströmleitung mündet in die Kompressionsströmen, sondern nimmt am nächsten Druckwellen- tasche 13 aus, von wo das Abgas in den Druckzyklus teil, durch den es zusammen mit der durch 50 wellenpro/eß eingeführt wird. Die Kompressionsdie Niederdruckluft-Eintrittsöffnung 11 einströmen- tasche ist, in Drehrichtung des Läufers gesehen, in den Luft verdichtet, durch die nächste Hochdruck- den Steg 33 vor der Hochdruckluft-Austrittsöffnung luft-Austrittsöffnung 12 ausgeschoben und dem Mo- 12 eingearbeitet. Als Drosselvorrichtung dient die tor zugeführt wird. auswechselbare Blende 34, die in die Rückströmlei-

Durch diese sekundäre Abgasrückführung wird 55 tung an deren Abzweigung von der Zuführung 32 nicht die primäre Abgasrückführung bloß überlagert, eingesetzt ist.

sondern es wird der gesamteDruckwellenprozeß der- Die Wirkung der Kompressionstasche ist bekannt-

art beeinflußt und verändert, daß die Summe aus Hch drehzahlabhängig. Bei hohen Drehzahlen übt die primär und sekundär zurückgeführter Abgasmenge Tasche keinen Einfluß auf den DruckwellenprozeE der Kurve B in F i g. 6 entspricht. Der Rezirkula- 60 aus, bei tiefen Drehzahlen aber bewirkt sie eine Vor tionsgrad kann bei Vollast bis auf 10 Volumprozent verdichtung der angesaugten Frischluft. Im ganzer angehoben werden, ohne eine entsprechende Er- Drehzahlbereich sind jedoch die Druckverhältniss« höhung auch bei Teillast zu verursachen. Die derart, daß bei Vollast das Druckgefälle von de Kurve B ist gegenüber der Kurve A über den ganzen Hochdruckgas-Zuführung 32 zur Kompressionstaschi Lastbereich vergleichmäßigt und weist nach diesem 65 größer ist als bei Teillast, so daß bei Vollast eim Beispiel bei den tiefen Teillasten sogar kleinere entsprechend größere Abgasmenge zurückgeführt wird Werte auf als gemäß Kurve A die primäre Abgas- Auch wenn keine Kompressionstasche vorhandci

rückführung allein ist, läßt sich eine gleiche Ausführung verwirklicher

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Die Rückströmleitung 31 mündet dann im Steg 33 Diese Ausführung ist sehr vorteilhaft, weil keine

mit gegen die Zellen des Läufers gerichteter Öffnung außenliegenden Leitungen notwendig sind. Die An-

aus. bringung eines Kühlers wäre naturgemäß schwierig.

Die Kurven des in beiden Fällen aus primärer und so daß eine Kühlung des rückgeführten Abgases zusekundärer Abgasrückführung sich ergebenden Re- 5 sammen mit der verdichteten Luft am Wege zum tirkulationsgrades sind ähnlich wie die Kurve B in Motor zweckmäßiger ist.
F i g. 6. Bei allen Ausführungsbeispielen ist der Über-

Ein Beispiel von Hochdruckgas-Rückführung mit Strömkanal so angeordnet, daß eine Druckdifferenz

Einströmung auf der Gasseite zeigt die F i g. 8. Die von der Einström- zur Ausströmöffnung vorhanden

innerhalb des Gasgehäuses 3 verlaufende Verbin- io ist. Prinzipiell ist auch die Einschaltung einer För-

dungsleitung 35 zweigt von der Hochdruckgas- dervorrichtung möglich, um bei kleiner Druckdiffe-

Zuführung 32 ab und mündet, in Drehrichtung des renz die Strömungsgeschwindigkeit des rückzufüh-

Läufers gesehen, vor der Hochdruckgas-Eintritts- renden Abgases zu erhöhen oder sogar eine negative

Öffnung 9 im Steg 36 aus, an einer Stelle also, an der Druckdifferenz zu überwinden, was aber die ge-

ebenfalls die Zellen des Läufers mit Luft gefüllt sind. 15 gesamte Einrichtung komplizierter macht und außer-

Durch diese Voreinströmung wird nicht nur der dem zusätzliche Energie benötigt.

Druckwellenprozeß beeinflußt, sondern gleichzeitig Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß jeweils

auch die Mischzone mehr gegen die Luftseite ver- mehrere Überströmkanäle parallel oder für jeden

schoben. Das bewirkt, daß vor allem bei Vollast und Druckwellenzyklus je einer oder mehrere vorge-

speziell bei hohen Drehzahlen ein Teil der Misch- ao sehen sind, ferner können auch die verschiedenen

zone sich mit der verdichteten Luft in die Hochdruck- Ausführungsmöglichkeiten kombiniert werden.

luft-Austrittsöffnung 12 entleert. Die Wirkung kann Es soll noch "ermerkt werden, daß das beschrie-

noch verstärkt werden, wenn an der Ausmündung bene Verfahren zur Verminderung der Schadstoff-

der Verbindungsleitung 35 die Düse 37 vorgesehen emission von Verbrennungsmotoren gleicherweise

ist, die auch die Drosselvorrichtung ersetzt. 25 für Diesel- und Ottomotoren anwendbar ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Die Erfindung betrifft eic Verfahren zur Vermin-Patentansprüche: derung der Schadstoffemission von Verbrennungs-

1. Verfahren zur Verminderung der Schadstoff- motoren, deren VeArennangsluft unter Ausnutzung emission von Verbrennungsmotoren, deren Ver- der in den Motorabgasen nochLenjaltenen Energuj brennungsluft unter Ausnutzung der in den 5 in einer gasdynamischen Druckwellenmaschme yer-Motorabgasen noch enthaltenen Energie in einer dichtet wird, wobei im Laufer der DruckweJlengasdynamischen Druckwellenmaschine verdichtet maschine an der Trennfront zwischen dem Abgas und wird, wobei im Läufer der Druckwellenmaschine der Luft eine primäre Abgasrückführung in die Luft an der Trennfront zwischen dem Abgas und der stattfindet; ferner betrifft sie eine Einrichtung zur Luft eine primäre Abgasrückführung in die Luft ίο Durchführung dieses Verfahrens.

stattfindet, dadurchgekennzeichnet, daß Vom gesamtwirtschaftlichen Standpunkt aus be-

die primäre Abgasrückführung, die bei Vollast am trachtet, bietet sich heute noch keine echte Alterkleinsten ist und mit abnehmender Last stark an- native zum Fahizeugdieselmotor an. SoU der Dieselsteigt, durch eine sekundre Abgasrückführung motor auch in Zukunft sein Leistungsziel erfüllen, unter Vergrößerung bei Vollast über den ganzen 15 nämlich Leistungssteigerung bei möglichst geringem Lastbereich vergleichmäßigt wird, indem Abgas Gewicht/PS und niedrigem spezifischen Kraftstoffverdirekt in den Druckwellenprozeß eingeführt wird brauch, dann muß dem Abgasverhalten des Dieselan mindestens einer Stelle, an der die Zellen des motors wegen der weltweiten Aktualität der Um-Läufers mit Luft gefüllt sind. weit verschmutzung ganz besondere Aufmerksamkeit

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfall- ao geschenkt werden.

rens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch min- Es ist bekannt, daß die Rückführung von Abgasen

destens einen Überströmkanal für die sekundäre in die Verbrennungsluft eines Verbrennungsmotors Abgasrückführung von einem mit Abgas gefüllten die Schadsioffemissionswerte von Siickoxyden und Raum (21, 32) zu einer gegen die Zellen (17) ge- Kohlenwasserstoffen herabsetzt. Bei dieser Rückführichteten Öffnung (11, 13, 26, 37) in einem Seiten- 25 rung, die sich beim Dieselmotor zur Reduzierung der teil (2, 3) der Druckwellenmaschine. Stickoxydemission als besonders wirksam erwiesen

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich- hat, wird Abgas in die Ansaugluft, beim aufgeladenen net durch eine Kühlvorrichtung (30) im Über- Motor in die Ladeluft zurückgeführt.

Strömkanal für die sekundäre Abgasrückführung. Die Abgasrückführung vermindert den Sauerstoff-

4. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich- 30 gehalt der Verbrennungsluft und damit den effektiven net durch eine Rückstömleitung (24) als Über- Luftüberschuß der Frischgase,. Es wird also über die sircmkanal, deren Einströmöffnung (25), in Dreh- O„-Konzentration der Zylinderfüllung in die Rerichtung des Läufers (1) gesehen, innerhalb der aktionskinetik der Verbrennung eingegriffen, wodurch ersten Hälfte, vorzugsweise unmittelbar nach der der Verbrennungsablauf und die Abgaszusammen-Öffnungskante (27) der Niederdruckgas-Austritts- 35 setzung beeinflußt werden. Verringerung der O_rKonöffnung (10), liegt und deren Ausströmöffnung zentration durch Abgasrückführung bedeutet lang-(26) innerhalb der zweiten Hälfte, vorzugsweise samere Verbrennung, unter Umständen sogar bei unmittelbar vor der Schließkante (28) der Nieder- gleichzeitiger Senkung der Verbrennungshöchsttemdruckluft-Eintrittsöffnung (11), liegt (F i g. 5). peratur, von der die Reaktionsgeschwindigkeit bei der

5. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich- 40 Bildung von Stickoxid wesentlich abhängt. Deshalb ist net durch eine Rückströmleitung (31) als Über- die Absenkung der Verbrennungshöchsttemperatur Strömkanal, die von der Hochdruckgas-Zuführung die zweckmäßigste Maßnahme zur Verminderung der (32) abzweigt und, in Drehrichtung des Läufers Stickoxide in den Abgasen. Aus dem gleichen Grunde (1) gesehen, im Steg (33) vor der Hochdruckluft- ist bezüglich der Stickoxidemission die Rückführung Austrittsöffnung (12) ausmündet. 45 gekühlter Abgase wirkungsvoller.

6. Einrichtung nach Anspruch 2 für eine Druck- Ein anderer, sehr wichtiger Aspekt der Abgasrückwellenmaschine mit einer Kompressionstasche, ge- führung ist die Verringerung des Zündverzuges, worktnnzeichnet durch eine Rückströmleitung (31) unter die Zeit vom Beginn der Einspritzung des Kraftais Überströmkanal, die von der Hochdruckgas- stoffes bis zum Beginn der Verbrennung verstanden Zuführung (32) abzweigt und In der Kompres- 50 wird. Sie ist eine Folge der aus der höheren Frischsionstasche (13) ausmündet (F i g. 7). gaseintrittstemperatur sich ergebenden höheren Ver-

7. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich- dictUungsendtemperatur. Neben anderen Vorteilen, net durch eine Verbindungsleitung (35) als Über- z. B. der Verminderung der Zündgeräusche, resultiert Strömkanal, die von der Hochdruckgas-Zuführung aus der Verkleinerung des Zündverzuges eine Ver-(32) abzweigt und, in Drehrichtung des Läufers 55 besserung der Verbrennung, was wiederum die Schädel) gesehen, im Steg (36) vor der Hochdruckgas- Stoffemission herabsetzt.