DE2833481A1

DE2833481A1 - Verfahren und vorrichtung zur abgasreinigung und zur verbesserung der kraftstoffausnutzung bei verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE2833481A1
Application number: DE19782833481
Authority: DE
Inventors: Bernhard Horstmann
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1978-07-31
Filing date: 1978-07-31
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2833481C2

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ABGASREINIGUNG UND ZUR
VERBESSERUNG DER KRAFTSTOFFAUSNUTZUNG BEI VERB RE.NNUNGSKRATMAS CHIEN Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abgasreinigung und zur VerbesSerung der Kraftstoffausnutzung bei Verbrennungskraftmaschinen.
Der deutschen Offenlegungsschrift 26 02 T56 ist zu entnehmen, daß bereits verschiedene Vorschläge zur Abgasreinigung.und zur der besserung der Kraftstoffausnutzung' gemacht worden sind. So hat man versucht, den Anteil unverbrannter Kohlenwasserstoffe und anderer umweltverschmutzender Bestandteile in den Abgasen, wie z.B. Blei und verkohlte Schmutizteilchen,-herabzusetzen. Es ist auch schon versucht worden, den. Wirkungsgrad von Verbrennungskraftmaschinen dadurch zu steigern, daß man unverbrannte Kohlenwasserstoffe, die -in den Abgasen enthalten-sind, in die Brennkraftmaschine zurückgeführt hat. Dieser Weg hat sich jedoch nicht als gangbar erwiesen, weil es hierdurch u.U. zu einem Stillstand der Brennkraftmaschine kommt.
Der Erfindung liegt die Aufqabe zugrunde, ein Verfahren zur Abgasreinigung und zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung bei Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, bei dem mit einfachen und kostensparenden Mitteln ein Erfolg erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus dem Abgasstrom Ruß in reiner bzw. weitgehend reiner Form ausgeschieden und in den Einlaß der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird. Auf diese Weise wird eine beträchtliche Minderung'der Abgastrübung erreicht, dä der rückgeführte Anteil an Ruß nicht in die freie Atmosphäre austreten kann. Darüber hinaus erhält man durch die nachträgliche Verbrennung des Rußes einen Energiegewinn der einen besseren Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine mit sich bringt. Schließlich ergibt sich ein geringerer Verschleiß an den Ventilsitzen der Einlaßventile, da Ruß eine Schmierwirkung au'fweist, so daß der sonst vorhandene Metall-Metall-Kontakt an den Ventilen und Ventilsitzflächen entfällt, und eine zusätzlichen Schmierleitungen notwendig sind, wie das bei großen Brennkraftmaschinen der Fall ist.
Eine bevorzugte Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens sieht eine den Ruß vom Abgasstrom trennende Ausscheidevorrichtung vor, die über eine Verbindungsleitung mit dem Auslaßröhrenwerk der Brennkraftmaschine und über eine Rückführleitung mit dem Einlaßröhrenwerk der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Die Ausscheidevorrichtung kann beispielsweise von einer in geeigneter Weise ausgebildeten Filtereinrichtung gebildet sein, vorzugsweise besteht sie jedoch aus einem Zyklon.
Vorteilhafterweise kann die Rückführleitung zur partiellen Rückführung des Abgasstromes benutzt werden. Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Verbindungsleitung -eine eine Auslaßöffnung des Zyklons steuernde Einrichtung angeordnet ist, die vorzugsweise eine Fotozelle aufweist. Auf diese Weise wird die Abgas-Rückführung in der Weise vollautomatisch gesteuert, daß im Vollastbereich, wo ein großer Rußanfall vorhanden ist, die Auslaßöffnung des Zyklons nur einen Minimalöffnungsquerschnitt aufweist, so daß lediglich Ruß und ein vernachlässigbarer kleiner Abgas an teil über die Rückführleitung zum Einlaß der Brennkraftmaschine zurSickgeführt wird. Der Anteil des zurückgeführten Abgasvolumens kann im Vollastbereich etwa 2 % betragen, während er im Leerlaufbereich etwa maximal 50 g des gesamten Abgasvolumens beträgt. Eine entsprechende Steuerung im Teillastbereich, bei der n entsprechender Anteil des Abgases über die Rückführ]eitung in die Brennkraftmaschine zurückgeführt wird, erbringt folgende zusätzliche Vorteile.
Die Schadstoffimmission, insbesondere Stickoxyd wird gesenkt, desgleichen die Verbrennungsgeräusche infolge einer weichen Verbrennung sowie der Kraftstoffverbrauch, während schließlich die Luftfilterstandzeit erhöht wird, da ein entsprechend der rückgeführten Abgasmenge geringereFrischluftmenge über den Luftfilter zugeführt werden braucht.
Darüber hinaus wird durch den Zyklon eine Wirkung erzeugt, die sich günstig auf die Geräuschentwicklung auswirkt, d.h. die Auspuffgeräusche werden durch den Zyklon gemindert.
Die Steuerung.der Abgasrückführung wird in einfacher Weise dadurch ermöglicht, daß in der Auslaßöffnung des Zyklons ein Dosierventil angeordnet ist, das mit einem durch die Fotozelle gesteuerten Regelglied in Wirkverbindung steht. Dabei weist das Dosierventil vorzugsweise eine verstellbare Blende auf.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel 'ist in der Zeichnung dargestellt, in der mit 1 eine Brennkraftmaschine dargestellt ist. Die Brennkraftmaschine 1 besitzt ein Einlaßröhrenwerk 2, an das über eine Einlaßleitung 3 ein Luftfilter 4 angeschlossen ist. Auf der gegenüberliegenden S'eite besitzt die Brennkraftmaschine ein Auslaßröhrenwerk 5, das über eine Verbindungsleitung 6 mit einer Ausscheidevorrichtung 7 in Gestalt eines Zyklons 8'in Verbindung steht. Ein Auslaßstutzen 9 des Zyklons 8 steht über eine Auslaßleitung .11 mit einem Schalldämpfer 12 in Verbindung. An seinem dem Schalldämpfer '12 abgewandten Ende besitzt der Zyklon 8 eine Auslaßöffnung 13,'in der ein Dosierventil 14 angeordnet ist. An das mit einer verstellbaren Blende versehene Dosierventil 14 ist eine Rückführleitung 15 angeschlossen, die zur Einlaßleitung 3 des Einlaßröhrenwerks 2 zurückgeführt ist.
In der Verbindungsleitung 6 sitzt eine die Auslaßöffnung 13 des Zyons 8 steuernde Einrichtung 16, die eine Lichtquelle 1-7 und eine Fotozelle 18'aufweist. Die Fotozelle 18, steht über eine elektrische Steuerleitung 19 mit einem Regiglied 21 in Verbindung, das seinerseits über eine weitere elektrische Steuerleitung 22 mit dem Dosierventil 14 am Zyklon 8 in Verbindung steht.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt: Das aus dem Auslaßröhrenwerk 5 der Brennkraftmaschine 1 austretende Abgas gelangt über die Verbindungsleitung 6 in den Zyklon 8. Hier wird Ruß in reiner bzw. weitgehend reiner Form ausgeschieden und -über die Auslaßöffnung 13 des Zyklons 8 und die Rückführleitung 15 zusammen mit einem bestimmten Anteil des Abgasvolumens in die Ein-Iaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 abgesaugt.
Der übrige Anteil des Abgases gelangt über die Auslaßleitung 9 des Zyklons 8 und den Schalldämpfer 12 in die freie Atmosphäre.
Der jeweilige Anteil an Abgas, der in die Einlaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt bzw. über den Schalldämpfer 12 in die freie Atmosphäre abgeführt wird, hängt vom.Trübungsgrad ab, der sich in der Verbindungsleitung 6 einstellt. Dieser Trübungsgrad wird mit Hilfe der Fotozelle 18 festgestellt, die dann einen entsprechenden elektrischen Impuls über die Steuerleitung 19 an das Regelglied 21 abgibt. Von dort wird dann über die weitere Steuerleitung 22 die Auslaßöffnung 13 des Zyklons 8 entsprehcned gesteuert.
Im vorliegenden Fall wird die Steuerung so eingestellt, daß beispielsweise im Vollastbereich der Brennkraftmaschine, wo also der Rußanteil besonders hoch ist, die Auslaßöffnung 13 ihren minimalen.
'Offnungsquerschnitt einnimmt, so daß Ruß und ein vernachlässigbar kleiner Abgasanteil (etwa 2 %) über die Rückführleitung 15 in die Einlaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt wird. Dagegen wird im Leerlaufbereich, wo eine entsprechend geringere Abgastrübung vorhanden ist, durch die Fotozellensteuerung die Ablauföffnung in ihren maximal größten öffnungsquerschnitt gebracht, so daß bis zu max. 50 % des Abgasvolumens über die Rücklaufleitung 15 zum Einlaß der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt wird. Im Teillastbereich ist eine entsprechende prozentuale Abgasrückführung vorhanden.

Claims

P A T E N T A N S P R o C H E Verfahren zur Abgasreinigung und zur Verbesserung der Kraftstoffaixsnutzung bei Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem-Abgasstrom Ruß in reiner bzw. weitgehend reiner Form ausgeschieden und in den Einlaß der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ruß vom Abgasstrom trennende Ausscheidevorrichtung (7), die über eine Verbindungsleitung (6) mit dem Auslaßröhrenwerk (5) der Brennkraftmaschine (1) und über eine Rückführleitung (15) mit dem Einlaßröhrenwerk (2) der Brennkraftmaschine (1) in Verbindung steht.
3, Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausscheidevorrichtung (2) von einem Zyklon (8) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (6) eine eine Auslaßöffnung (13) des Zyklons (8) steuernde, auf die Abgastrübung in der Verbindungsleitung (6) ansprechende Einrichtung (16) angeordnet ist.
", 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (16) eine Fotozelle (18) aufweist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßöffnung (13) des Zyklons (8) ein Dosierventil (1-4) angeordnet ist, das mit einem durch die Fotozelle (18) gesteuerten Regelglied (21) in Wirkverbindung steht.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6-, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosierventil (14)' eine verstellbare Blende aufweist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (8) zwischen dem Auslaßröhrenwerk (5) der Brennkraftmaschine und einem Schalldämpfer (12) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zyklon (8) einen integrierten Schalldämpfer besitzt.