DE2833481C2

DE2833481C2 - Vorrichtung zur Abgasreinigung und zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung bei Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2833481C2
Application number: DE2833481A
Authority: DE
Inventors: Bernhard 4052 Korschenbroich Horstmann
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1978-07-31
Filing date: 1978-07-31
Publication date: 1982-06-03
Also published as: DE2833481A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abgasreinigung und zur Verbesserung der Kraftstoffausnutzung bei Brennkraftmaschinen, die einen Abscheider aufweist, mit dem aus dem Abgasstrom Ruß ausgeschieden wird, wobei der Abscheider eine Rückführlcitung aufweist, die zum Einlaß der Brennkraftmaschine führt und im Rückführweg ein Dosierventil angeordnet ist, das den Anteil an rückzuführendem Ruß und Abgas bestimmt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der CH-PS 5 94 130 bekannt. Hierbei wird der Ruß enthaltende Abgasstrom über eine Reinigungsvorrichtung geführt und ein Teil hiervon über eine Rückführleitung, ein Filter und ein Dosierventil in den Einlaß der Brennkraftmaschine zurückgeführt. Das Dosierventil reguliert den zurückgeführten Anteil des Abgasstroms in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Hierbei soll der zurückgeführte Anteil nicht mehr als etwa 10% der angesaugten Luft betragen.

Der Erfindung liegt ausgehend vom vorstehend angeführten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Abscheidevorrichtung zu schaffen, die besonders zur Abscheidung von Ruß geeignet ist, wartungsfrei ist und hinsichtlich der Rußrückführung über den gesamten Last- und Drehzahlbereich in Abhängigkeit von einem für Last- und Drehzahl typischen Betriebsparameter geregelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abscheidevorrichtung als Zyklon ausgebildet ist und zur selbsttätigen Regelung des an der Rußauslaßöff-" nung des Zyklons angeordneten Dosierventiis eine in der das Abgas zum Zyklon führenden Verbindungsleitung angeordnete, auf die Abgastrübung ansprechende Fotozelle vorgesehen ist.

Die Abgastrübung ist als Betriebsparameter deshalb besonders günstig, weil sie einerseits für Belastung und Drehzahl einer Brennkraftmaschine charakteristisch ist und andererseits einen gesetzlich vorgeschriebenen oberen Grenzwert nicht übersteigen darf.

Die partielle Rückführung des Abgasstroms bringt die bekannten Vorteile mit sich, daß durch die nachträgliche Verbrennung des Rußes ein Energiegewinn erzielt werden kann, der wiederum zu einem günstigeren Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine führt. Weiterhin ergibt sich ein geringerer Verschleiß an den Ventilsitzen der Einlaßventile, da Ruß eine Schmierwirkung aufweist, so daß der sonst vorhandene Metall-Me tall-Kontakt an den Ventilen und Ventilsitzflächen entfällt und keine zusätzlichen Schmierleitungen notwendig sind, wie dies bei großen Brennkraftmaschinen der Fall ist.

Die Ausbildung der Abscheidevorrichtung als Zyklon bietet den Vorteil nahezu weitgehender Wartungsfreiheit

Die Anordnung einer auf die Abgastriibung ansprechenden Fotozelle in der das Abgas zum Zyklon führenden Verbindungsleitung ermöglicht eine vollautomatische Steuerung der Rußrückführung am Ausgang des Zyklons, indem im Vollastbereich, wo ein großer Rußanfall vorhanden ist, die Auslaßöffnung des Zyklons nur einen minimalen Öffnungsquerschnitt aufweist, so daß lediglich Ruß und ein vernachlässigbarer, kleiner Abgisanteil in den Einlaß der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird, wohingegen im Leerlaufbereich der Öffnungsquerschnitt des Zyklons am größten ist. Der Ante>l des zurückgeführten Abgasvolumens kann im Vollastbereich etwa 2% betragen, während er im Leerlaufbereich etwa maximal 50% des gesamten Abgasvolumens beträgt. Eine entsprechende Regelung im Teillastbereich, bei der ein entsprechender Anteil des Abgases in den Einlaß der Brennkraftmaschine zurückgeführt wird, erbringt weiterhin eine Reduzierung der Schadstoffimmission, insbesondere von Stickoxyd, sowie des Kraftstoffverbrauchs und der Verbrennungsgeräusche infolge einer weichen Verbrennung, während

jo schließlich die Luftfilterstandzeit erhöht wird, da eine wegen der rückgeführten Abgasmenge geringere Frischluftmenge über den Luftfilter zugeführt wird. Darüber hinaus werden durch die Verwendung eines Zyklons die Auspuffgeräusche verringert.

α Ein als Zyklon ausgebildeter Abscheider ist an sich aus der DE-PS 7 49 608 bekannt. Hierbei werden die durch Gasablenkung mitgeführten glühenden Verbrennungsrückstände am Umfang einer Schleuderkammer ausgeschieden und gelöscht. Die gelöschten Verbren-

♦o nungsrückstände fallen in einen Rußsammeiraum unterhalb der Zyklonkammer, wo sie entweder abgeblasen oder während der Betriebspausen entfernt werden. Mit diesem Rußsammeiraum ist eine zu der Gasaustrittsleitung führende Leitung verbunden, um

^5 den für das Absetzen der Flugstoffe im Rußsammeiraum notwendigen Druck aufrechtzuerhalten. Eine Rückführung von Ruß und Abgasen an den Einlaß der Brennkraftmaschine ist bei dieser bekannten Bauart nicht vorgesehen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt. In dieser ist mit 1 eine Brennkraftmaschine dargestellt, die ein Einlaßröhrenwerk 2 besitzt, an das über eine Einlaßleitung 3 ein Luftfilter 4 angeschlossen ist. Auf der gegenüberliegenden Seite besitzt die Brennkraftmaschine eine Auslaßleitung 5, die über eine Verbindungsleitung 6 mit einem Abscheider 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 Rußauslaßöffnung 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 Rußauslaßöffnung 13 des Zyklons 8 steuernde Einrichtung 16, die

ein Lichtquelle 17 und eine Fotozelle 18 aufweist. Die Fotozelle 18 steht über eine elektrische Leitung 19 mit einem Regelglied 21 in Verbindung, das seinerseits über eine weitere elektrische Leitung 22 mit dem Dosierventil 14 am Zyklon 8 in Verbindung steht.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:

Das aus der Auslaßleitung 5 der Brennkraftmaschine 1 austretende Abgas gelangt über die Verbindungsleitung 6 in den Zyklon 8. Hier wird Ruß in reiner bzw. ι ο weitgehend reiner Form ausgeschieden und über die Rußauslaßotfnung 13 des Zyklons 8 und die Rückführleitung 15 zusammen mit einem bestimmten Anteil des Abgasvolumens in die Einlaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 abgesaugt

Der übrige Arteil des Abgases gelangt über die Auslaßleitung 11 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 elektrische Leitung 19 an das Regelglied 21 abgibt. Von dort wird dann über die weitere elektrische Leitung 22 die Rußauslaßöffnung 13 des Zyklons 8 entsprechend geregelt. Im vorliegenden Fall wird die Regelung so eingestellt, daß beispielsweise im Vollastbereich der Brennkraftmaschine, in dem also der Rußanteil besonders hoch ist, die Rußauslaßöffnung 13 ihren minimalen Öffnungsquerschnitt einnimmt, so daß Ruß und ein vernachlässigbarer kleiner Abgasanteil (etwa 2%) über die Rückführleitung 15 in die Einlaßleitung 3 der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt wird. Dagegen wird im Leerlaufbereich, in dem eine entsprechend geringere Abgastrübung vorhanden ist, durch die Fo »zellensteuerung die Rußauslaßöffnung in ihren größten Öffnungsquerschnitt gebracht, so daß bis zu max. 50% des Abgasvolumens über die Rückführleitung 15 zum Einlaß der Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt wird. Im Teillastbereich ergibt sich eine entsprechende prozentuale Abgasrückführung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Abgasreinigung und zur Verbesserung der JCraftstolfausnutzung bei Brennkraftmaschinen, die einen Abscheider aufweist, mi; dem aus dem Abgasstrom Ruß ausgeschieden wird, wobei der Abscheider eine Rückführleitung aufweist, die zum Einlaß der Brennkraftmaschine führt und im Rückführweg ein Dosierventil angeordnet ist, das den Anteil an rückzuführendem Ruß und Abgas bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Abscheider (7) als Zyklon (8) ausgebildet ist und zur selbsttätigen Regelung des an der Rußauslaßöffnung (13) des Zyklons (8) angeordneten Dosierventils (14) eine in der das Abgas zum Zyklon führenden Verbindungsleitung (6) angeordnete, auf die Abgastrübung ansprechende Fotozelle (18) vorgesehen ist ist.