DE3118739C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Motorabgas-Rückführungsein­ richtung zur Verminderung der in dem Abgas enthaltenen Stick­ stoffoxide, bei der aus einem Abgasverteiler des Motors Abgas in den Ansaug- oder Einlaßverteiler des Motors zurück­ geführt wird und in der Rückführungsleitung ein Steuer­ ventil mit einem Ventilregler und eine Staubabscheideein­ richtung vorgesehen sind.

Solch eine Motorabgas-Rückführungseinrichtung dient zum Reinigen des Abgases von verschiedenartigen Fahrzeug- und Schiffsmotoren, insbesondere Diesel- und Benzinmotoren von Automobilen, und führt das gereinigte Abgas wieder in den Einlaßverteiler des Motors zurück. Aus der US-PS 40 75 992 ist eine Motorabgas-Rückführungseinrichtung zur Verminderung der in dem Abgas enthaltenen Stickstoffoxide bekannt, bei der aus einem Abgasverteiler des Motors Abgas in den Ansaug­ oder Einlaßverteiler des Motors zurückgeführt wird und in der Rückführungsleitung ein Steuerventil mit einem Ventil­ regler und eine Staubabscheideeinrichtung vorgesehen sind. Über das Steuerventil wird geregelt, welcher Anteil des Abgases zurückgeführt und welcher Anteil direkt über den Auspuff, gegebenenfalls unter Zwichenschaltung weiterer Reinigungseinrichtungen, abgelassen wird. Ein Filter soll kleine Schmutzteilchen wie zum Beispiel Ruß von dem Steuer­ ventil fernhalten. Solche Filter verstopfen jedoch leicht mit der Zeit durch die Teilchen, die sie zurückhalten sollen.

Es ist auch bekannt, Abgase in elektrostatischen Filtern zu reinigen, bevor sie freigesetzt werden. So wird beispiels­ weise in der GB-PS 11 98 262 eine Reinigungsvorrichtung be­ schrieben, bei der das Abgas ein elektrostatisches Filter durchläuft, das einen Hochspannungsdraht in der Mitte einer Rohrwandung aufweist, und die durch die Wirkung des elektro­ statischen Feldes abgelenkten Staubteilchen aus den Abgasen auf der Innenoberfläche des Rohres abgelagert werden. Dabei sammelt sich jedoch die Ablagerung auf der Wand an und kann nur schwer entfernt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reinigungseinrichtung für Motorabgas zu schaffen, die eine äußerst effektive Staubent­ fernung und Vorreinigung des Abgases bewirkt und dann das gereinigte Abgas an den Ansaug- oder Einlaßverteiler des Motors zurückführt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art, bei der die Staubabscheideeinrichtung eine zyklonartige Staubsammeltrommel ist, in deren oberen Abschnitt ein mit der Abgasleitung des Abgasverteilers ver­ bundener Strömungskanal einmündet, an deren Boden ein Staub­ behälter als Auffangbehälter für den Staub angeordnet ist und an deren Oberteil eine als elektrostatisches Filter ausgebildete Leitung befestigt ist, durch die das so vorge­ reinigte Abgas über das Steuerventil in den Ansaug- oder Einlaßverteiler zurückgeführt wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Motorabgas-Rückführungseinrichtung wird aus einem Abgasverteiler austretendes Abgas durch eine zyklonartige Staubsammelstrommel geführt und dabei mittels statischer Elektrizität gereinigt. Dieses gereinigte Abgas wird in den Motor über einen Einlaßverteiler zurückgeführt und mit dem in den Motor einströmenden Brennstoff bei einer relativ niedrigen Temperatur verbrannt, wodurch in dem Abgas enthaltende Stickstoffoxide (NO_x) wesentlich vermindert werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, daß zum einen die für den Menschen schädlichen Stickstoffoxide ver­ ringert werden und zum anderen Staubteilchen und/oder teerartiger schwarzer Rauch, die Luftverschmutzung hervor­ rufen, aus dem Abgas entfernt werden. Auch gegebenenfalls karzinome Substanzen werden entfernt oder zumindest verringert.

Durch den Aufbau der erfindungsgemäßen Motorabgas-Rückführungs­ einrichtung kann die Verbrennungstemperatur im Motor gesenkt werden, so daß die Möglichkeit der Beimischung von Stickstoff­ oxid (NO_x) zu dem ausgestoßenen Abgas vermieden und somit die Möglichkeit ernsthafter Beeinträchtigung der Gesundheit von Fußgängern verringert wird. Insgesamt trägt die Rückführungs­ einrichtung zur Überwindung der Umweltverschmutzungsprobleme, insbesondere der Luftverschmutzung, bei.

Da teerartiger schwarzer Rauchschmutz und/oder Staubteilchen bereits aus dem Abgas beseitigt worden sind, besteht auch keine Möglichkeit, das diese unerwünschten Substanzen an dem Steuerventil anhaften. Dadurch wird eine richtige Arbeits­ weise des Steuerventils mit einer gleichmäßigen Einstellung der Öffnung des Steuerventils sichergestellt.

Ferner ist das nachfolgend beschriebene bevorzugte Ausführungs­ beispiel der Erfindung auf verschiedene Automotoren anwend­ bar und ist keineswegs auf den Dieselmotor begrenzt, sondern hat einen weiten Anwendungsbereich.

Es ist auch möglich, einen Staubsammler an der Ausgangsöffnung der Abgasleitung einzubauen, um das Abgas mit einem noch höheren Wirkungsgrad zu reinigen.

Wie bereits erwähnt, ist die erfindungsgemäße Motorabgas- Rückführungseinrichtung auf die verschiedensten Fahrzeug- und Schiffsmotoren und insbesondere Dieselmotoren und Benzin­ motoren von Kraftfahrzeugen und Krafträdern anwendbar.

Die zyklonartige Staubsammeltrommel in dem Strömungskanal des Abgases mit dem eingebauten elektrostatischen Filter weist einen hohen Staubsammelwirkungsgrad auf und kann in einer vernünftigen kompakten Größe hergestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Motorabgas- Rückführungseinrichtung so aufgebaut, daß die Abgasleitung des Abgasverteilers eine Abzweigung aufweist, so daß die zyklonartige Staubsammeltrommel einen Teil des aus dem Abgasverteiler kommenden Abgases abzieht und der andere Teil des Abgases durch eine Abgasleitung in die Luft austreten gelassen wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Motorabgas-Rückführungseinrichtung mit einem Ventilregler für das Steuerventil versehen, der die Eingangsströmung des gereinigten Abgases regelt, durch den die Öffnung des Steuerventils eingestellt wird und die Eingangsströmung des Abgases entsprechend dem Arbeitszustand des Motors richtig gesteuert werden kann.

Die Erfindung wird nun durch ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in einer allgemeinen Schnittansicht die Motorabgas-Rückführungseinrichtung gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in der Zeichnung gezeigte Motorabgas-Rückführungsein­ richtung ist derart aufgebaut, daß das Abgas von verschiedenen Motoren, wie beispielsweise den Diesel- und Benzinmotoren von Automobilen und weiterhin Schiffsmotoren gereinigt wird und dieses gereinigte Abgas in einen Einlaßverteiler zurück­ geführt wird. Während früher das aus den Motoren der Fahrzeuge kommende Abgas so wie es war durch einen Abgasverteiler, eine Auspuffleitung oder ein Abzugsrohr in die Atmosphäre ausgestoßen wurde, wird also bei der erfindungsgemäßen Motorabgas-Rückführungseinrichtung wenigstens ein Teil des aus dem Abgasverteiler kommenden Abgases gereinigt, dieses gereinigte Abgas durch den Einlaßverteiler in den Diesel- bzw. Benzinmotor zurückgeleitet und mit dem in den Motor einge­ brachten Brennstoff verbrannt.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Aufbau zweigt hinter dem Abgasverteiler 19 von einer Abgasleitung ein Strömungs­ kanal 1 ab, der mit dem oberen Abschnitt einer zyklonartigen Staubsammeltrommel 2 in Verbindung steht. Der andere abzwei­ gende Strömungskanal ist mit einer Abgasleitung 20 verbunden. Ein Staubbehälter 3 ist am Boden der zyklonartigen Staubsanmmeltrommel 2 angeordnet und fängt die Staubteilchen auf. Eine ein elektrostatisches Filter aufweisende Entladungsleitung 4 führt aus dem Oberteil der Staubsammeltrommel 2 heraus und ist an dieser befestigt. Ein Entladungsdraht 5 erstreckt sich von einem Isolator 6a, der an der das elektrostatische Filter aufweisenden Entladungsleitung 4 angebracht ist, zu einem Isolator 6b, der an dem unteren Teil der zyklonartigen Staubsammeltrommel 2 angebracht ist.

Mehrere Distanz- und Haltestücke 7 werden im wesentlichen dazu verwendet, die Isolatoren 6a und 6b zu haltern, und sie sind radial zu den Isolatoren 6a und 6b angebracht.

Die anderen Enden der Haltestücke 7 sind an den Seitenwänden der Entladungsleitung 4 und den unteren Seitenwänden der Staubsammeltrommel 2 befestigt. Ein zylindrischer Isolator 8 ist in die Seitenwand der Entladungsleitung 4 zum Isolier­ schutz eingebettet. Dieser zylindrische Isolator 8 ermög­ licht, daß ein Hochspannungskabel 9 einfach mit dem Entla­ dungsdraht 5 verbunden werden kann.

Ein Gleichrichter 10 ist ausgangsseitig mit dem Hochspannungs­ kabel 9 und eingangsseitig mit einem Hochspannungsgenerator 11 verbunden.

Ein Leistungskabel 12 ist an seinem einen Ende mit dem Hoch­ spannungsgenerator 11 verbunden, und das andere Ende ist mit einer Leistungsquelle 21 verbunden. An einer bestimmten Stel­ le der ein elektrostatisches Filter aufweisenden Entladungs­ leitung 4 ist ein Steuerventil 13 eingebaut, um die Eingangs­ strömung des Abgases zu steuern. Mit dem Steuerventil 13 ist ein Ventilregler 14 verbunden, um die Öffnung des Steuerven­ tils einzustellen. Eine Vakuumleitung 15 wird zum Steuern des zurückströmenden Abgases entsprechend dem Arbeitszu­ stand des Motors verwendet und ist mit dem Ventilregler 14 verbunden.

Ein Einlaß- oder Ansaugverteiler 16 mit einem Ansaugeinlaß 17 an seinem einen Ende mischt die eingezogene Luft mit dem umgewälzten Abgas und führt die Mischung in die Verbrennungs­ kammer des Motors ein.

Das andere Ende des Einlaß- oder Ansaugverteilers 16 ist in einem einteiligen Stück mit einer Abgas führenden Leitung 22 ausgebildet. Weiterhin ist die Abgas führende Leitung 22 mit einer Seitenwand 4a der das elektrostatische Filter aufweisenden Entladungsleitung 4 verbunden. Ein Ansaugregler 18 steuert eine Drossel für eine Ansaugsteuerung 18a, die in dem Ansaugeinlaß 17 angebracht ist.

Das Ansaugen von Frischluft von außen kann vorzugsweise durch Einstellen der Neigung der Ansaugregeldrossel 18a eingestellt werden.

Mit 19 ist ein Abgasverteiler bezeichnet, durch den aus der Verbrennungskammer des Motors ausgestoßenes Abgas hindurchströmt. Der untere Teil des Abgasverteilers 19 ist in einem einteiligen Stück mit dem Strömungskanal 1 hergestellt, wodurch ein Teil des Abgases in die zyklonartige Staubsammeltrommel 2 strömt und gleichzeitig das restliche Abgas in die Luft ausgestoßen wird. Der Abgasverteiler hat die vorstehend beschriebene Funktion.

Eine Abgasleitung 20 ist mit dem Abgasverteiler 19 verbunden und bildet einen Austrittskanal für das Abgas.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Motorabgas-Rückführungs­ einrichtung gemäß der Erfindung beschrieben.

Ein Teil des Abgases, das aus der Verbrennungskammer des Diesel- oder Benzinmotors eines Autos durch den Abgasver­ teiler 19 ausgestoßen wird, strömt in die zyklonartige Staubsammeltrommel 2 über den Strömungskanal 1. Eine Hochspannung von beispielsweise 4000 bis 10 000 Volt wird an den Entladungsdraht 5 von der Leistungsquelle 21 über den Hochspannungsgenerator 11, den Gleichrichter 10 und das Hochspannungskabel 9 angelegt. Dann wird ein starkes elektrostatisches Feld über dem Entladungsdraht 5 und der zyklonartigen Staubsammeltrommel 2 erzeugt, und in dem Ab­ gas enthaltene Staubteilchen und/oder teerartiger schwarzer Rauch haften an der Innenseite der ein elektrostatisches Filter bildenden Entladungsleitung 4 und auch an der zyklon­ artigen Staubsammeltrommel 2. Diese unerwünschten Substanzen werden in dem Staubbehälter 3 gesammelt, der am Boden der Trommel angebracht ist.

Gemäß den Testergebnissen können teerartiger schwarzer Rauch und auch Staubteilchen mit einer Korngröße von etwa 0,01 µm (Mikron),die in dem Abgas enthalten sind, vollständig besei­ tigt werden.

Das gereinigte Abgas wird über die ein elektrostatisches Filter bildende Entladungsleitung 4 und das Steuerventil 13 in den Einlaß- oder Ansaugverteiler 16 eingeleitet.

Die Einlaßströmung dieses Abgases steuert der Ventilregler 14 über den negativen Druck der Vakuumleitung 15, wodurch die Öffnung des Steuerventiles 13 selbsttätig eingestellt werden kann.

Da das Abgas gereinigt worden ist, besteht praktisch keine Möglichkeit, daß das Steuerventil 13 durch teerartigen schwarzen Rauch und/oder Staubteilchen verschmutzt, so daß für eine sehr gleichmäßige Einstellung der Öffnung des Steu­ erventils 13 gesorgt und eine richtige Funktion zu allen Zei­ ten sichergestellt wird.

Andererseits wird Außenluft oder Brennstoff durch den An­ saugeinlaß 17 des Ansaugverteilers 16 eingezogen und die Ansaugregeldrossel 18a wird durch die Wirkung des Ansaug­ reglers 18 gesteuert, wodurch die Eingangsströmung richtig gesteuert wird.

Umgewälztes Abgas und Luft werden in die Verbrennungskammer des Motors über den Ansaugverteiler 16 eingeleitet. In diesem Fall wird eine große Menge Ionen durch die Wirkung des elektrostatischen Feldes am Entladungsdraht 5 erzeugt, der innerhalb der das elektrostatische Filter bildenden Entladungsleitung 4 angeordnet ist, die dann einen gemischten Brennstoff, der durch den Ansaugverteiler 16 strömt, ionisiert. Das Ergebnis ist, daß der Verbrennungswirkungsgrad des Motors stark vergrößert wird und auch die Ausgangsleistung des Motors ansteigt.

In diesem Zustand sorgt das gereinigte Abgas dafür, daß die Verbrennungstemperatur des Brennstoff/Luftgemisches, das in den Motor gezogen wird, gesenkt wird, wodurch es ermöglicht wird, daß Stickstoffoxid, d. h. NO_x, das in dem aus dem Abgasverteiler 19 kommenden Abgas enthalten ist, merklich verringert wird.

Selbst wenn das Abgas durch die Abgasleitung 20 in die Atmosphäre ausgestoßen wird, führt dies dazu, daß kein NO_x enthaltendes Gas emittiert wird.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann durch Einbau eines Luftreinigers wie beispielsweise einer Staubsammeltrommel in die Abgasleitung 20 das Abgas mit einem noch höheren Wirkungsgrad gereinigt werden und es kann auch eine weitere Reinigung des Abgases auf noch schnellere Weise erreicht werden.

Claims (6)

1. Motorabgas-Rückführungseinrichtung zur Verminderung der in dem Abgas enthaltenen Stickstoffoxide, bei der aus einem Abgasverteiler (19) des Motors Abgas in den Ansaug- oder Ein­ laßverteiler (16) des Motors zurückgeführt wird und in der Rückführungsleitung ein Steuerventil (13) mit einem Ventil­ regler (14) und eine Staubabscheideeinrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Staubabscheideeinrichtung eine zyklonartige Staub­ sammeltrommel (2) ist, in deren oberen Abschnitt ein mit der Abgasleitung des Abgasverteilers (19) verbundener Strömungs­ kanal (1) einmündet, an deren Boden ein Staubbehälter (3) als Auffangbehälter für den Staub angeordnet ist und an deren Oberteil eine als elektrostatisches Filter ausgebildete Lei­ tung (4) befestigt ist, durch die das so vorgereinigte Abgas über das Steuerventil (13) in den Ansaug- oder Einlaßvertei­ ler (16) zurückgeführt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrostatische Filter einen Ent­ ladungsdraht (5) aufweist, der innen durch die Leitung (4) und durch die Staubsammeltrommel (2) verläuft und mit einem Hochspannungsgenerator (11) verbunden ist, sodaß ein starkes elektrostatisches Feld zwischen Entladungsdraht (5) und der Wandung sowohl der Leitung (4) als auch der Staubsammel­ trommel (2) ausgebildet wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vom Abgasverteiler (19) von einer Ausgangsöffnung der Strömungskanal (1) und ein Kanal (20), der mit einer Abgasleitung für den Motor verbunden ist, abzweigen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanal (20) ein Staubsammler eingebaut ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilregler (14) über eine Vakuumleitung (15) entsprechend dem Arbeitszustand des Motors gesteuert wird.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingang des Ansaug- oder Einlaßverteilers (16) ein Drosselventil (18a) angeordnet ist.