DE4331508C1 - Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren - Google Patents

Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren gemäß dem Oberbegriff des 1. Anspruchs.
Die Schadstoffemissionen von Dieselmotoren sind in erster Linie durch den Gehalt von NOx bestimmt. Um den Gehalt an NOx zu mindern, wird gekühltes Abgas in die Luftzufuhr des Dieselmotors rückgeführt. An­ nähernd kann man feststellen, daß 20% Abgasrückführung den NOx-Wert zur Hälfte mindert. Die Minderung des NOx kann als eine Folge der er­ höhten CO² Anteile in der Verbrennungsluft mit Abgasrückführung ge­ sehen werden. Nachteilig ist jedoch, daß mit zunehmender Abgasrück­ führrate auch der Rußanteil im Abgas zunimmt und das rußbeladene rück­ geführte Abgas zu erhöhtem Verschleiß im Dieselmotor führt. Zusätzlich ergibt sich bei Abgasrückführung die Notwendigkeit eines Abgaskühlers, der nach kurzer Betriebszeit verschmutzt.
Aus der DE-OS 22 57 329 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schadstoffreduzierung bei Verbrennungsmaschinen mit Abgasrückführung bekannt. Die Ansaugluft für die Brennkraftmaschine wird dabei durch eine Stickstoff-Abscheideeinrichtung geführt und mit Brennstoff ver­ mischt dem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zugeführt. Der aus­ geschiedene Stickstoff wird durch rückgeführtes Abgas aus dem Verbren­ nungsraum der Brennkraftmaschine ersetzt. Der konstruktive Aufwand für eine zuverlässige, konstante Mengenregulierung der Anteile in dem an­ gesaugten Gemisch ist hoch und macht die Vorrichtung teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren zu schaffen, wobei die Entstehung von Stickoxiden bei der Verbrennung im Dieselmotor auf konstruktiv ein­ fache Weise reduziert wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung zur Schadstoff­ minderung beim Betrieb von Dieselmotoren mit den Merkmalen des An­ spruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, CO² aus dem Abgas ab­ zuscheiden und einem Verbrennungsraum des Dieselmotors wieder zuzu­ führen. Die hohe Wärmekapazität und die Inertgaseigenschaften des CO² aus dem Abgas, das unmittelbar mit der Ansaugluft vermischt wird und dem Verbrennungsraum des Dieselmotors wieder zugeführt wird, hat auf die Verbrennung die Vorteile bekannter Abgasrückführungsverfahren, ohne die Nachteile, die aus einem hohen Rußanteil in rückgeführtem Abgas resultieren, aufzuweisen.
Besonders vorteilhafte Rückhalteeigenschaften von Membranen in einer Abscheideeinrichtung für das CO² im Abgas des Dieselmotors ergeben sich mit der erfindungsgemäßen Zeolith-Auswahl.
Alternativ können vorteilhafte Rückhalteeigenschaften der Membranen in der Abscheideeinrichtung für das CO² im Abgas des Dieselmotors mit Membranmaterial, das Polymere enthält, erzielt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können vorteilhafte Rückhalteeigenschaften der Membranen in der Abscheideeinrichtung für das CO² im Abgas des Dieselmotors auch mit porösen Membranen und einer darin enthaltenen, selektiv wirkenden Flüssigkeit erreicht werden.
Der Austausch von CO² des Abgases mit der angesaugten Frischluft er­ folgt vorzugsweise, indem sich Abgase und Frischluft im rechten Winkel in der Abscheideeinrichtung kreuzen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Verrin­ gerung der Verschmutzung der Abscheideeinrichtung im Auspuffsystem stromaufwärts der Abscheideeinrichtung ein Partikelfilter angeordnet.
Eine besonders einfache und wirksame Abscheideeinrichtung für CO² er­ gibt sich erfindungsgemäß mit einer Wasser enthaltenden Ab­ scheideeinrichtung, durch die das Abgas und die Frischluft geleitet wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dar­ gestellt. Es zeigt:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schadstoffminderung bei Dieselmotoren,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Abscheideeinrichtung.
Fig. 1: Aus einem Dieselmotor 1 strömt Abgas durch ein Auspuffsystem 2 in eine Abscheideeinrichtung 3 für CO². Das um den abgeschiedenen CO²-Anteil reduzierte Abgas fließt durch ein Auspuffrohr 4 ab.
Über eine Leitung 5 wird senkrecht zur Abgasströmungsrichtung Luft in die Abscheideeinrichtung 3 gesaugt und über ein Luftzufuhrsystem 6 weiter zu Verbrennungsräumen des Dieselmotors 1 gefördert.
Im Auspuffsystem 2 ist ein Abgasturbolader 8 enthalten, der über eine Welle 9 einen Verdichter 7 im Luftzufuhrsystem 6 antreibt. Stromauf­ wärts des Abgasturboladers 8 ist ein Partikelfilter 9 angeordnet.
Fig. 2: Parallel angeordnete Membranen 10 sind in einem rechteckigen Rahmen 11 der Abscheideeinrichtung 3 gehalten. Die Membranen 10 ent­ halten Zeolith aus X- und/oder Y- Zeolith, das CO² aufnehmen kann. Das Abgas vom Dieselmotor 1 mündet vom Auspuffsystem 2, im rechten Winkel zu den Membranen 10 auf einer Seite in den Rahmen 11 der Ab­ scheideeinrichtung 3, kreuzt die Membranen 10 und verläßt auf der ge­ genüberliegenden Seite den Rahmen 11 der Abscheideeinrichtung 3 durch das Auspuffrohr 4.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung enthält das Material der Mem­ branen 10 Polymere, insbesondere Polyvinyldifluorid, mit selektiv wir­ kender Schicht.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Material der Membran 10 porös und enthält eine selektiv wirkende Flüssigkeit 12.
CO² aus dem Abgas des Dieselmotors 1 wird an den Membranen 10 zurück­ gehalten und von der Ansaugluft, die parallel zu den Membranen 10 durch die Abscheideeinrichtung 3 strömt, mitgenommen. 10% CO² aus dem Abgas sind ausreichend, um eine deutliche Absenkung der Stickstoff­ oxidemissionen beim Betrieb des Dieselmotors 1 zu erreichen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Ab­ gasscheideeinrichtung 3 Wasser (nicht dargestellt), durch das Abgas vom Dieselmotor 1 geleitet wird. CO² wird an einer Flüssigkeit-Gas- Membran abgeschieden und von der Ansaugluft dem Dieselmotor 1 über das Luftzufuhrsystem 6 zugeleitet.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren mit einem Luftzufuhrsystem (6) und einem Auspuffsystem (2), und einer Abscheideeinrichtung (3) mit Membranen (10) im Luftzu­ fuhrsystem (6), die von Ansaugluft durchströmt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abscheideeinrichtung (3) in dem Auspuffsy­ stem (2) angeordnet ist und von den Abgasen des Dieselmotors (1) quer zu den Membranen (10) durchströmt wird, an den Membranen (10) aus dem Abgas des Dieselmotors (1) CO² abgeschieden wird, das sich in der Abscheideeinrichtung (3) mit der Ansaugluft vermischt, die dem Dieselmotor (1) wieder zugeführt wird, und das CO²-re­ duzierte Abgas über ein Auspuffrohr (4) abströmt.
2. Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (10) Zeolith aus X- und/oder Y-Zeolith enthalten.
3. Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (10) Polymere, insbesondere Polyvinyldifluorid, mit selektiver Schicht enthalten.
4. Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (10) porös sind und eine selektiv wirkende Flüssigkeit enthalten.
5. Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugluft pa­ rallel und das Abgas senkrecht zu den parallel angeordneten Mem­ branen (10) in der Abscheideeinrichtung (3) fließen.
6. Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Partikelfilter (9) stromaufwärts der Abscheideeinrichtung (3) im Auspuffsystem (2) angeordnet ist.
7. Vorrichtung zur Schadstoffminderung beim Betrieb von Dieselmotoren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideein­ richtung (3) Wasser enthält, durch das Abgas des Dieselmotors (1) geleitet wird.
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