DE3235953A1

DE3235953A1 - Verfahren und vorrichtung zur entfernung von festen bestandteilen aus dem abgas von brennkraftmaschinen, insbesondere von russbestandteilen

Info

Publication number: DE3235953A1
Application number: DE19823235953
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7130 Mühlacker Linder; Wilhelm Dipl.-Ing. Dr. 7141 Möglingen Polach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-29

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von festen
Bestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Ruß'bestandteilen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, mit Ifilfe eines umlaufenden Filters, der wechselseitig dem ausströmenden Abgas und der der Brennkraftmaschine zuströmenden Frischluft ausgesetzt ist, Ruß aus dem Abgas dadurch zu entfernen, daß der ausgefilterte Ruß der Saugseite der Brennkraftmaschine wieder zugeführt wird und in den Brennräumen der Brennkraftmaschine verbrannt wird (DE-OS 22 33 963). Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß der Filter einen hohen Strömungswiderstand darstellt, der die Gaswechselvorgänge bei der Brennkraftmaschine negativ beeinflußt Weiterhin ist nachteiligerweise ein mechanischer Zusatzantrieb fürllen Filter notwendig.
Es sind weiterhin Einrichtungen bekannt zum Trennen eines mit Partikeln beladenen Mediums in einen ersten Teilstrom, der mit einer geringen Menge der genannten Partikel beladen ist, und in einen zweiten Teilstrom, der mit den genannten Partikeln angereichert ist (DE-PS 21 60 415, DE-PS 23 00 869).
Durch die DE-OS 30 41 070 ist es ferner bekannt, die von einer Trenneinrichtung herführende Leitung, die zur Ableitung von Abgasen besteht, welche mit festen Abgasbestandteilen angereichert ist, bei ausgesuchten Betriebszuständen der zugehörigen Brennkraftmaschine mit einem Fil-ter zu verbinden, indem die festen Abgasbestandteile ausgefiltert und auch nachverbrannt werden können. Als ausgesuchte Zustände gelten dabei der Vollastbetrieb und der Leerlaufbetrieb. Bei Vollastbetrieb bzw. bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine werden dabei die festen Bestandteile in dem Filter durch die dann auftretenden hohen Abgastemperaturen freigebrannt, während bei niedrigen Drehzahlen insbesondere die katalytisch wirksamen Sllbstanzerl der Nachverbrennung der Rußbestandteile dienen.
Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß der Filter eine erhebliche Strecke nach dem Motorauslaß angeordnet ist, so daß sich die Abgase, z. B. im Innern der Brenneinrichtung bereits erheblich atJgekühlt haben. Die Möglichkeiten der Nachreaktion sind deshalb vermindert.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß der Filter unmittelbar den noch heißen Abgasen der Brennkraftrnaschine ausgesetzt wird und nur in ausgesuchten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, z. B. im Volllastbetrieb in den Abgasstrom geschaltet wird. In diesem Bereich, insbesondere auch bei Vollast, ergeben sich optimale Möglichkeiten, daß die vom Filter aus dem Abgasausgefilterten festen Bestandteile innerhalb des Filters nachverbrannt werden können. In den übrigen Betriebsbereichen, z. B. im Teillastbereich wird dann unter Umgehung des Filters die Trenntinr ichtung wirksam, durch die mit festen Abgasbestandt eilen angereichertes Abgas der Saugseite der Brennkraftmasehine zugeführt wird, um die festen Abgasbestandteile innerhalb der Brennkraftmaschinenbrennrume aac hzuverbrennen und die Schadstoffemission durch rückgeführtes Abgas zu senken. In der Regel wird die Abgas rückführung bei Brennkraftmaschinen, die unter Vollast betrieben werden, unterbunden, um die Vollastleistung der Brertnkraftmaschine nicht zu vermindern.
Gleiche Überlegungen gelten für den Leerlaufbetrieb, der unter Umständen durch rückgeführtes Abgas gestört werden kann, so daß nur mit erhöht ca Leerlaufdre1izahlen ein runder Lauf der Brennkraftmaschine erzielt werden kann.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführ en Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch beanspruchten Lösung möglich. Es werden vorteilhafte Einrichtungen zur Durchführung des im Hauptanspruch beanspruchten Verfahrens gegeben.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiel In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Saugrohr 2 und einem Abgässammelsystem 8 schematisch dargestellt. im Abgassammelrohr 4, das vom Abgassammelsystem 3 abführt, ist eine Trenneinrichtung 6, bestehend aus einer elektrostatischen Rußabscheideetnrichtung 7 und einem nachgeschalteten Zyklon 8 eingesetzt. Die an sich bekannte elektrostatische Rußabscheideeiarichtung 7 dient dabei der Ausfällung von kleinsten Rußbestandteilen, die zusammen mit dem Abgas dem Zyklon 8 zugeführt werden, wo eine Trennung in einen Abgasteilstrom stattfindet, der weitgehendst von Rußbestandteilen gereinigt ist und in einen Abgasteilstrom, der mit Ruß angereichert ist. Dieser letztgenannte zweite Abgasteilstrom wird über eine Abgasrückführleitung 10 dem Ansaugrohr 2 der Brennkraftmaschine 1 wieder zugeführt. In der Abgasrückführleitung 10 ist ein Ventil 11 eingesetzt, durch -das der Querschnitt der Abgasrückführleitung beeinflußt werden kann und entweder ganz geöffnet oder ganz geschlossen werden kann. Die Ansteuerung des Ventils 11 erfolgt dabei über eine Steuereinrichtung 12, die Parameter der Brennkraftmaschine, insbesondere Last zustände der Brennkraftmaschine erfaßt.
Der andere Ausgang 14 des Zyklons 8 führt Abgas ab, das weitgehendst von festen Abgasbestandteilen gereinigt ist.
In dem Abgassammelrohr 4 ist ferner stromaufwärts der-Trenneinrichtung ein Filter 15 eingesetzt, dessen filterwirksamer Bestandteil aus Keramik besteht. Der Filter 15 ist dabei innerhalb des Abgassammelsystems 3, voll umgeben von den aus den Brennräumen der Brennkraftmaschine auströmenden Abgasen, eingesetzt, so daß er bei betriebswarmer Brennkraftmaschine ständig auf einer hohen Reaktionstemperatur gehalten wird,. Eine zentrale Bohrung 17, die durch die keramische Filtermasse 18 führt, dient als Bypassleitung, durch die die Abgase aus dem Abgassammelsystem 3 unmittelbar über das Abgassammelrohr 4 der Trenneinrichtung zugeführt werden können. er Eintritt der Bohrung 17 in den Fil.ter 15 bzw. in die Tiltermasse 18 wird von einem Abgasventil 20 gesteuert, dessen Betät,igungsglied z. B. ein Elestromagnet 21 ist, der außerhalb am Abgassammelsystem 3 angeordnet ist. Dieser Elektromagnet 21 wird zugleich mit dem Betätigungsglied des Ventils 11 von der Steuereinrichtung 12 angesteuert und hält das Ventil 20 geschlossen, wenn das Ventil 11 ebenfalls geschlossen ist. Dies tritt dann auf, wenn sich die Brennkraftmaschine im Vollastbetrieb befindet, einem Betriebszustand, in dem vorzugsweise kein Abgas ruckgeführt werden soll, um die Maximalleistung nicht negativ zu beeinträchtigen. Das dann aus der Brennkraftmaschine ausströmende Abgas wird durch den Filter 15 gepreßt, dort von den festen Abgasbestandteilen g(-reinigt, die wiederum infolge der hohen Betriebstemperatur des Filters 15 verbrannt werden.
Bei dieser Ausgestaltung kann die Trenneinrichtung 6, wie sie z. B. in der deutschen Patentanmeldung P 31 41 156.8 beschrieben ist, in Anpassung an den niedrigeren Volumendurchsatz des Teillastbetriebes relativ klein ausgelegt werden. In diesem Bereich ist der Reinigungserfolg der Trenneinrichtung in Verbindung mit der Abgasrückführung auch sehr groß. Bei Vollastbetrieb hingegen, bei dem hinsichtlich der Emission keine so hohen Anforderungen gestellt werden, kommt in erster Linie der Filter zum Einsatz, der aufgrund seiner Lage zudem noch selbstreinigend ist, so daß die Wartung des Filters, Austausch bzw. Entsorgung keine Probleme bringt. Insbesondere wenn das Filtermaterial noch katalytisch aktiv ist, kommt es bereits bei weniger hohen Betrie,bstemperatllren der Brennkraftmaschine zu der zur Reinhaltung des Filters erforderlichen Nachverbrennung von ausgeschiedenem Ruß.
L e e r e lt e

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Entfernung von festen Bestandteilen, insbesondere von Rußbestandteilen, aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen durch Teilen des Abgasstromes mittels einer Trenneinrichtung in einen ersten Abgasteilstrom, der weitgehendst von festen Abgasbestandteilen befreit ist und in einen zweiten Abgasteilstrom, der mit festen Abgasbestandteilen angereichert 1 s t welcher zur Nachverbrennung der festen Abgasbestandteile und zum Zwecke der Abgasrückführung bei ausgewählten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine zur Saugseite der Brennkraftmaschine rückführbar ist und mit einem Filter zum Ausfiltern fester Abgasbestandteile während des übrigen Betriebsbereiches .der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (15) der Trenneinrichtung (6) vorgeschaltet ist und bei ausgewählten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durch eine Bypassleitung (17) umgangen wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer im Abgassammelrohr (1 ) vorgesehenen Trenneinrichtung (6), durch die das Abgas in einen ersten Abgasteilstrom, der weitgehendst von festen Abgasbestandteilen befreit ist und in einen zweiten Abgasteilstrom, der mit festen Abgasbestandteilen angereichert ist, trennbar ist, der über sind Abgasrückführleitung (10), deren Querschnitt von einer Steuereinrichtung (12) steuerbar ist, dem Saugrohr (2) der Brcnnkraftmaschine zugeführt wird und mit einer Filtereinrichtung (15), die von der Steuereinrichtung (12) zugleich mit dem Vermindern des für die Abgasrückführung w rksarnen Quer schnitts der Abgasrüc kführleitung in den Abgasstrom schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgassammelrohr (4) stromaufwärts der Trenneinrichtung (6) die Filtereinrichtung (15) eingesetzt ist und durch eine schaltbare Bypassleitung (17) umgehbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, durch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine keramische Filtermasse aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (15) @n unmittelbarer Nähe der Brennkraftmaschinenabgasauslaßseite angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung von einem Lasterkennungsfühl-er gesteuert wird und durch die Steuereinrichtung bei Teillast der Brennkraftmaschine ein Ventil (11) in der Abgasrückführleitung und ein die Bypassleitung (17) steuerndes Ventil geöffnet werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial katalytisch aktiv ist.