DE3543730A1 - Einrichtung fuer die verminderung der in den abgasen von dieselmotoren enthaltenen russpartikel - Google Patents
Einrichtung fuer die verminderung der in den abgasen von dieselmotoren enthaltenen russpartikelInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung am entsprechend
gestalteten Abgaskrümmer von Dieselmotoren zur Aussonderung
bezw. Verminderung der in den Abgasen noch enthaltenen Rußpartikel
über einen Separationsvorgang bei gleichzeitiger thermischer
Nachverbrennung dieser Teilchen durch zugeführte und von
den Abgasen aufgeheizten Zusatzluft.
Die Verminderung der beim Betrieb von Dieselmotoren anfallende
und mit den Abgasen ins Freie geleitete Rußanteil ist nach dem
gegenwärtigen Stand der Technik in den sich hierfür anbietenden
und noch technisch vertretbaren Perspektiven nicht problemlos.
Beispielsweise würde bei einer Filterung der Abgase mit einbezogener
Nachverbrennung der ausgefilterten Rußpartikel durch
die dabei unverbrannt bleibenden Rückstände, wie Aschenreste
usw., eine progressiv verlaufende Verschmutzung einer solchen
Filteranlage nicht auszuschließen sein; sie würde aber zu einer
in gleichem Maße verlaufenden Vergrößerung des Filter-Durchflußwiderstands
und damit zu geringen Filterstandzeiten sowie zu
einem stetig ansteigenden Kraftstoffverbrauch führen.
Im Gegensatz zu solchen Filteranlagen werden bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung die unterschiedlichen spezifischen Gewichte
der Abgasbestandteile von Dieselmotoren in fallender Größenordnung,
wie Ruß, Kohlendioxid, Sauerstoff usw. und ihre damit
durch Rotation erreichbare Schichtung für die Aussonderung der
Rußpartikel aus den unmittelbar den Motor vrlassenden Abgasen
genutzt. Unterstützt wird diese Aussonderung noch durch fächerartiges
Einblasen von aufgeheizter Zusatzluft mit höherem Druck
quer in den Abgasstrom, wobei die Rußpartikel infolge ihres vergleichbar
höheren Strömungswiderstands zu anderen Abgas-Bestandteilen
mitgerissen werden, sich aber auch gleichzeitig in diesem
Strömungsverlauf mit O2 zu CO2 verbinden. Sollte dabei die Umwandlung
der Rußpartikel in CO2 plus Verbrennungsrückstände
nicht vollständig sein, so lassen sich erfindungsgemäß weiter
die nichtverbrannten bezw. teilverbrannten Rußpartikel mit den
anderen in der Schichtung zusammengedrängten Abgas-Bestandteile
über einen Bypass in einen Rußsammler ableiten.
Für die technische Beurteilung einer solchen erfindungsgemäßen
Einrichtung, besonders im Hinblick auf ihre industrielle Anwendung
im Kfz.-Bau, ist die Größe des erforderlichen Auffangvolumens
für die teilverbrannten und unverbrannten Rußpartikel von
ausschlaggebender Bedeutung. Beispielsweise beträgt der maximale
Rußanfall bei einem 2 l Pkw.-Dieselmotor rd. 0,174 gr/km; zulässig
sind 0,112 gr/km. Abgebaut werden müssen also 0,062 gr/km,
so daß sich ohne eine Nachverbrennung ein Auffangvolumen bei einem
spezifischen Rußgewicht von 165 kg/m3 für folgende Fahrstrecken
ergibt:
bei 2.000 km V = 0,75 l
bei 5.000 km V = 1,88 l
bei 5.000 km V = 1,88 l
Die erfindungsgemässe Einrichtung besteht aus einem im oder am
entsprechend gestalteten Abgaskrümmer eines Dieselmotors angeordneten
und vom Abgasstrom über einen vorgeschalteten Leitkranz
direkt beaufschlagten Turboläufer, dessen Radkörper als Radial-
Verdichter gestaltet ist. Umgeben ist dieser kombinierte Turbo-
Radialverdichter von einm z. B. zweiteiligen Gehäuse, dessen äußerer
und innerer Teil einen einstufig spiralförmig oder schraubenförmig
verlaufenden Abgaskanal bilden, über den die Abgase
mit den Resten der verbrannten Rußpartikel und den anderen Abgasbestandteilen
in den Abgasstutzen geleitet werden. Bei einer
2-stufig spiralförmig verlaufenden Ausführung des Abgaskanals
werden in der ersten Stufe die in diesem Kanal nach außen verdrängten
unverbrannten und teilverbrannten Rußpartikel - vermengt
mit anderen Abgasbestandteilen - über einen Bypass als Nebenstrom
abgeleitet, während der Abgas-Hauptstrom über die zweite
spiralförmig verlaufende Stufe des Abgaskanals in den anschließenden
Abgasstutzen mündet. Das ein- oder zweiteilige Gehäuse
bildet mit dem darin gelagerten Turbo-Radialverdichter
eine an den hierfür ausgebildeten Abgaskrümmer anflanschbare
Baueinheit.
Dem kombinierten Turbo-Radialverdichter vorgeschaltet ist eine
in den Abgaskrümmer hineinragende und vom Abgasstrom direkt beaufschlagte
glockenförmige Heizkammer für die vom Radialverdichter
außen angesaugten Zusatzluft, die über diesen Verdichter
mit höherem Druck fächerartig und quer den aus den Turboschaufeln
austretenden Abgasstrom durchdringt. Das zylindrisch auslaufende
bezw. strömungsgünstig geformte und durch einen Spalt
vom Turbo-Schaufelkranz getrennte offene Ende der Heizkammer
ist außen als Leitschaufelkranz ausgebildet, über den die Heizkammer
im Flanschanschluß des Gehäuses mit dem darin gelagerten
Turbo-Radialverdichter gehalten ist.
Die als Nebenstrom über den Bypass abgeführten teilverbrannten
bezw. unverbrannten Rußpartikel und sonstige Abgasbestandteile
werden erfindungsgemäß über den am Kopf eines Rußsammlers tangential
und geneigt angeordneten Stutzen in den abnehmbaren
Auffangbehälters dieses Sammlers eingeleitet. Bei der durch den
relativ großen Behälterquerschnitt stark verminderten Geschwindigkeit
dieses Abgas-Nebenstroms setzen sich die darin enthaltenen
und als Sinkstoffe zu bewertenden Rußpartikel - unterstützt
durch die vom Motorlauf herührenden und im Fahrbetrieb auftretenden
Rüttelschwingungen unterschiedlicher Frequenzen und Vertikalstöße
- in dem Behälter ab, während die übriggebliebenen
Abgasbestandteile über eine Ableitung entweder in die Ansauganlage
des Motors zur weiteren Nachverbrennung oder in den
Hauptstrom der Abgasanlage zurückgeführt werden können.
Im Vergleich mit Filtern und sonstigen technischen Möglichkeiten
zur Verminderung der in den Abgasen von Dieselmotoren enthaltenen
Rußpartikel läßt die erfindungsgemässe Einrichtung
folgende Vorteile erwarten:
∘ Geringer Raumbedarf für die direkt an den entsprechend gestalteten Abgaskrümmer des Motors anflanschbare Einrichtung und für die gesonderte Unterbringung eines Rußsammlers zur Aufnahme teilverbrannter und unverbrannter Rußpartikel.
∘ Kein Leistungsabfall des Motors und keine Motorlaufstörungen bei versäumter Leerung des Auffangbehälters, z. B. bei einer Fahrstrecke von 5.000 km durch den im gefüllten Zustand sich selbst abschaltenden Nebenstrom.
∘ Einheitliche Verwendung des für ein mittleres Abgasvolumen ausgelegten kombinierten Turbo-Radialverdichters als Baueinheit auch für Motoren mit größerem und kleinerem Abgas-Volumen durch die von diesem Volumen abhängige Drehzahl des Turbo- Radialverdichters.
∘ Die vom Turbo-Radialverdichter über die Abgase aufgenommene Energie wird zur Überwindung der Durchflußwiderstände der Abgasanlage bis auf die Reibungsverluste mit genutzt, desgleichen auch der durch die Nachverbrennung entstehende Energiezuwachs.
∘ Durch das Massenträgheitsmoment des kombinierten Turbo-Radialverdichters ist eine Dämpfung der aus dem Schalldruckverlauf der Motorabgase herausragenden Spitzen, wie sie durch Schwebungen aus der Reflexion schnell aufeinander folgender Schallwellen unterschiedlicher Frequenzen - z. B. bei schnellem Wechsel von Leerlast auf Teillast - entstehen könnten, zu erwarten.
∘ Geringer Raumbedarf für die direkt an den entsprechend gestalteten Abgaskrümmer des Motors anflanschbare Einrichtung und für die gesonderte Unterbringung eines Rußsammlers zur Aufnahme teilverbrannter und unverbrannter Rußpartikel.
∘ Kein Leistungsabfall des Motors und keine Motorlaufstörungen bei versäumter Leerung des Auffangbehälters, z. B. bei einer Fahrstrecke von 5.000 km durch den im gefüllten Zustand sich selbst abschaltenden Nebenstrom.
∘ Einheitliche Verwendung des für ein mittleres Abgasvolumen ausgelegten kombinierten Turbo-Radialverdichters als Baueinheit auch für Motoren mit größerem und kleinerem Abgas-Volumen durch die von diesem Volumen abhängige Drehzahl des Turbo- Radialverdichters.
∘ Die vom Turbo-Radialverdichter über die Abgase aufgenommene Energie wird zur Überwindung der Durchflußwiderstände der Abgasanlage bis auf die Reibungsverluste mit genutzt, desgleichen auch der durch die Nachverbrennung entstehende Energiezuwachs.
∘ Durch das Massenträgheitsmoment des kombinierten Turbo-Radialverdichters ist eine Dämpfung der aus dem Schalldruckverlauf der Motorabgase herausragenden Spitzen, wie sie durch Schwebungen aus der Reflexion schnell aufeinander folgender Schallwellen unterschiedlicher Frequenzen - z. B. bei schnellem Wechsel von Leerlast auf Teillast - entstehen könnten, zu erwarten.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Verminderung
der Rußanteile in den Abgasen eines Dieselmotors sind
in den Fig. 1 bis 4 der folgenden Zeichnung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 die an einen entsprechend gestalteten Abgaskrümmer eines
Dieselmotors angebaute Einrichtung und ihren inneren Aufbau mit
der Anordnung des kombinierten Turbo-Radialverdichters sowie
den Strömungsverlauf der Abgase und der Zusatzluft über die
Heizkammer.
Fig. 2 den in Fig. 1 gekennzeichneten Schnitt A ÷B mit dem
teilweise dargestellten inneren Gehäuseteil des Abgaskanals und
die damit zum Teil freigelegte Draufsicht auf den Turbo-Schaufelkranz.
Fig. 3 den ebenfalls in Fig. 1 gekennzeichneten Schnitt A÷ B,
jedoch ohne den inneren Gehäuseteil des Abgaskanals und die damit
völlig freigelegte Draufsicht auf den Turbo-Schaufelkranz in einem
2-stufig spiralförmig verlaufenden Abgaskanal mit dem
Bypass für die Ableitung teilverbrannter und unverbrannter Rußpartikel
mit anderen restlichen Bestandteiln im Nebenstrom.
Fig. 4 die beispielsweise Ausführung eines Rußsammlers mit dem
abnehmbaren Auffangbehälter und den Zu- und Abführungen.
In Fig. 1 ist 1 der kombinierte Turbo-Radialverdichter mit dem
hierfür ausgebildeten Radkörper 2, der mit der Welle 3 in der
Nabe 4 des inneren Gehäuseteils 5 gelagert ist. Dieser Gehäuseteil
bildet mit dem äußeren Gehäuseteil 6 den Abgaskanal 7 und
mit dem davon umschlossenen Turbo-Radialverdichter eine Baueinheit,
die über den Anschlußflansch 8 an den form- und lochgleichen
Flansch des hierfür gestalteten Motor-Abgaskrümmer 9 geschraubt
ist. Die von den Abgasen direkt beaufschlagte kuppelförmige
Heizkammer 10 für die Zusatzluft ragt in den Abgaskrümmer
9 hinein und wird über den am Ende dieser Kammer befindlichen
Leitkranz 11 in der am Flansch des Abgaskrümmers vorgesehenen
Aussparung gehalten. Die Zuführung der Zusatzluft erfolgt
über das durch den Abgaskrümmer geführte und hier von den Absen
beaufschlagte Rohr 12.
In Fig. 2 ist im Schnittbild der vom zweiteiligen Gehäuse 5 u. 6
gebildete und spiralförmig verlaufende Abgaskanal 7 dargestellt,
der in den Abgasstutzen 13 mit angeflanschter Abgasleitung 14
mündet. Außerdem ist auf der einen Seite der Bruchlinie der
freigelegte Teil des Turbo-Schaufelkranzes zu ersehen, während
auf der anderen Seite des geschnittenen inneren Gehäuseteils 5
die Nabe 4 mit den außen liegenden Kühlrippen 15 für die Ableitung
der Lagerwärme erkennbar sind.
In Fig. 3 ist im Vergleich mit dem Schnittbild der Fig. 2 der
Abgaskanal 7 zweistufig verlaufend dargestellt, von dem die erste
Stufe als Abgas-Nebenstrom in den Bypass 16 ausläuft, während
die zweite Stufe des Abgaskanals als Hauptstrom in den Abgasstutzen
13 mit angeflanschter Abgasleitung 14 mündet.
In Fig. 4 ist 17 der Kopf des Rußsammlers mit dem tangential und
geneigt angeordneten Einführungsstutzen 18 für die aus dem Bypass
16 austretenden teilverbrannten bezw. unverbrannten
Rußpartikel, die sich beim Motorlauf und im Fahrbetrieb im abnehmbaren
Auffangbehälter 19 absetzen, während die übrig gebliebenen
Abgasbestandteile über den am Kopf des Rußsammlers mittig
angebrachten Austrittsstutzen 20 entweder in die Ansauganlage
des Motors zur weiteren Nachverbrennung eingeleitet oder in den
Abgas-Hauptstrom der Abgasanlage zurückgeführt werden können.
Claims (4)
1. Einrichtung für die Verminderung der in den Abgasen von Dieselmotoren
enthaltenen Rußpartikel, dadurch gekennzeichnet,
daß die aus dem Motor austretenden Abgase einen im oder am
Abgaskrümmer (9) befindlichen Turboläufer (1) betreiben,
dessen Radkörper als Radial-Verdichter (2) ausgebildet, einen
kombinierten Turbo-Radialverdichter ergibt, der von einem
ein- oder zweiteiligen Gehäuse umschlossen ist, wobei der innere
Gehäuseteil (5) mit dem äußeren Gehäuseteil (6) einen
spiralförmig oder schraubenförmig verlaufenden Abgaskanal (7)
bildet und die Lagerung der Welle (3) des kombinierten Turbo-
Radialverdichters in der Nabe (4) des inneren Gehäuseteils
erfolgt und daß das ein- oder zweiteilige Gehäuse mit dem
darin gelagerten Turbo-Radialverdichter eine Baueinheit bilden,
die mit einem Flansch (8) an den am Abgaskrümmer befindlichen
Gegenflansch angeschraubt ist.
2. Einrichtung für die Verminderung der in den Abgasen von Dieselmotoren
enthaltenen Rußpartikel nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß dem kombinierten Turbo-Radialverdichter
eine in den Abgaskrümmer hineinragende und vom Abgasstrom
beaufschlagte glockenförmige Heizkammer (10) vorgeschaltet
ist, deren strömungsgünstig geformtes offene Ende außen die
den Abgasstrom in den Turboschaufelkranz einlenkenden Leitschaufeln
(11) trägt, mit denen die Heizkammer in einer Aussparung
am Flanschanschluß des Abgaskrümmers (9) gehalten
wird, während die vom Radialverdichter (2) über ein mit Abgaskrümmer
angeordnetes und ebenfalls vom Abgasstrom beaufschlagtes
Rohr (12) in die Heizkammer eingesaugte Zusatzluft
aus diesem Verdichter mit höherem Druck so austreten kann,
daß die fächerartig den die Turboschaufeln verlassenden Abgasstrom
quer durchdringt.
3. Einrichtung für die Verminderung der in den Abgasen von Dieselmotoren
enthaltenen Rußpartikel nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der durch den inneren und äußeren
Gehäuseteil (5 u. 6) gebildete Abgaskanal (7) in zwei Stufen
spiralförmig verläuft und die erste Stufe in einen
Bypass (16) mündet, über den infolge der Fliehkraft die Abgasbestandteile
mit höherem spezifischen Gewicht, wie teilverbrannte
und unverbrannte Rußpartikel, in dem Abgaskanal
nach außen gedrängt, als Abgas-Nebenstrom abgeleitet werden,
während die spezifisch leichteren Abgasbestandteile über die
zweite, ebenfalls spiralförmig verlaufende Stufe, als Abgas-
Hauptstrom über den Abgasstutzen (13) in die Abgasleitung
(14) eintreten.
4. Einrichtung für die Verminderung der in den Abgasen von Dieselmotoren
enthaltenen Rußpartikel nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der aus dem Bypass (16) austretende
Abgas-Nebenstrom über den am Kopf (17) eines Rußsammlers
tangential und geneigt angeordneten Stutzen (18) schraubenförmig
verlaufend in den abnehmbaren Sammelbehälter (19) eingeleitet
wird, wobei die bauliche Größe dieses Behälters in
dem Strömungsverlauf eine starke Geschwindigkeitsverminderung
ergibt, bei der sich die Rußpartikel als Sinkstoffe, unterstützt
durch Motorschwingungen und Fahrstöße, im Sammelbehälter
absetzen, während der von diesen Rußpartikeln größtenteils
befreite Abgas-Nebenstrom über den mittig im Kopf (17)
befindlichen Ableitungsstutzen (20) entweder zur weiteren
Nachverbrennung in die Ansauganlage des Motors oder in den
Abgas-Hauptstrom zurückgeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853543730 DE3543730A1 (de) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | Einrichtung fuer die verminderung der in den abgasen von dieselmotoren enthaltenen russpartikel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853543730 DE3543730A1 (de) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | Einrichtung fuer die verminderung der in den abgasen von dieselmotoren enthaltenen russpartikel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3543730A1 true DE3543730A1 (de) | 1987-06-19 |
Family
ID=6288166
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853543730 Withdrawn DE3543730A1 (de) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | Einrichtung fuer die verminderung der in den abgasen von dieselmotoren enthaltenen russpartikel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3543730A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0358140A1 (de) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàNchen Gmbh | Vorrichtung zur Abgasreinigung von Dieselmotoren |
-
1985
- 1985-12-11 DE DE19853543730 patent/DE3543730A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0358140A1 (de) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union MàNchen Gmbh | Vorrichtung zur Abgasreinigung von Dieselmotoren |
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