DE3019991C2

DE3019991C2 -

Info

Publication number: DE3019991C2
Application number: DE3019991A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. 7130 Muehlacker De Linder; Rudolf 7141 Kirchberg De Babitzka; Johannes Dr. 7140 Ludwigsburg De Brettschneider; Wilhelm Dipl.-Ing. Dr. 7141 Moeglingen De Polach; Wolf 7141 Oberriexingen De Wessel; Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Stumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-05-24
Filing date: 1980-05-24
Publication date: 1991-02-07
Also published as: US4380900A; JPS63603B2; JPS5718414A; GB2076313A; DE3019991A1; GB2076313B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Entfernung von festen Bestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist durch die GB-PS 11 98 262 bekannt. Diese Vorrichtung weist ein rohrförmiges Gehäuse auf, in das vom Abgassys tem einer Brennkraftmaschine kommendes, mit Ruß beladenes Abgas tan gential einströmt. Durch die tangentiale Einströmung wird das Abgas im Gehäuse in eine Rotationsbewegung versetzt, so daß sich die Ruß teilchen an der Innenwand des Gehäuses infolge Fliehkrafteinwirkung anreichern. Zusätzlich wird zwischen einem längs der Achse des Ge häuses eingespannten, gegenüber dem Gehäuse isolierten Draht und der Innenwand des Gehäuses ein elektrostatisches Feld erzeugt, indem die Innenwand und der Draht mit entgegengesetzten Polen einer Hochspan nungsquelle verbunden werden. Durch das elektrostatische Feld werden die Rußteilchen ionisiert und wandern unter der Wirkung des elektro statischen Feldes zur Innenwand des Gehäuses. Jedoch wird hier der Ruß an der Innenwand des Gehäuses gebunden und muß in regelmäßigen Abständen aus dem Gehäuse entfernt werden.

Durch die DE-OS 28 33 481 ist ferner eine Vorrichtung mit einem Fliehkraftabscheider bekannt, in dem Rußteilchen aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine ausgeschieden werden und über eine Rückführlei tung mit einem Abgasteilstrom wieder der Einlaßseite der Brennkraft maschine zur Nachverbrennung zugeführt werden. Bei der Abscheidung nur im Fliehkraftabscheider wird jedoch nur ein geringerer Reini gungsgrad erreicht, als bei kombinierter Abscheidung durch ein Fliehkraftfeld mit überlagertem elektrostatischem Feld.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ent fernung von festen Bestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschi nen zu schaffen mit hohem Reinigungsgrad und kontinuierlicher Ent sorgung von ausgeschiedenem Ruß.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst, wonach die zweite Elektrode mit Durchlässen verse hen ist, so daß ausgeschiedene feste Bestandteile durch die zweite Elektrode hindurchtreten können in den ersten Ringraum und von dort durch die Bewegung des Abgasstroms im Gehäuse mitgeführt werden und über die Abgasrückführleitung zur Saugseite der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung angegeben.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem der im Abgas anfallende Ruß mit Hilfe rohrförmig ausgebildeter Elektroden in Abgasteilströmen angereichert wird und

Fig. 2 einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Das von einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine an das Abgassammelsystem abgegebene Abgas wird über eine Verbindungsleitung 1 der als Rußweiche zu bezeichnenden erfindungsgemäßen Einrichtung zugeführt. Die Verbindungs leitung mündet in ein Spiralgehäuse 3, an das sich koaxial zur Achse der durch das Spiralgehäuse 3 gebildeten Spirale beidseitig ein rohrförmiges Gehäuse 4 anschließt. An den Enden des rohrförmigen Gehäuses ist ein zweites und ein drittes Spiralgehäuse 5 und 6 in gleicher Weise wie das erste Spiralgehäuse 3 angesetzt, wobei das zweite und dritte Spiralgehäuse 5 und 6 sich als Ausströmspiralen im entgegen gesetzten Sinne öffnen. Von den Spiralgehäusen 5 bzw. 6 führen eine erste Abströmleitung 7 bzw. eine zweite Abström leitung 8 zum nicht weiter gezeigten Auslaß des Abgassystems.

Im Innern des rohrförmigen Gehäuses ist koaxial ein perforiertes, die erste Elektrode 10 bildendes Rohr angeordnet, das an seinem einen im Bereich des dritten Spiralgehäuses 6 liegenden Ende geschlossen ist und dort über eine stabförmige Elektrode 12 mit der Elektrode einer in die äußere axiale Begrenzungs wand 14 des dritten Spiralgehäuses 6 eingesetzten Zündkerze 15 verbunden ist, der die Versorgungsspannung zugeführt wird. Am anderen Ende geht die erste Elektrode 10 in ein Keramikrohr 17 über, das durch die äußere axiale Begrenzungswand 18 des zweiten Spiralgehäuses 5 nach außen geführt wird und dort mit einer nicht weiter gezeigten Abgasrückführleitung ver bunden ist, die zum Saugrohr der Brennkraftmaschine führt.

Weiterhin ist innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 4 eine zweite (Masse-) Elektrode 20 angeordnet, die ebenfalls als koaxial zum rohrförmigen Gehäuse 4 bzw. zur ersten Elektrode 10 angeordnetes, perforiertes Rohr ausgebildet ist, das die erste Elektrode 10 einschließt. Die zweite Elektrode 20 besteht dabei aus zwei Teilstücken 20′ und 20′′. Das erste Teilstück 20′ liegt zwischen der inneren axialen Begrenzungs wand 21 des dritten Spiralgehäuses 6 und der gegenüberliegenden axialen Begrenzungswand 22 des ersten Spiralgehäuses 3. In analoger Weise liegt der zweite Teil der Masseelektrode 20′′ zwischen der inneren axialen Begrenzungswand 23 des zweiten Spiralgehäuses 5 und der dieser gegenüberliegenden axialen Begrenzungswand 24 des ersten Spiralgehäuses 3. Die Teilrohre 20′ und 20′′ der zweiten Elektrode 20 sind mit den genannten Begrenzungswänden fest verbunden, wobei der Innendurchmesser der zweiten Elektrode den freien Durch trittsquerschnitt zwischen erstem Spiralgehäuse 3 und zweitem bzw. drittem Spiralgehäuse 5 und 6 darstellt. Zwischen der zweiten Elektrode 20 und dem rohrförmigen Gehäuse ist ein erster Ringraum angeordnet, der sich entsprechend den Teilen der zweiten Elektrode 20 in einen ersten axial abgeschlossenen Teilraum 26 und einem zweiten axial abgeschlossenen Teilraum 27 aufteilt.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch das rohrförmige Gehäuse gemäß Linie I-I dargestellt. Hierbei ist der obengenannte zweite Teilraum 27 zwischen zweiter Elektrode 20′′ und rohrförmigem Gehäuse 4 erkennbar. Von diesem rohrförmigen Gehäuse geht dabei jeweils am äußersten axialen, dem zweiten bzw. dritten Spiralgehäuse 5 und 6 benachbarten Ende der Teilräume 26 und 27 jeweils eine Abgasrückführleitung 29 und 30 ab, die in gleicher Weise wie die an das Keramikrohr 17 angeschlossene Abgasrückführ leitung zur nicht weiter dargestellten Saugseite der Brenn kraftmaschine führt.

Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen:

Bei Betrieb wird an die Elektrode der Zündkerze 15 eine Spannung gegenüber Masse angelegt. Dadurch wird auf die Länge der ersten Elektrode 10 zur zweiten Elektrode 20 hin ein Hochspannungsfeld gebildet. Das vom Abgassammelsystem kommende Abgas wird durch die Verbindungsleitung 1 zugeführt und über das Spiralgehäuse 3 in Rotationsbewegung gebracht.

Das einströmende Abgas verteilt sich dann rotierend links und rechts im zwischen erster Elektrode 10 und zweiter Elektrode 20 gebildeten zweiten Ringraum 31, der dem Spannungsfeld ausgesetzt ist. Über die Spiralgehäuse 5 und 6 kann das Abgas wieder zur Auslaßseite des Abgas systems abgeführt werden, wobei die spiralige Ausgestaltung der Gehäuse 5 und 6 die Gasrotation im zweiten Ringraum und den Abtransport begünstigt. In dem elektrischen Feld werden Staub und Ruß ionisiert und in Richtung auf die positive erste Elektrode 10 bzw. negative zweite Elektrode 20 abgelenkt. Die Perforation der Elektroden erlaubt ein Durchtreten der mit den Ruß- bzw. Staubteilchen beladenen Abgase, die nach Durchtritt durch die Elektroden in den Teilräumen 26 und 27 bzw. im Innern der ersten Elektrode gesammelt werden. Durch die Drehbewegung des Abgases um die Längsachse des Gehäuses 4 erhält das Abgas einen Drall, der während der Verweilzeit im zweiten Ringraum 31 eine Trennung des Rußes auch unter Einfluß der Fliehkräfte und unterstützt durch das elektrostatische Feld erlaubt. Dieser Drall verhindert auch, daß der Ruß, der sich unter Einwirkung der Zentrifugalkräfte abscheidet, und an der zweiten Elektrode 20 praktisch wieder entlädt, zurück in den Gasstrom im Innern des zweiten Ringraums gelangt. Um eine möglichst hohe Verweilzeit des Abgases innerhalb des Gehäuses 20 zu erzielen, ist das Volumen so ausgelegt, daß es das Abgasvolumen wenigstens einer Zylinderfüllung der zugehörigen Brennkraftmaschine erfaßt. Es entstehen dabei periodische Gaswechselvorgänge, wobei es zwischen zeitlich zur Aufhebung der axialen Bewegungskomponenten des Abgasstromes kommen kann. Diese Strömungsverhältnisse unterstützen die Trennung des Rußes vom Abgas unter Einwirkung des elektrostatischen Feldes.

Die in die Teilräume 26 und 27 gelangenden und stark mit Rußanteilen beladenen Abgase werden über die jeweilige Abgasrück führleitung 29 und 30 wieder dem Saugsystem der Brennkraft maschine zugeführt. In gleicher Weise geschieht dies mit dem über das Innere der ersten Elektrode 10 abströmenden Abgas, das ebenfalls mit festen Bestandteilen stark ange reichert ist. Das aus dem zweiten Ringraum 31 in die Spiral gehäuse 5 und 6 ausströmende Abgas ist demgegenüber arm an Verschmutzung und wird dem Auslaß des Abgassystems zugeführt.

Die Anordnung der Isolation der unter Hochspannung stehenden ersten Elektrode 10 ist in vorteilhafter Weise so getroffen, daß die Isolierkörper an den beiden Enden der Elektroden jeweils nur dem unter Einwirkung des elektrostatischen Feldes gereinigten Abgases ausgesetzt sind. Damit ist die Gefahr des Beschlagens mit Ruß und die damit verbundene Nebenschluß empfindlichkeit verringert. Im Vergleich zu Rußabscheide filtern ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bzw. mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Gerät, das mit verhältnismäßig geringen Strömungsquerschnitten auskommt, so daß die Rußweiche unmittelbar hinter dem Motorauslaß angeordnet werden kann. Das Abgas gelangt mit relativ hohen Temperaturen in die Rußweiche, was die Nebenschluß empfindlichkeit durch Rußablagerungen bzw. Kondenswasser bildung ebenfalls reduziert. Der Strömungswiderstand in der Rußweiche ist im Vergleich zu üblichen Filtern sehr gering, der Aufbau ist einfach und wenig störanfällig und es ent fällt die Notwendigkeit, abgeschiedene Rußanteile in einem Wartungszyklus zu entfernen.

In vorteilhafter und ergänzender Ausgestaltung können zur Vorionisierung der Abgase im Bereich des Spiralgehäuses und der Verbindungsleitung Elektroden angeordnet sein, wobei die Ionisation der Rußbestandteile durch Koronaentladung erfolgt. Solche Ionisationselektroden 33 sind in der Figur gestrichelt eingezeichnet. Sie werden ebenfalls wie die erste Elektrode 10 durch eine Hochspannungsquelle mit Spannung versorgt.

Claims

1. Vorrichtung zur Entfernung von festen Bestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Ruß, durch Beeinflussung der Bewegung der festen Bestandteile mittels eines Fliehkraftfeldes und eines überlagerten elektrostatischen Feldes, mit einem rohrför migen Gehäuse (4), in das das Abgas von der Brennkraftmaschine tan gential eingeleitet und aus dem das gereinigte Abgas abgeleitet wird, und mit einer gegenüber dem Gehäuse (4) elektrisch isolierten, koaxial zum Gehäuse verlaufenden ersten Elektrode (10), gekennzeich net durch eine koaxiale um die erste Elektrode (10) angeordnete, mit Durchlässen versehene zweite Elektrode (20; 20′; 20′′) als Masse elektrode, einen ersten Ringraum zwischen der zweiten Elek trode und dem Gehäuse (4) und wenigstens eine Leitung (29, 30) zur Rückführung von Abgas und Ruß vom ersten Ringraum (26, 27) zur Saug seite der Brennkraftmaschine.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (10) als perforiertes Rohr ausgebildet ist, welches an seinem einen Ende in ein aus Isoliermaterial gebildetes Rohr (17) übergeht, das über eine Abgasrückführleitung mit der Ansaugseite der Brennkraftmaschine verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab gas von der Brennkraftmaschine in der Mitte der Länge des Gehäuses (4) in den zwischen der ersten Elektrode (10) und der zweiten Elektrode (20) gebildeten zweiten Ringraum (31) zugeführt wird, daß ferner jeweils am äußeren Ende des Gehäuses (4) eine erste bzw. zweite Abströmleitung (7, 8) vom zweiten Ringraum (31) abführen und daß der erste Ringraum durch die Einführstelle (1) des Ab gases in einen ersten Teilraum (26) und einen zweiten Teilraum (27) geteilt ist, wobei jeweils von dem äußersten Ende der Teilräu me (26, 27) die Abgasrückführleitung (29, 30) abführt.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß im Bereich der Einströmung der Abgase Ionisations elektroden (33) vorgesehen sind.