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Die Erfindung bezieht sich auf eine nach dem Dieselverfahren arbeitende,
atmosphärische Luft ansaugende Brennkraftmaschine mit geregelter Rückführung von
Abgasen in das Ansaugsystem.
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In diesem Zusammenhang ist bereits bekannt, bei einem Viertakt-Dieselmotor
eine Abgasrückführung zum Zwecke der Verminderung des Zündgeräusches, des sogenannten
Dieselklopfens, durchzuführen. Hierbei wird bei geringen Einspritzmengen nicht Frischluft
allein, sondern ein Gemisch aus Frischluft und Verbrennungsgasen angesaugt, dessen
Zusammensetzung je nach der Motorbelastung vom Gashebel oder von der Regelstange
der Einspritzpumpe durch Betätigung einer Verteilerklappe eingestellt wird. Dadurch
wird bei geringen Teillasten die Temperatur des Verbrennungsraumes und 'gegebenenfalls
die der Vor-und Wirbelkammer und der darin befindlichen verdichteten Luft wesentlich
gesteigert mit der Wirkung eines verringerten Zündverzugs. Außerdem wird auch die
chemische Zusammensetzung der Zylinderladung durch das Hinzukommen von Abgasen in
einen Zustand mit weniger Sauerstoff geändert, so daß die Verbrennung langsamer
vor sich geht. Mit anderen Worten, durch die bekannten Maßnahmen bewirken der thermische
Effekt eine Verringerung des Zündverzuges und der chemische Effekt eine Verlangsamung
der Verbrennung.
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Des weiteren wird bei einer bekannten Einspritzbrennkraftmaschine
eine Abgasrückführung zum Zwecke der Verbesserung des Betriebes und der Leistung
der Maschine angewendet. Diese Abgasrückführung wird so durchgeführt, daß während
der normalen Einlaßperiode und gleichzeitig mit der Verbrennungsluft in den Motorzylinder
ein Teil der Abgase wieder zurückgeführt wird, wobei sich die Menge der Abgasrückführung
selbsttätig in Abhängigkeit von der jeweiligen Motorleistung ändert. Dabei ist eine
starre Verbindung zwischen dem Gestänge des Fahrerpedals und der Drosselklappe im
Ansaugsystem sowie der Klappe in der Abgasleitung vorgesehen.
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Der Erfindung -liegt demgegenüber die spezielle Aufgäbe zugrunde,
bei einem Dieselmotor der eingangs beschriebenen Bauart die Menge der in das Ansaugsystem
zurückgeführten Abgase derart zu regeln, daß eine geringstmögliche Menge an gesundheitsschädlichen
und in anderer Weise störenden Abgasinhaltsstoffen in der Zeiteinheit mit den motorischen
Abgasen in die Umgebungsluft gelangt (minimale Emission - Optimalisierungsprinzip).
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Erfindungsgemäß wird die Menge der in das Ansaugsystem zurückgeführten
Abgase abhängig von der Anzeige eines Abgastrübungsmessers geregelt, derart, daß
in einem vom Leerlauf bis zu einer bestimmten Last reichenden, eine verstärkte Bildung
gesundheitsschädlicher Abgasinhaltsstoffe hervorrufende Betriebsbereich die die
Brennkraftmaschine verlassenden Abgase entweder einen näherungsweise konstanten
Rußgehalt mäßigen Ausmaßes oder einen lastabhängig geregelten, jedoch wiederum nur
mäßigen Rußgehalt aufweisen.
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In diesem Zusammenhang ist es unter anderem bei einem Verfahren und
einer Vorrichtung zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit schweren oder leichten
Bremsflüssigkeiten bekanntgeworden, ein aus Auspuffgas und Luft bestehendes Zusatzgemisch
mit Hilfe einer sehr aufwendigen Apparatur in ein aus Kraftstoff und Luft bestehendes
Treibgemisch in verschiedener Menge und Temperierung je nach Belastung der Maschine
einzuführen. Dabei wird dieses Zusatzgemisch aus Luft und Abgasen - im Gegensatz
zum erfindungsgemäßen Verfahren - dauernd und bei jeder Belastung der Maschine zugesetzt.
Hierbei handelt es sich ja auch um eine Otto-Brennkraftmaschine, also um eine gegenüber
dem Anmeldungsgegenstand anderer Maschinengattung und außerdem um eine andere Aufgabenstellung,
welche ganz andere Regelgesetze erfordert. Bei der bekannten Otto-Brennkraftmaschine
soll nämlich deren Temperatur im Bereich des Brennraumes bei allen Belastungsverhältnissen
auf einer geeigneten Höhe gehalten werden und das Kraftstoff-Luftgemisch verdünnt
werden, um Vorzündungen und ottomotorisches Klopfen (spontane Restgas-Selbstzündung)
zu vermeiden. Dabei soll die Verbrennung praktisch vollkommen und die Ausscheidung
von Kohlenstoffniederschlägen verhindert werden. Dabei ist auch bereits an eine
Beseitigung von Kohlenmonoxyd gedacht.
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Der Erfindung liegt somit eine neuartige Aufgabe zugrunde, nämlich
der Optimalisierungsgedanke, speziell in bezug auf die Emission von in Dieselmotoren-Abgasen
enthaltenen gesundheitsschädlichen und sonstwie störenden Inhaltsstoffen. Wie durch
Versuche nachgewiesen, wird im Gegensatz zu den bisherigen bekannten Vorschlägen
ein Kohlenstoffgehalt in den motorischen Abgasen, nämlich ein Rußgehalt mäßigen
Ausmaßes - genügend weit entfernt von der zulässigen Abgastrübungsgrenze - gerade
für erforderlich gehalten, um eine größtmögliche Reduzierung in der Emission gesundheitsschädlicher
bzw. störender Abgasinhaltsstoffe zu erreichen, wie beispielsweise von brennbaren
Produkten der Kraftstoff-und Schmierölpyrolyse (Spalt-, Dehydrierungs- und Polymerisationsprodukte),
Kraftstoff- und Schmieröldämpfe, verschiedene Aldehyde, Kohlenoxyd und sonstige
Produkte einer teilweisen Oxydation.
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Die Einschränkung der Verseuchung der Umgebungsluft ist von großer
Bedeutung. Infolge der großen Verkehrsdichte innerhalb der Städte und der dadurch
zwangläufig eingeführten Regelung des Verkehrs an den Straßenkreuzungen oder Straßeneinbiegungen
wird nämlich den Fahrern innerhalb der Stadtfahrt ein sehr häufiges Anhalten, Warten
und Wiederanfahren auferlegt. Dadurch stauen sich an den Haltepunkten der Fahrzeuge,
insbesondere an windstillen und schwülen Tagen, erhebliche gesundheitsschädliche
Abgasmengen an, was nunmehr vermieden wird.
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Die Regelung der in das Ansaugsystem zurückzuführenden Abgasmengen
kann zusätzlich in Abhängigkeit von einem den Gehalt der Abgase an gesundheitsschädlichen
oder in anderer Weise störenden Substanzen erfassenden Meßgerät an sich bekannter
Bauart, beispielsweise von einem Konzentrationsmesser, allein vorgenommen werden
und/oder zugleich noch abhängig von einem die je Zeiteinheit in die Umgebung ausgestoßene
Abgasmenge ermittelnden Meßgerät wiederum an sich bekannter Bauart, beispielsweise
von einem Durchfiußmesser.
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Für den speziellen Fall der möglichst weitgehenden Unterdrückung der
Aldehydbildung im Leerlauf und im Teillastgebiet kann die selbsttätige Regelung
beispielsweise davon ausgehen, daß die Abgasrückführun¢ mit Hilfe eines auf dem
photoelektrischen Prinzip beruhenden und im Abgasstrom befindlichen Gebers, eines
Verstärkers und eines elektrisch betätigten
Steuerorgans so erfolgt,
daß die Abgase bis zum Erreichen einer Motorbelastung, bei der die Aldehydbildung
aufhört oder ein ungefährliches bzw. nicht störendes Maß angenommen hat, einen durch
Versuche als zweckdienlich gefundenen, die Aldehydbildung hemmenden, optisch jedoch
nicht störenden Bußgehalt besitzen.
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Schließlich wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, daß die Menge
der in das Ansaugsystem zurückgeführten Abgase so geregelt wird, daß in dem Betriebsbereich
des Motors, in dem bei Betrieb ohne Abgasrückführung die Abgastemperatur für die
Wirksamkeit einer katalytischen Abgasverbrennungsanlage zu niedrig ist, die Abgase
mit einer mit den sonstigen Betriebserfordernissen zu vereinbarenden höchstmöglichen
Temperatur einer katalytischen Abgasnachverbrennungsanlage zugeführt werden.
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Der technische Fortschritt des neuen Regelgesetzes konnte durch eingehende
Versuche nachgewiesen werden. Sowohl die Emission an Kohlenwasserstoffen als auch
an organischen -Säuren konnte gegenüber dem jeweiligen abgasrückführungsfreien Betrieb
um so mehr verbessert werden, je geringer die Belastung war. Bei Null-Last konnte
so die Emission an Kohlenwasserstoffen im optimalen Falle um 48 0/0 und die Emission
an organischen Säuren um 520/0 verringert werden.
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In der Zeichnung ist in schematischer Weise eine beispielsweise Ausführungsform
wiedergegeben. Hierbei besteht die photoelektrische Regelungseinrichtung aus dem
Strahler 14, der in der Abgasleitung 3 des Dieselmotors 2 befindlichen Taststelle
15 für die Abgastrübung und dem als Photozelle, Photowiderstand oder Photoelement
ausgebildeten handelsüblichen photoelektrischen Empfänger 16, der durch einen »äußeren
Photoeffekt« oder »inneren Photoeffekt« den Zustand der Abgase in bezug auf ihre
Trübung optisch erfaßt und in einen elektrischen Wert verwandelt. Dieser wird durch
einen Verstärker 17 so verstärkt, daß er in der Lage ist, das Abgasrückführungs-Steuerorgan
5 im gewünschten Sinne zu verstellen, im vorliegenden Fall also in der Weise, daß
im Lastbereich des Motors, in dem die Abgastrübung kleiner als die bezüglich der
Unterdrückung der Aldehydbildung als optimal gefundene und konstante Abgastrübung
ist, das in der Abgasrückführungsleitung.4 befindliche Steuerorgan 5 so weit geöffnet
wird, daß die erwähnte optimale konstante Abgastrübung gerade erreicht wird. Steigt
die Motorbelastung durch die angetriebene Maschinell so stark an, daß der konstante
Optimalwert für die Abgastrübung überschritten wird, dann wird die Abgasrückführung
in die Ansaugleitung 1 durch selbsttätiges Schließen des Abgasrückführungs-Steuerorgans5
völlig unterbunden.
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Wendet man zwecks einer besonders weitgehenden Abgasreinigung zusätzliche
katalytisch wirkende Abgasreinigungsanlagen an, so kommt der erst bei Erreichen
einer Mindesttemperatur auftretenden Wirksamkeit derartiger Vorrichtungen die starke
Erhöhung der Abgastemperaturen sowie die Verringerung des Abgasdurchsatzes durch
eine Abgasrückführung zugute, wobei von Vorteil ist, daß die zurückführbare Abgasmenge
mit fallender Last ansteigt.
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Der Erfolg der erfindungsgemäßen Maßnahme hat sich durch Versuche
insofern bestätigt, als bei einem Versuchsmotor bei 1/o Last die Emission an schädlichen
Abgasen um 50 % geringer war als ohne Abgasrückführung, bei 1/s Last war die Emission
35% geringer. Dabei entsprechen die genannten Lastbereiche der üblichen Belastung
eines Fahrzeuges im Stadtverkehr. Schließlich bringt die erfindungsgemäße Abgasrückführung
die vorteilhafte Nebenwirkung mit sich, daß die kalte Maschine schneller warmgefahren
werden kann und daß das im Beharrungszustand des Motors sich einstellende Temperaturniveau
im Teillastgebiet vergleichsweise bedeutend höher liegt als bei einem Normalbetrieb
ohne Abgasrückführung. Die genannten Vorzüge reduzieren den korrosiven Verschleiß,-
der bekanntlich gerade bei diesen Betriebszuständen außerordentlich groß ist.