CH678751A5 - - Google Patents

Description

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CH 678 751 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Russfilter für Dieselkraftfahrzeuge mit einer Filtergeneratoreinrichtung.

Die Herabsetzung der beim Betrieb von Dieselmotoren ausgestossenen Busspartikel (Dieselpartikel} kann den Einsatz von Dieselmotoren aufgrund erheblich verringerter Umweltbelastung attraktiver machen. Der Einsatz von Russfiltern in der Auspuffanlage von Dieselmotoren vermag einen erheblichen Anteil der Russpartikel der Abgase zurückzuhalten.

Problematisch ist jedoch die Tatsache, dass geeignet erscheinende Filter, insbesondere aus Keramikgarn oder -faserpackungen bestehende Filter sich relativ rasch zusetzen und mithin ihre Filterwirkung verlieren.

Um solche Filter zu regenerieren wurde bereits vorgeschlagen, die im Filtermaterial sitzenden Russpartikel mit Hilfe eines Brenners auszubrennen. Es wurde auch vorgeschlagen, zur Senkung der Russ-Zündtemperatur ein Oxidationsmittel in den Filter zu sprühen.

Das Regenerieren von Russfiltern muss in bestimmten (nach Betriebsstunden oder Druckanstieg für das durchströmende Abgas messbaren) Zeitabständen durchgeführt werden. Da der Regenerier-Vorgang einige Zeit in Anspruch nimmt und eine Stillsetzung des Motors in dieser Zeit nicht vorausgesetzt werden kann, kann man parallel zwei Dieselpartikel-Filter anordnen, von denen jeweils einer in den Abgasweg eingeschaltet ist, während der andere gerade regeneriert wird oder nach abgeschlossener Regeneration auf seinen Einsatz wartet. Bei den Bestreben, die von einem Motor verbrauchte Betriebsstoffmenge möglichst gering zu halten, sollte naturgemäss auch die Leistung der Brenner beim Regenerieren von Dieselpartikel-Filtern niedrig gehalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Russfilter der eingangs genannten Art zu schaffen, welches ein Regenerieren mit geringem Energieaufwand ermöglicht und femer einen zuverlässigen Betrieb gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einem Russfilter erfin-dungsgemäss durch folgende Merkmale gelöst:

a) es sind zwei getrennte Dieselpartikel-Filter über separate Kanäle an einen Vorschalldämpfer angeschlossen,

b) die Kanäle münden radial/tangential in einen Vorraum des jeweiligen Dieselpartikel-Filters, und c) dem Vorraum jedes Dieselpartikel-Filters ist stirnseitig ein Brenner zugeordnet.

Durch das radiale und/oder tangentiale (beide Grenzfälle sind möglich) Einmünden der zwischen dem Vorschalldämpfer und den jeweiligen Dieselpar-tikel-Filtem liegenden Kanäle besteht die Möglichkeit, den jeweiligen Brenner an der Stirnseite des Vorraums des betreffenden Dieselpartikel-Filters anzuordnen. Da die grösste Menge an Russpartikeln in der Nähe des Eintritts der Abgase angesammelt wird, erweist sich das Regenerieren durch einen stirnseitig angeordneten Brenner besonders effizient, da die Flamme des Brenners bzw. die heis-se Luft dort die höchste Temperatur hat, wo sich die meisten Russpartikel befinden. Besonders günstig erweist sich die erfindungsgemässe Anordnung in bezug auf die aufzubringende Energie, d.h. in be-zug auf den für jeweils einen Regeneriervorgang benötigten Brennstoff.

Bei Versuchen hat sich ais gravierendes Problem herausgestellt, dass die in den Kanälen zwischen dem Vorschalldämpfer und den Dieselparti-kel-Filtern sitzenden Umschaltklappen in ihrer Funktion durch die erhebliche Brennerwärme beeinträchtigt werden. Durch die erfindungsgemässe radiale Einmündung der Abgaskanäle in die Filter und die dadurch ermöglichte stimseitige Anbringung der Brenner an den Filtern bzw. an den Vorräumen der Filter ist es möglich, die Umschaltklappen relativ weit weg von den Brennern anzuordnen, vorzugsweise am Ende des Vorschalldämpfers. An dieser Stelle ist die Temperatur der von dem jeweils In Betrieb befindlichen Brenner erhitzten Gase nicht mehr allzu hoch, so dass die betreffende Umschaltklappe nicht übermässig stark erhitzt und dadurch in ihrer Funktionstüchtigkeit beeinträchtigt wird.

Ferner hat sich erwiesen, dass der Schutz der Umschaltkiappen vor erhöhten Gastemperaturen dann besonders gut erreicht wird, wenn der Abstand jeder Umschaltklappe von dem zugehörigen Eintrittsende des Kanals in den Filter-Vorraum grösser ist als der Durchmesser des Kanals, Die Ausbreitung der von dem Brenner erhitzten Gase hängt nämlich sehr stark ab von der Querschnittsfläche des von dem Vorschalldämpfer kommenden Kanals. Wenn die Umschaltklappe also von dem Eintrittsende am Vorraum des Filters einen Abstand hat, der vorzugsweise so gross ist wie der Durchmesser des Kanals, so gelangt relativ wenig erhitztes Gas an die Umschaltklappe und kann diese folglich nicht sehr stark erhitzen.

Das Anordnen der Brenner an der Stirnseite des jeweiligen Dieselpartikel-Filters bzw. des Filter-Vorraums führt zu den oben aufgezeigten Vorteilen. Besonders günstig für den Regeneriervorgang hat es sich erwiesen, wenn man einen Brenner verwendet, der eine relativ flache und breite Flamme erzeugt, also im wesentlichen eine scheiben- oder tellerförmige Flamme.

Die Anmelderin hat bereits die Ausgestaltung eines (für Fahrzeugheizungen und auch für Kochzwecke verwendbaren) Brenners vorgeschlagen (DE-OS 3 410 716), bei dem zwischen einer Brennerkammer und einem Brennraum eine Blenden-Platte angeordnet ist, durch deren konische Öffnung eine tellerförmige Fiamme in dem Brennraum gebildet wird. Vorzugsweise wird bei der vorliegenden Erfindung von einem derart ausgebildeten Brenner Gebrauch gemacht. Unter Verwendung eines derartigen Brenners erhält man im Filter-Vorraum eine tellerförmige Flamme, die die Filterpackung innerhalb des Dieselpartikel-Filters stirnseifig über die gesamte Räche beaufschlagt. Dies ist einem raschen und intensiven Regenerieren des Filters zuträglich.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. t eine schematische Seitenansicht eines Teils einer Auspuffanlage mit Russfilter, und

Fig. 2. eine Draufsicht auf die Anlage gemäss der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Links oben in Fig. 2 ist durch einen Pfeil der Abgasstrom eines Dieselmotors angedeutet. Die Erfindung lässt sich besonders gut einsetzen bei leistungsstarken Dieselmotoren, insbesondere solchen von Nutzfahrzeugen.

Die Russpartikel (Dieselpartikel) mit sich führenden Abgase des Dieselmotors gelangen vom Auspuffkrümmer über ein oder mehrere Auspuffrohre in einen Vorschalldämpfer 2, an dessen Ende sich zwei etwa vertikal nach unten erstreckende Kanäle 4a, 4b kreisförmig im Querschnitt erstrecken. In jedem Kanal befindet sich eine um eine horizontale Achse verschwenkbare Umschaltklappe, von denen in Fig. 1 die Umschaitklappe 6b schematisch angedeutet ist. In der dargestellten Stellung versperrt die Umschaltklappe 6b den Kanal 4b, so dass die Abgase aus dem Vorschalldämpfer 2 über den (nicht gezeigten) Kanal 4a an der in vertikaler Stellung befindliche Umschaltklappe 6b vorbei in ein zugehöriges Dieselpartikel-Filter 10a gelangen. In Fig. 2 sind zwei horizontal nebeneinander angeordnete Dieselpartikel-Filter 10a und 10b dargestellt. Jedes Dieselpartikel-Filter besitzt einen Vorraum 12a bzw. 12b, in welchen die Kanäle 4a bzw. 4b unter einem bestimmten Winkel über Einlassöffnungen 8a bzw. 8b einmünden. Das Einmünden geschieht im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht ganz radial und auch nicht vollständig tangential.

Stimseitig ist jedem Vorraum 12a und12b ein mit Dieselbrennstoff betriebener Brenner 14a bzw. 14b zugeordnet. Jeder dieser Brenner ist so aufgebaut, wie es in der oben erwähnten DE-OS 3 410 716 beschrieben ist. Diese Brenner 14a und 14b erzeugen eine etwa tellerförmige Flamme innerhalb des Vorraums 12a bzw. 12b, so dass die jeweilige Filterpackung in dem Dieselpartikel-Filter 10a bzw. 10b stirnseitig beaufschlagt wird.

Die beiden Umschaltklappen in den beiden Kanälen 4a und 4b werden von einer Klappensteuerung 18 abwechselnd geschlossen oder geöffnet, wobei das Umschalten z.B. durch einen Betriebsstundenzähler oder durch ein Druckmessgerät gesteuert wird. Man kann den Betriebsstundenzähler so einstellen, dass er nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden ein Signal erzeugt, aufgrund dessen die Klappensteuerung 18 den einen Kanal der Kanäle 4a und 4b sperrt und den anderen öffnet. Bei Verwendung eines Druckmessgeräts wird der Abgasgegendruck beispielsweise am Eingang des jeweiligen Dieselpartikel-Filters 10a, 10b gemessen, da dieser Abgasgegendruck ein Mass für den Durchtrittsquerschnitt des Filters ist. Ein bereits relativ stark verstopftes Riter erzeugt einen höheren Abgasgegendruck als ein frisches Filter.

Während beispielsweise der Kanal 4b durch die Umschaltklappe 6b versperrt ist, wie es in Rg. 1 gezeigt ist, gelangen die Abgase durch den anderen Kanal 4a, den Vorraum 12a und das Dieselpartikel-

Filter 10a in ein Auspuffrohr 16a (die beiden Dieselpartikel-Filter 10a und 10b dienen auch als Schalldämpfer). Währenddessen kann in dem nicht von Abgasen durchströmten Dieselpartikel-Filter 10b eine Filterregenerierung erfolgen. Dazu wird von einer hier nicht näher interessierenden Steuereinheit der Brenner 14b eingeschaltet, so dass durch die von diesem Brenner erzeugte tellerförmige Flamme die in dem Rltermaterial des Filters 10b angesammelten Russpartikel ausgebrannt werden. Die dabei entstehenden harmlosen Rückstände werden durch das Auspuffrohr 16b ausgestossen.

Wie in Fig. 1 angedeutet ist, ist der Abstand zwischen der Eintrittsöffnung 6b am Vorraum 12b des Filters 10b und der in Schliessstellung befindlichen Umschaitklappe 6b grösser als der Durchmesser d des betreffenden Kanals 4b. Dadurch wird erreicht, dass bei eingeschaltetem Brenner 14b die Umschaitklappe 6b nur geringfügig aufgeheizt wird.

Aufgrund der speziellen Brennerausgestaltung und -anordnung (auf der Stirnseite des betreffenden Filters) erreicht man eine gleichmässige Erhitzung des Eintrittsquerschnitts des Rltermaterials.

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Patentansprüche

1. Russfilter für Dieselkraftfahrzeuge, mit einer Ritergeneratoreinrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es sind zwei getrennte Dieselpartikel-Filter (10a, 10b) über separate Kanäle (4a, 4b) an einen Vorschalldämpfer (2) angeschlossen;

b) die Kanäle (4a, 4b) münden radial/tangentia! in einen Vorraum (12a, 12b) des jeweiligen Dieselpartikel-Filters (10a, 10b); und c) dem Vorraum jedes Dieselpartikel-Filters ist stirnseitig ein Brenner (14a, 14b) zugeordnet.

2. Russfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kanälen (4a, 4b) oder in einem den Kanälen vorausgehenden Verzweigungsstück eine von einer Klappensteuerung (18) betätigte Umschaltklappenanordnung (6a, 6b) vorgesehen ist, die sich vorzugsweise am Ende oder in der Nähe des Endes des Vorschalldämpfers (2) befindet.

3. Russfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltklappenanordnung (6a, 6b) von dem Ort des Eintritts des Kanals in den jeweiligen Filter-Vorraum (12a, 12b) einen Abstand hat, der grösser ist als der Durchmesser des Kanals (4a, 4b).

4. Russfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Brenner (14a, 14b) ein mit flüssigem Brennstoff betriebener Brenner ist, der eine etwa tellerförmige Flamme erzeugt.

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