DE19651177A1 - Verfahren und Anordnung zur Reduzierung der Rußmenge im Abgas von Dieselmotoren - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Reduzierung der Rußmenge im Abgas von Dieselmotoren

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Description

Für den Dieselmotor sind im Prinzip nur Rußfilter bekannt, die regelmäßig gewartet bzw. ausgewechselt werden müssen. Des weiteren sind Systeme bekannt bei denen der ausgefilterte Ruß zyklisch oder stetig im Filter verbrannt wird. Diese Systeme sind jedoch recht aufwendig. Marktreife Filter für breite Anwendungen sind zur Zeit nicht bekannt.
Die Erfindung macht es sich zur Aufgabe einen möglichst wartungsarmen Rußfilter für Dieselmotore zu entwickeln. Ein weiterer Vorteil des Filters besteht darin, daß der übliche Zuluftfilter sowie ein Teil des Schalldämpfer­ systems entfallen kann. Bei einer Abwärmenutzung, wie es bei Blockheizkraftwerken üblich ist, kann, besonders bei kleinen Einheiten, der Abgaswärmetauscher entfallen, da bei geeigneter Ausführung des Filters (wärmeleitendes Filtermaterial, Verdickung der Filterscheibe auf Zylinder­ form) die Abwärme des Motors wieder dem Zuluftstrom zuge­ führt wird.
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, daß die Ruß­ partikel des Abgasstroms durch einen geeigneten Filter/ Teilfilter ausgefiltert werden. Nach dem Ausfilterzyklus soll ein Reinigungszyklus erfolgen. Dazu wird der Filter durch geeignete mechanische Systeme so in den Zuluftstrom des Motors integriert, daß er in Gegenrichtung vom Zuluftstrom des Motors durchströmt wird. Die Rußpartikel werden in die Richtung zum Motor ausgeblasen und anschließend im Motor verbrannt. Während des Reinigungszyklusses befindet sich ein weiterer Filter (2) bzw. Teilfilter (30, 31) im Abgasstrom des Motors. Das Filtersystem wird zyklisch mit Rußpartikeln angereichert und wieder gereinigt.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird in Fig. 1 gezeigt. Hier befindet sich ein Teil (31) einer Filterscheibe (22) im Abgasstrom (11) nach (13) eines Dieselmotors. Die Filter­ scheibe (22) filtert die Rußpartikel aus dem Abgasstrom (11) nach (11) möglichst vollständig heraus. Durch einen ge­ eigneten Antrieb wird die Filterscheibe stetig bzw. zyklisch um den Drehpunkt (21) hier in Richtung (24) weitergedreht. Hierdurch kommt der mit Rußpartikeln angereicherte Bereich (31) der Filterscheibe (22) in den Zuluftstrom des Motors (14) nach (12). Durch den Zuluftstrom (14) nach (12) werden die Rußpartikel aus dem Bereich (31) der Filterscheibe aus­ geblasen und im Motor verbrannt. Während des Ausblasvorgangs bebindet sich ein anderer Teil der Filterscheibe, hier der Bereich (30), im Abgasstrom, so daß stets ein Teil der Filter­ scheibe (22) im Abgasstrom (11) nach (13) Rußpartikel aus­ filtert, während gleichzeitig ein anderer Teil der Filter­ scheibe (22) im Zuluftstrom (14) nach (12) Rußpartikel abgibt.
Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführung der Erfindung. Die Reduzierung der Rußpartikel im Abgas erfolgt hier durch zwei separate Filter (1, 2,). Die 2 Rußfilter (1, 2) werden abwechselnd nacheinander im Abgasstrom (11) nach (13) mit Rußpartikeln angereichert und anschließend im Zuluftstrom, wo sie in Gegenrichtung vom der Zuluft (14) nach (12) durch­ strömt werden, wieder gereinigt.
In einer ersten Phase sind die Absperrsysteme (3, 7, 6 und 10) geöffnet. Die Absperrsysteme (4, 8, 5 und 9) sind ge­ schlossen. Der Filter (1) befindet sich im Abgasstrom und filtert dort die Rußpartikel heraus.
Abgasweg: Abgasquelle (11) - Absperrsystem (3) - Filter (1)- Absperrsystem (7) - weiterer Abgasweg (13).
Der Filter (2) befindet sich im Zuluftweg des Motors. Durch die Zuluft werden die im Filter befindlichen Rußpartikel ausgeblasen. Der Filter wird gereinigt.
Zuluftweg: Zuluftöffnung (14) - Absperrsystem (10) - Filter (2) - Absperrsystem (6) - zur Zuluftöffnung des Motors (12).
In einer zweiten Phase sind die Absperrsysteme (5, 9, 8 und 4) geöffnet. Die Absperrsysteme (3, 7, 6 und 10) sind ge­ schlossen. Der Filter (2) befindet sich im Abgasstrom und filtert dort die Rußpartikel heraus.
Abgasweg: Abgasquelle (11) - Absperrsystem (5) - Filter (2)- Absperrsystem (9) - weiterer Abgasweg (13).
Der Filter (1) befindet sich im Zuluftweg des Motors. Durch die Zuluft werden die im Filter befindlichen Rußpartikel ausgeblasen. Der Filter wird gereinigt.
Zuluftweg: Zuluftöffnung (14) - Absperrsystem (8) - Filter (1) - Absperrsystem (4) - zur Zuluftöffnung des Motors (12).
Im Grundkonzept ist das Filtermaterial der Rußfilter aus einem schwach wärmeleitenden Material (Glas- Kunststoffgewebe) aus­ geführt. Hierbei findet kein nennenswerter Wärmetransport vom Abgasstrom zu Zuluftstrom statt.
Wenn ein Anwender einen Wärmetransport vom Abgasstrom zum Zuluft­ strom wünscht, kann ein stark wärmeleitendes Filtermaterial (z. B. Metallgewebe) eingesetzt werden. Die beschriebene Filter­ scheibe kann dicker ausgeführt werden (Zylinderform) um mehr Filtermaterial in die Gasströme zu bringen.
Für den Fall, daß eine Temperaturregelung mit dem System durch­ geführt werden soll, sind die erfindungsgemäßen Systeme mindestens zweifach auszuführen. Ein erstes System mit schwach wärmeleitenden Material übernimmt wie beschrieben die Rußfilterung. Für den Fall, daß keine Rußfilterung benötigt/ gewünscht wird kann das erste System entfallen. Ein zweites System mit stark wärmeleitenden "Filtermaterial" übernimmt den Wärmetransport vom Abgas- zum Zuluftstrom des Motors.
Ein "Filterbereich" (31) wird in einem Abluftstrom (11) nach (13) durch die heißen Abgase erwärmt. Nach Drehung der Filter­ scheibe (22) in Richtung (24) gelangt der erwärmte Bereich (31) in den Zuluftstrom (14) nach (12). Hier wird die gespeicherte Wärme an die Zuluft abgegeben.
Die Wärmemenge, die zu übertragen ist, wird durch die Drehzahl der "Filterscheibe" bestimmt. Bei einem Stillstand der Scheibe findet kein Wärmetransport statt. Bei hoher Drehzahl wird eine große Wärmemenge zum Zuluftstrom transportiert.
Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich die Zuluft­ temperatur eines Motors zu steuern/regeln, was z B. bei abgasoptimierten Verbrennungsprozessen sehr wichtig sein kann.
Bei einer Ausführung nach Fig. 2 ist eine Regelung durch die Umschaltfrequenz, der Nutzungsphasen/Zyklen (Erwärmung - Abkühlung) von Filter (1) und (2) möglich.
Bezugszeichenliste
1
Rußfilter 1
2
Rußfilter 2
3-10
Absperrsystem/e
11
Abgas vom Motor
12
Zuluft zum Motor
13
Abgas zum Auspuff/nach außen
14
Zuluft von außen
21
Drehpunkt der Filterscheibe
22
22
Scheibe aus Filtermaterial, das zum Filtern von Ruß­ partikeln aus dem Abgas geeignet ist.
23
Gehäuse
24
mögliche Drehrichtung der Filterscheibe
22
30
Bereich auf der Filterscheibe (zur Vereinfachung der Darstellung)
31
Bereich auf der Filterscheibe (zur Vereinfachung der Darstellung)
41
Fester, gasundurchlässiger Bereich der Filterscheibe
42
Filterbereich bzw. Bereich mit Wärmetauschermaterial
43
Abgasstrom (
11
) nach (
13
), (gestrichelt dargestelltes Feld)
44
Zuluftstrom (
14
) nach (
12
), (gestrichelt dargestelltes Feld)
45
Schnittbetrachtung der Filterscheibe
A Bezeichnung für eine Seite eines Filters
B Bezeichnung für eine Seite eines Filters

Claims (8)

1. Verfahren zur Reduzierung der Rußmenge im Abgas von Dieselmotoren dadurch gekennzeichnet, daß die Rußpartikel aus dem Abgasstrom des Dieselmotors herausgefiltert werden und daß die Rußpartikel an­ schließend dem Zuluftstrom des Motors zugeführt und im Motor verbrannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
  • - daß sich ein Teil (31) einer Filterscheibe (22) im Abgasstrom (11) nach (13) befindet,
  • - daß die Filterscheibe (22) die Rußpartikel aus dem Abgasstrom (11) nach (13) möglichst vollständig her­ ausfiltert,
  • - daß sich die Filterscheibe (22) um den Drehpunkt (21) in Richtung (24) weiterdreht,
  • - daß der mit Rußpartikeln angereicherte Bereich (31) der Filterscheibe in den Zuluftstrom (14) nach (12) des Motors gelangt,
  • - daß die Rußpartikel durch den Zuluftstrom (14) nach (12) aus der Filterscheibe ausgeblasen und im Motor verbrannt werden,
  • - und daß somit stets ein Teil der Filterscheibe (22) im Abgasstrom (11) nach (13) Rußpartikel ausfiltert, während gleichzeitig ein anderer Teil der Filterscheibe (22) im Zuluftstrom (14) nach (12) Rußpartikel abgibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
  • - daß 2 Rußfilter (1, 2) abwechselnd nacheinander im Abgasstrom (11) nach (13) mit Rußpartikeln angereichert werden und anschließend im Zuluftstrom, wo sie in Gegen­ richtung vom der Zuluft (14) nach (12) durchströmt werden, die Rußpartikel wieder abgeben,
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheibe aus einem gut wärmeleitenden Material besteht, daß dadurch die im Abgasstrom (11) nach (13) ent­ haltene Wärme vom der Filterscheibe aufgenommen wird und danach dem Zuluftstrom (14) nach (12) zugeführt wird, daß dadurch die Verbrennungstemperatur erhöht wird und daß dadurch, bei einer Nutzung der Abwärme des Motors der Abgas­ wärmetauscher entfallen kann.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Filterscheibe aus dem gut wärmeleitenden Material nach Anspruch 4 als zusätzliche Filterscheibe ausgeführt ist,
  • - daß die Drehgeschwindigkeit der Filterscheibe regelbar ist,
  • - daß bei hoher Drehzahl ein hoher Anteil der Abwärme dem Zuluftstrom zugeführt wird und
  • - daß bei niedriger Drehzahl bzw. Stillstand dem Zuluft­ strom ein geringer oder kein Anteil der Abwärme zu­ geführt wird.
6. Anordnung zur Reduzierung der Rußmenge im Abgas von Dieselmotoren dadurch gekennzeichnet,
  • - daß eine um einen Drehpunkt (21) drehbare Filter­ scheibe (22) so angeordnet ist, daß sich ein Teil der Filterscheibe im Abgasstrom (11) nach (13) eines Dieselmotor befindet, während sich ein anderer Teil der Filterscheibe im Zuluftstrom (14) nach (12) des Motors befindet.
7. Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet,
  • - daß eine Seite (A) eines Filters (1) über ein Ab­ sperrsystem (3) mit dem Abgasausgang (11) eines Dieselmotors und über ein Absperrsystem (4) mit dem Zulufteingang (12) eines Dieselmotors verbindbar ist,
  • - daß eine Seite (A) eines Filters (2) über ein Ab­ sperrsystem (5) mit dem Abgasausgang (11) eines Dieselmotors und über ein Absperrsystem (6) mit dem Zulufteingang (12) eines Dieselmotors verbindbar ist,
  • - daß eine Seite (B) eines Filters (1) über ein Ab­ sperrsystem (7) mit dem Abgasausgang (13) und über ein Absperrsystem (8) mit dem Zulufteingang (14) verbindbar ist,
  • - daß eine Seite (B) eines Filters (2) über ein Ab­ sperrsystem (9) mit dem Abgasausgang (13) und über ein Absperrsystem (10) mit dem Zulufteingang (14) verbindbar ist.
8. Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Zuluftweg (14) nach (12) zwischen der Ansaug­ öffnung des Motors und dem Turbolader angeordnet ist.
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