DE19810738C1 - Einrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Dieselmotors - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Reinigen von Abgasen eines
Dieselmotors, bestehend aus einem Filter, bei dem Filtertaschen in einem
vom Motorabgas angeströmten Filtergehäuse hintereinander angeordnet
sind, und aus einem Brenner, dessen Brennerabgas den Filtertaschen
jeweils auf der Niederdruckseite quer zur Einströmungsrichtung des Mo
torabgases in das Filtergehäuse zur Erwärmung zugeführt wird.
Das Abgas von Dieselmotoren enthält aufgrund des Brennverfahrens
Ruß. Dieser Ruß ist unerwünscht und kann mit Partikelfiltern zurückge
halten werden. Die Rußpartikel lagern sich im Filter ab. Dadurch erhöht
sich der Durchströmungswiderstand, der eine Erhöhung des Abgasge
gendruckes bewirkt. Daher ist eine kontinuierliche oder intermittierende
Reinigung des Filters erforderlich. Die Reinigung solcher Filter erfolgt im
Allgemeinen durch Abbrennen des Rußes bei Temperaturen oberhalb von
600°C. Da diese Temperaturen im Motorenabgas nicht erreicht werden,
sind Maßnahmen, wie etwa die Zufuhr von Sekundärenergie, notwendig,
um die Temperaturen im Bereich der Filter anzuheben.
Aus der DE 42 29 103 A1 ist eine Einrichtung zum Reinigen von Abgasen
eines Dieselmotors bekannt, bei dem dem Filter ein Brenner vorgeschaltet
ist, dessen Brennerabgas einem Teilstrom des zurückgeführten gereinig
ten Motorenabgases beigemischt wird zur Erhöhung der Abgastemperatur
auf der Niederdruckseite der Filterplatten. Die Einströmung des zu reini
genden Motorenabgases erfolgt dabei zwischen taschenartig ausgebilde
ten Filterplatten. Die Strömungsrichtung des Brennerabgases zur Vermi
schung mit dem teilrückgeführten, gereinigten Motorenabgas verläuft da
bei quer zur Eintrittsrichtung des zu reinigenden Motorenabgases. Die
Teilrückführung des gereinigten Motorenabgases ist dabei erforderlich, um
die hohen Temperaturen des Brennerabgases zu reduzieren, um nicht zu
hohe Temperaturen an den Filterplatten entstehen zu lassen. Die Filter
platten sind dabei in einem Filtergehäuse mit entsprechender Anordnung
von Leitblechen zur Teilrückführung des gereinigten Motorenabgas ange
ordnet. Der Brenner ist mit einem Zuführungskanal direkt am Filtergehäu
se angesetzt. Als nachteilig erweist sich bei einer solchen Einrichtung die
konstruktiv aufwendige Ausbildung des Filters mit seinen taschenartig an
geordneten Filterplatten und den Maßnahmen zur Teilrückführung des
gereinigten Abgases. Nachteilig ist außerdem der hohe Wärmeverlust
durch Abstrahlung vom heißen Brenner und Filter.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art vorzuschlagen, bei der mit verringertem konstruktiven Auf
wand in herstellungstechnisch vereinfachter Filterbauweise ein höherer
Energieausnutzungsgrad erzielt wird.
Gelöst wird die Erfindungsaufgabe mit einer Einrichtung mit den Merkma
len des Anspruchs 1. Über das vorgeschlagene Umströmungsgehäuse
läßt sich mittels des einströmenden und sich im Gehäuse verteilenden, zu
reinigenden Motorabgas eine konstante Temperatur des Filtergehäuses
und seiner taschenartigen Filter erzielen. Innerhalb des Umströmungsge
häuses tritt das Motorenabgas in das Filtergehäuse ein und wird darin
durch die Filtertaschen jeweils in Richtung der Einströmungsrichtung in
Zwischenräume zwischen den Filtertaschen hineingedrückt. Auf dieser
Niederdruckseite in den Zwischenräumen wird quer zur Einströmungs
richtung des zu reinigenden Motorenabgases das Brennerabgas zuge
führt, welches sich mit dem jeweils auf den Niederdruckseiten austreten
den gereinigten Motorenabgas vermischt und die Zwischenräume zwi
schen den Filtertaschen durchströmt und damit die Anordnung der Filter
taschen umströmt. Das heißere Brennerabgas führt zu einer Tempera
turerhöhung der Filtertaschenwandungen, wodurch es zu dem erwünsch
ten Rußabbrand kommt. Eine solche Brennerabgasführung führt zu einer
gleichmäßigen Erwärmungserhöhung der Filterplatten und wirkt sich nicht
nachteilig auf den Motorenabgasgegendruck aus. Gemeinsam wird das
Gemisch aus gereinigtem Motorenabgas und Brennerabgas aus dem Um
strömungsgehäuse herausgeführt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird zur energiewirtschaftlichen Op
timierung der Einrichtung vorgeschlagen, auch den Brenner in das Um
strömungsgehäuse einzuordnen und dieses Umströmungsgehäuse zu
mindest im Bereich seines Mantels mit einer Wärmeisolierung zu verse
hen. Dadurch wird auch erreicht, daß die Abstrahlungswärme des Bren
ners von dem im Umströmungsgehäuse strömenden Motorenabgas auf
genommen und zur gleichmäßigen Erwärmung des Filters genutzt wird.
Hoher Filterwirkungsgrad und lange Lebensdauer werden erreicht mit Fil
tertaschen gemäß Anspruch 4 aus Sintermetallblechen. Günstige Ferti
gungen bei Filtern mit den geforderten Strömungsrichtungen von Motoren- und
Brennerabgas werden gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen. Die vorge
schlagenen Verbindungen der Filtertaschenwandungen lassen den Ein
satz von Sintermetallblechen zu. Die dabei erzielbaren Filtertaschen kön
nen durch Ausbildungen gemäß Anspruch 6 versteift werden.
Gemäß Anspruch 7 wird vorgeschlagen, den Energieaufwand für die Rei
nigung von Abgasen in einer erfindungsgemäßen Einrichtung weiter zu
reduzieren durch die Zugabe von geeigneten Additiven über eine der
Motorenabgaszuführung zugeordnete Dosierungsvorrichtung. Diese an
sich bekannten Additive dienen der Beschleunigung der Rußverbrennung
auf reduziertem Temperaturniveau.
Filter mit hintereinander mit Abstand in einem Filtergehäuse angeordneten
Filtertaschen für die Reinigung der Abgase von Dieselmotoren sind aus
der WO 81/02686 bekannt. Die Zufuhr des zu reinigenden Abgases erfolgt
über ein zentrales Rohr mit radialen Bohrungen jeweils im Bereich der
lampionartig angeordneten Filtertaschen. Die Abströmung der gereinigten
Abgase erfolgt seitlich aus dem Filtergehäuse.
Anhand abgebildeten Ausführungsbeispieles in prinzipieller Darstellungs
weise wird die Erfindung im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Einrichtung mit geschnitte
nem Umströmungsgehäuse,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und
Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Bereiches A des zugehö
rigen Filters in Fig. 2.
Einem insgesamt mit der Ziffer 1 bezeichneten Filter ist ein Brenner 2 mit
äußeren Kühlrippen 21 vorgeschaltet. Die Brennerabgase werden über
den Abströmkanal 22 dem Filtergehäuse 11 über dessen Eintrittsöffnung
14 zugeführt. In diesem Filtergehäuse 11 sind mit Abstand zueinander
hintereinander Filtertaschen in Form eines lampionartigen Filterpaketes
Filtertaschen 13 angeordnet, die in Pfeilrichtung über den Eintrittsstutzen
12 am Gehäuse 11 angeströmt bzw. durchströmt werden. Die Zuströmung
des Brennerabgases, die mit der Ziffer 7 angegeben ist, erfolgt daher
senkrecht zur Einströmung 8 des zu reinigenden Motorabgases.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Filtertaschen 13 durch Filtertaschen
wandungen 16 und 17 vorzugsweise aus einem Sintermetallblech gebil
det. Diese im Grundriß vorzugsweise rechteckigen Filtertaschenwandun
gen sind im Bereich ihrer abgewinkelten Außenrandabschnitte 162 bzw.
172 durch Schweißungen miteinander verbunden. Abstandsprofilierungen
173 halten den Abstand zwischen den Wandungen 17 und 16 und be
stimmen damit den Innenraum 18 einer Filterplattentasche 13. Zentrisch
sind die Filtertaschenwandungen 16 und 17 durchbohrt und bilden mit den
ausgebildeten Krägen die durch Bördelverbindungen der entsprechend
gestalteten Innenrandabschnitte 161 und 171 den Durchtrittskanal 15 für
das einströmende zu reinigende Motorenabgas. Dieses Motorenabgas
strömt daher durch entsprechende Verteilung im wesentlichen senkrecht
auf die Filtertaschenwandungen 16 und 17 zu und tritt auf den Außensei
ten, den Niederdruckseiten, in den Zwischenräumen zwischen den Filter
taschen 13 aus.
In diesen Zwischenräumen erfolgt die Vermischung des gereinigten Moto
renabgases mit dem Brennerabgas. Das heiße Brennerabgas erhöht die
Temperaturen des Gemisches und damit auch die Filtertaschenwandun
gen 16 und 17, so daß in diesen Bereichen der Rußabbrand erfolgen
kann. Das Gemisch durchströmt bzw. umströmt im Inneren des Filterta
schenpaketes den gebildeten Einströmungskanal 15, so daß das Filter
plattenpaket etwa gleichmäßig erwärmt wird. Aus dem Filtergehäuse 11
tritt das Gemisch über den Abströmkanal 19 aus und gelangt über eine
Dehnungsausgleichsvorrichtung 3 zu einem Abströmrohr 4, welches in der
Regel zu einem Auspuff oder Dämpfer führt.
Filter 1, Brenner 2 und Dehnungsausgleichsvorrichtung 3 sind in einem
gemeinsamen Umströmungsgehäuse 5 angeordnet, dessen Mantel 54
isoliert ist. An der Stirnseite 52 dieses Umströmungsgehäuses 5 ist zen
trisch der Brenner 2 mit seinem Brennstoff- und Luftzuführungskanal an
geordnet. In Abströmungsrichtung ist an dem Brenner 2 mit dem Kanal 14
das Filter 1 angeordnet, wobei zwischen dem Mantel 54 des Umströ
mungsgehäuses 5 und dem Filter 1 ein ausreichender Abstand umlaufend
eingehalten ist, der die Umströmung mit dem zu reinigenden Motorenab
gas zu läßt, welches über den Stutzen 6 in der Stirnwand 52 eintritt. Nach
Durchströmung des Umströmungsgehäuses 5 tritt das zu reinigende Ab
gas über den Stutzen 12 in das Filtergehäuse II ein. Durch den Abström
kanal 13 und die Dehnungsausgleichsvorrichtung 3 strömt das Gasge
misch über das Abströmrohr 4, welches in der Stirnwand 53 des Umströ
mungsgehäuses 5 aufgenommen ist, weiter.
Der dargestellten Einrichtung kann im Bereich der Motorgasabführung
eine Dosierungsvorrichtung für bekannte Additive zugeordnet sein. Diese
Additive beschleunigen den Abbrennvorgang des Rußes an den Filter
platten bei reduziertem Temperaturniveau.
1
Filter
11
Filtergehäuse
12
Eintrittsstutzen
13
Filtertaschen
14
Öffnung
15
Strömungskanal
16
Filtertaschenwandung
161
Innenrand
162
Außenrand
17
Filtertaschenwandung
171
Innenrand
172
Außenrand
173
Abstandsprofilierung
18
Innenraum
19
Abströmkanal
2
Brenner
21
Kühlrippen
22
Abströmungskanal
3
Dehnungsausgleichsvorrichtung
4
Abströmungsrohr
5
Umströmungsgehäuse
51
Strömungsraum
52
Stirnwand
53
Stirnwand
54
Mantel
6
Eintrittsstutzen
7
Anströmrichtung
8
Eintrittsrichtung
Claims (7)
1. Einrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Dieselmotors, beste
hend aus einem Filter, bei dem Filtertaschen in einem vom Motor
abgas angeströmten Filtergehäuse hintereinander angeordnet sind,
und aus einem Brenner, dessen Brennerabgas den Filtertaschen
jeweils auf der Niederdruckseite quer zur Einströmungsrichtung des
Motorabgases in das Filtergehäuse zur Erwärmung zugeführt wird,
gekennzeichnet durch ein das Filtergehäuse (11) mit allseitigem
Abstand umschließendes Umströmungsgehäuse (5) mit einem
Eintritt (6) für das Motorenabgas, wobei das Brennerabgas dem
Filtergehäuse (11) quer zur Strömungsrichtung (8) des Motorenab
gases zugeführt und zwischen den außenrandseitig geschlossenen
und im Bereich zentraler Ein- bzw. Durchtrittsöffnungen (15) ringar
tig miteinander verbundenen im Abstand zueinander angeordneten
Filtertaschen (13) geführt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
dem Filtergehäuse (11) vorgeschaltete Brenner (2) ebenfalls im
Umströmungsgehäuse (5) angeordnet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Umströmungsgehäuse (5) zumindest im Bereich seines Mantels
(54) mit einer Wärmeisolierung versehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
die Filtertaschen (13) bildenden Filtertaschenwandungen (16, 17)
aus Sintermetallblechen bestehen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
im Grundriß rechteckigen Filtertaschen (13) im Bereich ihres Au
ßenrades (162, 172) durch Verschweißungen der Filtertaschen
wandungen (16, 17) verschlossen sind, wobei die Verbindung der
einzelnen Taschen (13) im Bereich der zentralen Ein- bzw. Durch
trittsöffnungen (15) für das zu reinigende Motorenabgas durch
Verbördelung der Innenrandabschnitte (171 und 161) der Filterta
schenwandungen (16 und 17) jeweils benachbarter Filtertaschen
(13) vorgesehen ist.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangegangenen An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (16, 17)
jeder Filtertasche (13) durch angeformte Profilierungen (173) auf
Abstand gehalten sind zur Bildung und Formhaltung der Taschen
innenräume (18).
7. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine der
Motorenabgaszuführung vor dem Eintritt in das Filtergehäuse (11)
zugeordnete Dosierungsvorrichtung für Additive zur Beschleuni
gung der Rußverbrennung auf reduziertem Temperaturniveau.
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