DE2206675C3 - Abgasreinigungsvorrichtung fur Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit mehreren hintereinander angeordneten, von durch ein Abgaszuführrohr eingeleitetem Abgas durchströmten Abscheidekammern, mit einer Einspritzeinrichtung für unter hohem Druck stehendes Spülmittel und mit einer Sammel- und Abführeinrichtung für ausgespülte Feststoffe enthaltendes Spülmittel.

Bei einer solchen aus der CH-PS 4 40 844 bekannten Abgasreinigungsvorrichtung werden mehrere hintereinander angeordnete Abscheidekammern neben den in ihnen vorgesehenen Filtermaterialien auch noch mit einer Flüssigkeit gefüllt, die zu einer selbsttätigen Säuberung der Filtermaterialien dient. Infolge des durch die in die Abscheidekammern eintretenden Abgase erzeugten Gasdruckes wird die Flüssigkeit in den Abscheidekammern teilweise verdrängt, so daß durch die wechselnde Abgasmenge eine Pulsation der Flüssigkeit in den Abscheidekammern stattfindet. Die Flüssigkeit durchströmt daher das in den Abscheidekammern vorhandene Filtermaterial, so daß dieses kontinuierlich gewaschen wird. Die sich am Grund der Abscheidekammern angesammelte und Feststoffe enthaltende Schmutzflüssigkeit kann durch ein Auslaßorgan abgelassen werden. Bei dieser bekannten Abgasreinigungsvorrichtung durchsetzt also die Flüssigkeit während des Betriebes die in ihr enthaltenden Filtermaterialien, so daß die zu reinigenden Abgase auch die Flüssigkeit zumindest teilweise durchsetzen müssen, wodurch sich für viele Anwendungen nicht geeignete Druckverhältnisse ergeben.

Aus der AT-PS 29 704 ist eine andere Abgasreinigungsvorrichtung bekannt, bei der kontinuierlich während des Reinigungsbetriebes einzelne der hintereinander angeordneten Abscheidekammern mit Wasser berieselt werden, um damit die in den Abscheidekanimern vorhandenen Filtermaterialien in einer die Abgasreinigungswirkung verstärkenden Weise zu beeinflussen. Das zur Berieselung der Abscheidekammern benutzte Wasser dient dabei gleichzeitig zur Kühlung und wird laufend den Abscheidekammern zu- und abgeführt. Unabhängig davon, daß bei dieser bekannten Abgasreinigungsvorrichtung mit Hilfe des Wassers keine Reinigung der in den Abscheidekaminern vorhandenen Filtermaterialien beabsichtigt ist, eignet sich diese bekannte Abgasreinigungsvorrichtung auch ίο nur für einen stationären Betrieb, d.h. für ortsfeste Brennkraftmaschinen, da nur bei diesem eine kontinuierliche Zu- und Abführung größerer Wassermengen bei vertretbarem Aufwand möglich ist

Aus der US-PS 33 53 336 ist eine weitere Abgasreinigungsvorrichtung bekannt, bei der die in die einzelnen Abscheidekammern einströmenden Abgase mit einer chemischen Flüssigkeit besprüht werden, um dadurch bestimmte chemisch? und physikalische Reaktionen zwischen der Flüssigkeit und den Abgasen herbeizuführen. Bei dieser bekannten Abgasreinigungsvorrichtung

dient also die in die Abscheidekammern eingeführte Flüssigkeit nur zum weiteren Reinigen bzw. chemischen Umsetzen der Abgase, jedoch nicht zur Spülung von in den Abscheidekammern vorgesehenen Filterrnaterialien, die bei dieser bekannten Anordnung auch nicht vorhanden sind.

Aus der DE-AS 12 41243 ist ein Staubgasfilter bekannt, das mehrere mit einem körnigen Filtermaterial gefüllte Filterkästen aufweist. Während des Filtervorganges der Staubgase treten diese von oben durch mit Klappen verschließbare Öffnungen in eine Vorkammer ein, die jedem einzelnen Filterkasten zugeordnet ist. Die Staubgase gelangen dann aus der Vorkammer über eine perforierte Wand in den eigentlichen Filterkasten, in dem sich das körnige Filtermaterial befindet. Nach Durchströmen des Filtermaterials gelangen dann die vom Staub befreiten Gase durch eine weitere perforierte Wand in ein Umlenkgehäuse 11, das über eine Schlitzöffnung mit einer Ableitkammer verbunden ist, die über ein Rohrleitung mit einer Unterdruckquelle verbunden ist. Beim Anschluß der Unterdruckqueile werden also die zu filternden Staubgase in die Vorkamme; und den Filterkasten eingesaugt und schließlich aus der Ableitkammer abgeführt. Die einzelnen nebeneinander angeordneten Filterkästen sind individuell mit einer Vorkammer versehen und über eine ihnen individuell zugeordnete Schlitzöffnung mit der Ableitkammer verbunden. Die Ableitkammer weist daher eine der Anzahl der Filterkästen entsprechende Anzahl von nebeneinander angeordneten Schlitzöffnungen auf. In der Ableitkammer ist eine mit einem Spülgasgebläse verbundene Düse in horizontaler Richtung verschiebbar angeordnet, so daß diese Düse wahlweise mit einer Schlitzöffnung zu verbinden ist. Der dieser Schlitzöffnung zugeordnete Filterkasten wird daher mit Spülgas beaufschlagt, das dann durch die Umleitkammer von unten in den das körnige Filtermaterial aufweisenden Filterkasten eintritt und in diesem das Filtermaterial auflockert und in ihm gebundene Staubteilchen nach oben aus dem Filterkasten heraustreibt. Diese in die Vorkammer zusammen mit dem Spülgas gelangenden Staubteilchen können durch die Öffnungen der Vorkammer jedoch nicht nach außen heraustreten, da unter dem Druck des Spülgases die Klappen diese Öffnungen verschließen. Andererseits werden aber in der Vorkammer vorgesehene und nach unten weisende Öffnungen unter dem Druck des Spülgases geöffnet, durch die hindurch die Staubteilchen

aus dem Filterkasten nach unten in eine trichterförmige Sammelkammer fallen können. Auch bei diesem 3taubgasfilter findet daher eine Reinigung der einzelnen Filterkästen offensichtlich während des Betriebs der Gesamtanlage statt, da immer nur der gerade mit Spülgas beaufschlagte Filterkasten gegenüber einem Eintritt von Staubgasen in den Filterkasten verschlossen wird. Da andererseits die Reinigung des Filterkastens mit einem im Gegenstrom zu der bei der Filterung der Staubgase vorherrschenden Strömungsrichtung strömenden Spülgas vorgenommen wird, haftet ein Teil der aus dem Filiermaterial ausgetriebenen Staubteilchen an den Innenwänden der Vorkammer an, die anschließend beim Filterbetrieb zusammen mit den zu Filternden Staubgasen erneut in das Filtermaterial hineingelangen können. Unabhängig davon, daß diese bekannte Staubgasreinigungsvorrichtung nicht in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine benutzt werden kann, hat sie außerdem eine relativ aufwendige Konstruktion und ist durch die allein unter der Wirkung des Spülgasdruckes bzw. des Unterdruckes der Unterdruckquelle schließenden und öffnenden Absperrklappen störanfällig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine schnelle und wirkungsvolle Spülung der in den Abscheidekammern vorhandenen Filtermaterialien möglich ist, ohne daß dadurch die Arbeitsweise der Abgasreinigungsvorrichtung während der Reinigung von Abgasen beeinträchtigt wird.

Bei einer Abgasreinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem Abgaszuführrohr ein beim Spülvorgang zu schließendes Absperrorgan angeordnet ist und in der Einspritzeinrichtung, im Spülmittelweg stromaufwärts von zu den Abscheidekammern oder in die Abscheidekammern hineinführenden Einspritzrohren, ein oder mehrere, beim Spülvorgang zu öffnende Absperrventile vorgesehen sind.

Mit Hilfe des Absperrorgans kann beim Spülvorgang die Brennkraftmaschine strömungsmäßig von der Abgasreinigungsvorrichtung abgetrennt werden, so daß diese von dem Spülmittel nicht beeinflußt werden kann, was bei einem unter hohem Druck stehenden Spülmittel wichtig ist. Andererseits bewirken die Absperrventile eine wirkungsvolle strömungsmäßige Abtrennung der Fördervorrichtung der Einspritzeinrichtung von der Abgasreinigungsvorrichtung, wenn diese von Abgasen durchströmt ist.

Durch die Verwendung eines unter hohem Druck stehenden Spülmittels ist eine sehr schnelle und sehr wirkungsvolle Spülung der in den Abscheidekammern vorhandenen Filtermaterialien möglich. Da die Spülung dieser Filtermaterialien immer nur dann vorgenommen wird, wenn die Abgasreinigungsvorrichtung nicht arbeitet, d. h. also keine Abgase durch sie hindurchgeleitet werden, wird der für die eigentliche Abgasreinigung gewünschte konstruktive und strömungstechnische Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung nicht beeinflußt. Andererseits ist die Spülung der Filtermaterialien in den Abscheidekammern durch das Spülmittel in kürzester Zeit vorzunehmen, so daß eine Stillsetzung der Abgasreinigungsvorrichtung keinerlei Probleme mit sich bringt, was z. B. bei einer Verwendung der Abgasreinigungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug bei einem nur kurzen Werkstatt- oder Tankstellenaufenthalt vorgenommen werden kann. Durch die Verwendung eines unter hohem Druck stehenden Spülmittels reichen auch bereits relativ kleine Mengen dieses Spülmittels zu einer voüständigen Spülung aus, wodurch die entsprechende Rein gungsanlagen hinsichtlich Konstruktion und Betrieb wirtschaftlicher ausgebildet werden können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Abgasreinigungsvorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung in Verbindung mit einem Sammelbehälter für Ausscheidungsstoffe, und

F i g. 3 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Patronenfilter zum Auffangen der Ausscheidungsstoffe.

In F i g. 1 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Einspritzeinrichtung zur Verwendung von unter hohem Druck stehendem Spül- bzw. Druckmittel dargestellt Am vorderen Ende eines Reinigungszylinders 1 ist eine Vorbehandlungs- und Trennkammer 3 angeordnet. Mit dieser steht ein Abgaszuführrohr 2 in Verbindung. Im Inneren des Reinigungszylinders 1 ist

eine Anzahl von Abscheidekammern 4a c

vorgesehen, die zwischen Platten 5 und 6 ausgebildet und mit einem hitzebeständigen Filtermaterial 7 ausgefüllt sind. Mit 8 ist eine Austrittsöffnung bzw. -leitung bezeichnet Von der angeschlossenen Brennkraftmaschine abgegebene Abgase werden zum Reinigen über das Zuführrohr 2 den Abscheidekammern 4a czugeleitet und strömen über die Austrittsöffnung 8 ab. Während der Abkühlung der Abgase kondensierte schädliche Bestandteile gelangen in einen am Boden des Reinigungszylinders 1 angeschlossenen Flüssigkeits-Sammelbehälter 9 und werden dort gesammelt. Mit 10 ist ein Abführventil bezeichnet.

Die Durchlässigkeit der Filtermaterialien in den Abscheidekammern 4a ... c geht mit der Ablagerung der in den Abgasen enthaltenen Rußteilchen u. ä. an den Filtermaterialien allmählich verloren, so daß damit auch die Reinigungsleistung der Reinigungsvorrichtung abnimmt. Es ist daher erforderlich, die Filtermaterialien zu spülen, also zu reinigen. Zu diesem Zweck ist in jede der Abscheidekammern 4a ... c ein Einspritzrohr 11a eingeführt, welches an seiner Umfangsfläche eine Anzahl von Strahldüsen aufweist. Jedes der Einspritzrohre lla ist am Mantel des Reingigungszylinders 1 mittels eines Absperrventils 12 angeschlossen. Wenngleich in F i g. 1 das Einspritzrohr im linearer Darstellung erscheint, kann es auch ringförmig geformt in koaxialer Anordnung mit dem Reinigungszylinder 1 vorgesehen sein.

Das Spülen des Reinigungszylinders 1 kann dadurch erfolgen, daß man an jedes Einspritzrohr 11 mittels einer Kupplung einen Druckluftüchlauch bzw. einen Hochdruck-Wasserdampfschlauch anschließt und Luft bzw. Wasserdampf in jede der Abscheidekammern 4a ... c einstrahlt. Die an den Filtermaterialien 7 angelagerten Rußteilchen u. ä. werden durch den Luftbzw. Wasserdampfstrahl entfernt und in Richtung der eingezeichneten Pfeile abgeführt. Der größte Anteil der Rußteilchen wird schließlich in durchlässigen Sammel-Netzbeuteln 13 aufgefangen, die an der Austrittsöffnung 8 und am Flüssigkeits-Abführvenitil 10 befestigt sind. Dadurch wird vermieden, daß diese Feststoffe an die Atmosphäre abgegeben werden.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß durch die in die Abscheidekammern 4a ... c eingesetzten Einspritzrohre das Spülen des Reinigungszylinders mittels unter hohem Druck stehender Luft bzw. Wasserdampfes bei

Bedarf jederzeit möglich ist. Die Lebendauer sowohl des Reinigungszylinders selbst als auch der Filtermaterialien wird daher verlängert und die Reinigungsleistung der Abgasreinigungsvorrichtung auf einem hohen Wirkungsgrad gehalten.

Anstelle des im Zusammenhang mit der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Sammel-Netzbeutels 13 kann bei Bedarf ein Patronenauffänger bzw. Patronenfilter (F i g. 3) eingesetzt werden. Dadurch ist ein wirksameres Auffangen der aus dem Reinigungszylinder 1 während des Spülvorganges abgeführten Feststoffe möglich.

Entsprechend Fig.3 weist das Patronenfilter ein Gehäuse 14 auf, das am hinteren Ende des Reinigungszyiinders ί angeschlossen ist. Am hinteren Ende ist das Gehäuse 14 zu einer sich fugenlos anschließenden Sammelkammer 14a geformt. Wahlweise kann am hinteren Ende des Gehäuses 14 eine getrennte Sammelkammer 14a angeordnet sein. Diese Sammelkammer ist sowohl an der vorderen als auch an der hinteren Stirnseite offen. Sie ist mit hitzebeständigen Filterstoffen, wie z. B. Glaswolle, ausgefüllt. Aus der Austrittsöffnung 8 abströmendes Abgas gelangt durch die Sammelkammer 14a und damit durch die Filterstoffe, wobei die in den Abgasen enthaltenen Feststoffe an den Filterstoffen festgehalten werden. Mit Vorteil ist eine nur mit Filterstoffen gefüllte Patrone lösbar an die Sammelkammer 14a angeschlossen. Am äußeren Umfang des Gehäuses 14 sind zwischen dem Reinigungszylinder 1 und der Sammelkammer 14a Aussparungen 14£> vorgesehen. Dadurch wird vermieden, daß die Sammelkammer 14a unmittelbar an den Reinigungszylinder 1 anschließt. Dies verhindert das Entstehen von Rückdruck infolge der eingefüllten Filterstoffe.

Fig. 2 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Spülvorrichtung, die mit einer Einrichtung zum Sammeln von Feststoffen ausgerüstet ist. Da hierbei die mit der Spülvorrichtung nach Fig.2 verbundene Abgasreingigungsvorrichtung selbst von geringerer Bedeutung ist, wird diese nur in großen Zügen beschrieben.

An einem Reinigungszylinder 1 ist eine Vorbehandlungs- und Trennkammer 3 vorgesehen, an welche ein Ende eines Abgaszuführrohres 2 angeschlossen ist. Das andere Ende des Abgaszuführrohres steht mit einer « Brennkraftmaschine in Verbindung. Das Innere des Reinigungszylinders 1 ist in Kammern 27 zur adiabatischen Expansion, in Kondensationskammern 28, Abscheidekammern 29 und in eine Abführkammer 30 unterteilt Zu dieser Unterteilung sind durchlässige Platten 5 und 6, eine mit dem Reinigungszylinder 1 konzentrische Verbindungsleitung 28 und weitere Bauteile vorgesehen. In die Abscheidekammern 29 sind hitzebeständige Filtermaterialien 7 eingefüllt Das Reinigen der durch das Zuführrohr 2 zugeleiteten und über die Austrittsleitung 8 abströmenden Abgase erfolgt unter Ausnutzung des Wirbel- und adiabatischen Expansionseffektes.

Als Absperrorgan sind Drossel- bzw. Sperrklappen 2a und 8a mittels eines Druckmittels, das über ein Rohr 31 zugeführt wird, so betätigbar, daß sie das Zuführrohr 2 bzw. die Austnttsleitung 8 öffnen bzw. schließen. Ein im Rohr 31 angeordnetes selbsttätiges bzw. von Hand betätigbares Ventil 32 öffnet bzw. schließt das Rohr 31. Zum Spülen der Abgasreinigungsvorrichtung ist über ein Spülrohr 15 als Spülmittel unter hohem Druck stehendes Gas in das Innere des Reinigungszylinders einführbar. Zum Öffnen und Schließen des Spülrohres 15 ist in diesem ein Absperrventil 16 vorgesehen. Während bei dieser Ausführungsform jedes der Einspritzrohre 116 mit den Kondensationskammern verbunden ist, ist es möglich, diese Einspritzrohre an jeden beliebigen anderen Teil der Abgasreingigungsvorrichtung anzuschließen, je nach Formgebung des Inneren des Reinigungszylinders und Art der angeschlossenen Brennkraftmaschine.

Entsprechend Fi g. 2 ist ein Abführrohr 17 mit einem beliebigen Teil des Umfanges des Reinigungszylinders 1 und mit der Austnttsleitung 8 verbunden, um das zum Spülen verwendete, unter hohem Druck stehende Gas aus dem Zylinder 1 abzuleiten. Mit Vorteil ist eine Verbindungskammer IS vorgesehen, die in ringförmiger Ausbildung die Abscheidekammer umschließt, mit ihr in Verbindung steht und an der das Abführrohr 17 anschließt. Dadurch ist ein gleichmäßigeres Spülen der Abscheidekammer gewährleistet

Zum Trennen der angesammelten Feststoffe von dem Spülmittel dient eine Trennkammer 19, in der die Feststoffe nach unten abgeführt werden. Die Feststoffe fallen nach unten, während das Spülmittel über das weitere Abführrohr 20 (Fig.2) ausströmt. Zum Reinigen des Spülmittels dient ein in das Abführrohr 20 eingesetztes Filter 21. Am Boden der Trennkammer 19 schließt eine zylindrische Sammelkammer 22 an, in der die Feststoffe zusammengepreßt und gesammelt werden. In der Sammelkammer 22 ist mittels einer Kolbenstange 24 ein Kolben 23 hin- und herbewegbar.

Es sei nun die Arbeitsweise beschrieben. Zuerst wird die angeschlossene Brennkraftmaschine abgeschaltet und das Ventil 32 geöffnet, wodurch die Sperrklappen 2a und 8a geschlossen werden. Sodann wird das Absperrventil 16 geöffnet um dem Zylinder 1 unter hohem Druck stehendes Gas als Spülmittel zuzuführen.

Dieses unter hohem Druck stehende Gas strömt in den Reinigungszylinder entsprechend den eingezeichneten Richtungspfeilen ein und strömt über das Abführrohr 17 ab. Die während des Spülvorganges von den Filtermaterialien abgelösten und mitgenommenen Feststoffe, werden zur Trennkammer 19 geleitet und dort von dem Spülmittel abgetrennt Die Feststoffe schlagen sich am Boden der Trennkammer nieder. Das Spülmittel strömt über das Austrittsrohr 20 ab. Die niedergeschlagenen Feststoffe 25 werden in der zylindrischen Sammelkammer 22 mittels des Kolbens 23 zusammengepreßt und darin gelagert Es ist vorteilhaft, die zusammengepreßten Feststoffe 25 unter ständigem Andruck durch den Kolben zu halten und somit zu verhindern, daß sie während der Fahrt des Fahrzeuges durch die auftretenden Erschütterungen verstreut werden. Sobald in der Sammelkammer 22 eine vorbestimmte Menge von Feststoffen 25 vorhanden ist, werden diese daraus entfernt

Zur Betätigung der Sperrklappen 2a und 8a, zur Zufuhr von Spülgas und zum Antrieb des Kolbens 23 können bei Bedarf getrennte Lufttanks bzw. ein gemeinsamer Lufttank vorgesehen sein. Wahlweise sind zu diesem Zweck auch die Abgase der Brennkraftmaschine verwendbar.

Die Einspritzeinrichtung kann vom Fahrerraum eines Kraftfahrzeuges her betätigbar sein. Da eine bestimmte Menge von Feststoffen sammelbar ist, ist ein mehrmaliges Spülen möglich, ohne daß eine Entleerung vorgenommen werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Abgasreinigungsvorrichtung für Brennkraftmaschinen, mit mehreren hintereinander angeordneten, von durch ein Abgaszuführrohr eingeleitetem Abgas durchströmten Abscheidekammern, mit einer Einspritzeinrichtung für unter hohem Druck stehendes Spülmittel und mit einer Sammel- und Abführeinrichtung für ausgespülte Feststoffe enthaltendes Spülmittel, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Abgaszuführrohr (2) ein beim Spülvorgang zu schließendes Absperrorgan (2a) angeordnet ist und in der Einspritzeinrichtung, im Spülmittelweg stromaufwärts von zu den Abscheidekammern (29) oder in die Abscheidekammern (4a, 4b, 4c) hineinführenden Einspritzrohren (Wb, Wa), ein oder mehrere, beim Spülvorgang zu öffnende Absperrventile (12, iS) vorgesehen sind.

2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres, während des Spülvorgangs schließbares Absperrorgan (8a/ in der Austrittsleitung (8) der Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist.

3. Abgasreiniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Abscheidekammer (4a, 4b, 4c) von einem Einspritzrohr (Wa) an ihrem Umfang mehrere Strahldüsen aufweisen.