DE2409952A1

DE2409952A1 - Vorrichtung zum abscheiden fester teilchen aus abgasen eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE2409952A1
Application number: DE2409952A
Authority: DE
Inventors: Denis Lawrence Lenane
Original assignee: Ethyl Corp
Current assignee: Ethyl Corp
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1974-10-10
Also published as: IT1011095B; FR2222529A2; DE2409952B2; GB1456577A; CA1007118A; JPS5052427A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. SCRWAfiE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE 2409352

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 02 45

Anualtsakte 24 800 1. März 1974

Ethyl Corporation Richmond, Virg./USA

Vorrichtung zum Abscheiden fester Teilchen aus Abgasen eines Uerbrennungsmotors.

Die Erfindung betrifft das Sachgebiet der Aufbereitung uon Abgasen aus Verbrennungsmotoren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Abscheiden feiner Feststoffteilchen des Abgases, uobei die Teilchen uährend der Verbrennung des Öls gebildet werden und kohlenstoffhaltiges Material und andere Verbrennungsprodukte

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aus Zusätzen enthalten, die gewöhnlich in solchen Brennstoffen verwendet uerden.

Der tatsächliche Flengenanteil der Teilchen ist sehr klein und die aus einem Motor austretenden Gase sind gewöhnlich sehr heiß. Es wird als schwierig angesehen, und ist auch

/Abscheiden der tatsächlich schwierig, mit Teilchen aus einem Abgasstrom

bei hohem Abscheidungsgrad zu erreichen.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, die zur Lösung dieser Problematik hoch wirksam ist. Die Vorrichtung weist einen Teilchenabscheider mit einem vorzugsweise zylindrischen Zyklongehäuse auf, welches Abgabeschlitze in der Seitenwand in demjenigen Bereich aufweist, welcher nahe dem nicht perforierten Bodenverschluß liegt, an diesen jedoch nicht unmittelbar angrenzt. Die der Zyklonkammer benachbarte Eintrittskammer enthält einen im wesentlichen kreisringförmigen Leitflügel, welcher das ankommende Gas durch einen im wesentlichen kreisringförmigen Kanal ausgehend von einem tangentialen Einlaß bis zum Eintritt in die Zyklonkammer leitet. Der Kanal enthält ein durchlässiges Material mit einem hohen Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, wie Stücke aus Streckmetallrabitz. Stromab vom Abscheider ist eine Filtereinheit angeordnet, welche aus dem Abscheider ausgetretene Restteilchen abscheidet.

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Die Erfindung uird anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung mit einem Verbrennungsmotor, uelcher mit einem erfindungsgemäßen Auspuff— system ausgestattet ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Doppelabscheider-Aus— führungsform des Teilchenabscheiders und einen Querschnitt durch die Filtereinheiten entsprechend der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Einlaßkammer des Teilchenabschnittes entsprechend der Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 3A einen Querschnitt durch eine alternative Anordnung der Leitflügel in der Einlaßkammer und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch die Filtereinheit entsprechend der Linie C-C in Fig. 2.

Gemäß Fig. 1 ist der Verbrennungsmotor 1 über Abgasrohre 2, 3 mit dem Teilchenabscheider 4 verbunden. Der Abscheider ist über Leitungen 5 und 6 an die Filtereinheiten 7 und 8

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angeschlossen, uelche ÜDer Auspuffrohre 9 und 10 in die Atmosphäre ausblasen.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß zwei spiegelbildlich angeordnete Teilchenabscheider vorgesehen sind, υοη denen nur einer beschrieben wird, da sie in derselben Ueise ausgebildet sind. Das Abscheidergehäuse 15 ist υοη der zylindrischen Seitenwand 16 und υοη Endabschlußwänden 17 und 18 gebildet, Das Gehäuse 15 ist durch das Trennuandteil 19 in die Einlaßkammer 20 und die Abscheidekarnmer 21 unterteilt. Innerhalb der Abscheidekammer 21 ist ein zylindrisches Zyklongehause 25 angeordnet, welches einen nicht perforierten Boden 26.an dem einen Ende aufweist und mit dem anderen Ende 27 abgedichtet stumpf an dem Innenumfang des ringförmigen Trennwandteiles 19 Defestigt ist. Der beste Durchmesser des Zyklongehäuses 25 kann leicht mit Hilfe des aufzubereitenden Gasdurchsatzes bestimmt uerden. Ein geeigneter Durchmesser liegt bei etwa 51 bis 76,2 mm für einen Kraftfahrzeug-Uerbrennungsmotor mit Standardabmessungen. Rings des Umfangs des Zykbngehäuses 25 nahe des ΒοαβηυεΓεσΙιΙυΞΒεΒ 26, jedoch nicht unmittelbar daran anschließend, ist eine Reihe Schlitze 28 υοτ-gesehen. Diese Schlitze sind im allgemeinen um etwa 6,4 bis 25,4 mm vom ΒοαεηυβΓεο^ιΙυβ entfernt angeordnet. Ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit einem Zykfongehäuse erzielt dessen Durchmesser 76,2 mm betrug und Umfangsschlitze aufwies, die

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vom Bodenverschluß um 12,7 mm entfernt uaren. Die kreisförmige Öffnung 30 im Trennuandteil 19 verbindet das Innere des Zyklongehäuses 25 mit der Einlaßkammer 20.

Uie deutlicher aus Fig. 3 ersichtlich, Dildet ein im wesentlichen kreisringförmiger Leitflügel 31 einen ringförmigen Strömungskanal 32, der von dem tangential einlaufenden Einlaü 33 zur Öffnung 30 im Trennuandteil 19 führt. Innerhalb des Kanals 32 sind v/iele kleine Stücke aus Streckmetallrabitz 35 angeordnet, welches ein Material ist, das gewöhnlich in der Verpützindustrie als Blechmaschenuerk verwendet wird, an welchem der Verputz haftet. Andere Materialien mit einem großen Oberflächen-Volumen-Verhältnis können verwendet werden, wie Drahtgeflecht, Warmorschnipsel, Tonerde, Nägel, Metallspäne und dgl. Durch die Endabschluöwand 18 erstreckt sich das Auslaßrohr 34 axial in das Zyklongehäuse 25 hinein. Ein Sieb 36, welches am Ende des ringförmigen Kanals 32 diesen durchquert, verhindert, daß der Rabitz in die Öffnung 30 eintritt.

Fig. 3A zeigt eine alternative Konstruktion der Einlaukammer 20. Gekrümmte Leitbleche 50 und 51 bilden im wesentlichen ringförmige, als Doppelspirale verlaufende Strömungskanäle 52 und 53, die vom Umfangsbereich der Einlaßkammer 20 zur

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Öffnung 30 führen. Die Strömungskanäle 52 und 53 sind mit einem Konditioniermittel für das Abgas uie oben angegeben gefüllt, uie Streckmetallrabitz 55. Siebe 54 erstrecken sich quer über die Strömungskanäle 52, 53 an deren Enden.

Die Leitungen 5 und 6 verbinden die beiden Abscheidereinheiten mit den Abgasfiltern 7 und 8, uon denen nur das Filter 8 beschrieben wird, da beide Filter einander entsprechen. Die Filtereinheit uird uon einem Filtergehäuse begrenzt, welches durch die Seitenwand 40 und die Stirnwände 41 und 42 gebildet ist. An dem der Stirnwand 41 benachbarten Ende der Seitenwand 40 ist ein tangential einlaufender Einlaß 43 ausgebildet. Axial durch die Stirnwand 42 erstreckt sich das Abgasrohr 44 innerhalb des Filters 8 und ist mit Perforationen 45 v/ersehen. Das Abgasrohr 44 erstreckt sich durch das gesamte Filtergehäuse. Ein Filterelement 46 aus einem Faltenrohr mit Axial— falten ist rings des Abgasrohres 44 aufgesteckt und an seinen Enden abgedichtet, damit Abgaslecks im Filter verhindert sind.

Das Filterelement 46 ist aus einem Filtermaterial hergestellt, welches den Temperaturen heißer Abgase widerstehen kann, welche im Bereich uon 205 bis S40°C liegt. Beispielsweise kann das Filtermaterial eine Vliesmatte aus Glasfasern oder ein Glaspapier sein. Die Porosität der Matte oder des Papiers kann durch Zugeben von Mikrofasern aus Glas oder Asbest ein-

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gestellt werden. Außergewöhnlich gute Ergebnisse wurden durch die Verwendung einer an ein grobmaschiges Tuch oder an ein Metallsieb genähten oder genadelten Faservliesmatte aus einem aromatischen Polyamid mit hohem Schmelzpunkt, wie Poly(m-phenylisophthalamid) erzielt. Vorzugsweise wird eine Vliesmatte an ein Metallsieb genadelt. Dies wird durch Einführen einer Vielzahl von mit kleinen Haken versehenen Nadeln durch das Sieb und die Fasermatte und durch Zurückziehen der Nadeln durch das Sieb und durch vielmalige Wiederholung dieses Vorganges erreicht. In dieser Ueise wird eine Vielzahl von Fasern durch die Öffnungen in dem Sieb gezogen und mit diesem v/erflochten, wodurch die Fasermatte fest an das Sieb gebunden ist. Das Sieb mit der daran gebundenen Fasermatte wird dann gefaltet und zu dem rohrförmigen Filterelement geformt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das Filterelement aus einer Faservliesmatte aus Poly(m-phenylisophthalamid), die auf beide Flächen eines Metallsiebs oder Metallnetzes genadelt ist, so daß ein Filterelement mit Sandwichstruktur entsteht.

Im Betrieb wird Feststoffteilchen enthaltendes Abgas aus dem Motor 1 abgegeben und durch die Abgasrohre 2 und 3 in den Teilchenabscheider 4 geleitet. Der Teilchenabscheider 4

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ist eine Doppeleinheit und die Wirkungsweise lediglich einer Seite des Abscheiders uird beschrieben, da beide Seiten in derselben Weise funktionieren. Das Abgas tritt in das Abscheidergehäuse 15 tangential durch den Einlaß 33 ein und uird durch den Kanal 32 geleitet, in welchem es mit einer großen Anzahl υοπ Streckmetallrabitz in Kontakt gelangt, welches zur Aufbereitung des Abgases dient und eine Teilchenabscheidung mit größerer Uirksamkeit erlaubt. Im wesentlichen werden die Teilchen zu größeren Teilchen zusammengeschlossen, so daß eine bessere Abscheidung durch die Trägheitskräfte erzielt wird,' die durch die Ringströmung erzeugt werden. Aus der Einlaßkammer tritt das Abgas dann durch die Öffnung 30 hindurch und schraubt sich in das Zyklongehäuse 25. Beim Auf— treffen auf den undurchlässigen Boden 26 kehrt das wirbelnde Gas seine Richtung um und tritt durch das Auslaßrohr 34 hindurch. Feststoffteilchen werden durch die Schlitze 28 in die AJbscheidekammer 21 ausgestoßen, welche mit einem durchlässigen Material mit hohem Oberflächen-Volumen-Verhältnis gefüllt sein kann, wie Drahtgeflecht, damit ein Uiedermitreißen verhindert ist. Das durch das Auslaßrohr 34 austretende Gas wird durch die Leitung 6 in die Filtereinheit 8 geführt. Es tritt in die Filtereinheit 8 am Einlaß 43 ein und strömt durch das Filterelement 46 und die Perforationen 45 in das Auspuffrohr 44. Von dort wird das gereinigte Abgas in die Atmosphäre freigegeben.

- Ansprüche -

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Claims

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Ansprüche :

. ; l/arrichtung zum Abscheiden fester Teilchen aus Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer Trägheits-Trenneinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheits-Trenneinrichtung ein Zyklonabscheider ist, welcher wenigstens einen ringförmigen Strömungskanal (32, Fig. 3; 52, 53, Fig. 3A) zur Erzeugung einer Kreisbewegung für das Abgas, ein zylindrisches Gehäuse (25), welches das Gas■aus dem ringförmigen Strömungskanal (32) erhält, ein Auslaßrohr (34^ welches sich bis in das zylindrische Gehäuse (25) erstreckt, eine Abscheidekammer (21), die das zylindrische Gehäuse (32) umgibt und Schlitze (28) in dem kreiszylindrischen Gehäuse in der Nähe eines geschlossenen Gehäuseendes (26) aufweist, wobei die Schlitze mit der Abscheidekammer (21) zum Einbringen abgeschiedener Teilchen verbunden sind und daß ein durchlässiges festes Abgas-Konditioniermaterial (35, Fig. 3j 55, Fig. fe) in dem ringförmigen Strömungskanal oder den ringförmigen Strömungskanälen (32, Fig. 3j 52, 53, Fig. 3A) gepackt angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Auslaßrohr (34) ein Filter (7) angeschlossen ist, welches ein Gehäuse aufweist, das ein temperatur-

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beständiges Filterelement (46) und ein Auslaßrohr (44) zum Ausbringen des gefilterten Gases enthält.

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