DE3024539C2

DE3024539C2 - Vorrichtung zum Beseitigen von Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3024539C2
Application number: DE19803024539
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 7140 Ludwigsburg Erdmannsdörfer; Jörg-Dieter Dr. 7000 Stuttgart Hummerl
Original assignee: Filterwerk Mann & Hummel 7140 Ludwigsburg De GmbH; Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Filterwerk Mann & Hummel 7140 Ludwigsburg De GmbH; Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1980-06-28
Filing date: 1980-06-28
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE3024539A1; SE8102424L; FR2485623A1; GB2080140A; SE450027B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beseitigen von Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Temperaturen der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen sind je nach Lastzustand sehr unterschiedlich. Will man in einem von den Abgasen durchströmten Filter abgelagerte Rußteilchen zu Kohlendioxyd verbrennen, so benötigt man neben der Anwesenheit von Sauerstoff Temperaturen, die die Auspuffgase bei Leerlauf oder Teillast im allgemeinen nicht aufweisen und nur durch Zufuhr von Fremdenergie erreicht werden können.

Die DE-OS 27 56 570 schlägt einen beheizbaren Abgasfilter für Brennkraftmaschinen vor, der gattungsgemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs entspricht und bei dem ein Filterbett aus Metallfasern zur Verbrennung von auf ihm abgelagerten Rußteilchen durch ein stromaufwärts angeordnetes elektrisches Heizelement auf ausreichend hohe Temperaturen gebracht werden soll. Weil die Abgase das aufgeheizte Filterbett durchströmen und dabei Wärme abtransportieren, benötigt man für das Heizelement eine verhältnismäßig große elektrische Energie.

Aus der DE-OS 27 50 960 ist ein Rußfilter im Abgasstrom von luftverdichtenden Brennkraftmaschinen bekannt, bei dem der auf Keramikfasern abgelagerte Ruß selbsttätig abbrennen soll. Wie oben ausgeführt, gelingt dies nicht in jedem Fall.

Ausgehend von Vorrichtungen gemäß DE-OS 27 56 570 bestand die Aufgabe, die Vorrichtung mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß abgelagerter

ίο Ruß bei jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine unter Zufuhr möglichst geringer elektrischer Energie abgebrannt werden kann. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe mit den Merkmalen gemäß Kennzeichnen des Hauptanspruchs gelöst.

Der Mikrowellen-Generator hat den Vorteil, daß er nur den Ruß als solchen aufheizt und über die so erzielte innere Wärme zum Verbrennen bringt Unerwünschte Abfuhr von Wärme in nennenswertem Umfang unterbleibt, wenn entsprechend der Erfindung gasdurchlässige, den Durchtritt der Mikrowellen sperrende Wände vorgesehen sind. Die benötigte Energie ist dann so gering, daß sie von der Brennkraftmaschine selbst ohne Schwierigkeiten aufgebracht werden kann. Das verhältnismäßig kleine Bauvolumen des Mikrowellen-Generators ermöglicht eine Unterbringung auch an Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen, beispielsweise an Lastkraftwagen.

Um ein Verschmutzen des Mikrowellen-Generators zu verhüten, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Mikrowellen-Austrittsöffnung des Generators durch ein nichtmetallisches, hochtemperaturfestes Filtermittel abgedeckt ist.

Vorzugsweise ist der Mikrowellen-Generator durch eine elektrische Schalteinrichtung in einstellbaren Zeitintervallen ein- und ausschaltbar. Veränderbare Zeitintervalle machen es ohne weiteres möglich, den richtigen Zeitpunkt und die Dauer des Einsatzes des Mikrowellen-Generators in Anpassung an den Betriebseinsatz der Brennkraftmaschine zu wählen.

«o Ein anderer Vorschlag sieht eine elektrische Schalteinrichtung vor, durch die der Mikrowellen-Generator mit Überschreiten eines vorbestimmten Filtereinsatz-Durchflußwiderstandes einschaltbar und nach einem vorgegebenen Zeitintervall wieder ausschaltbar ist. Bei

Ί5 dieser Ausgestaltung signalisiert der Durchflußwiderstand Beschaffenheit und Menge des im Filtereinsatz abgesetzten Rußes, so daß bei wechselnden Einsatzbedingungen der Brennkraftmaschine das Abbrennen des Rußes automatisch zum richtigen Zeltpunkt erfolgen kann.

Nachstehend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung der Erfindung am Achsschnitt und

F i g. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der F i g. 1.
Ein Filtergehäuse 1 hat einen Gehäusemantel 2, der stirnseitig durch Böden 3 und 4 abgedeckt ist. In den Boden 3 mündet der Rohgaseintrittsstutzen 5, der die Rohgaseintrittsöffnung 6 definiert. Aus dem Boden 4 führt der Reingasaustrittsstutzen 7, der die Reingasaustrittsöffnung 9 definiert. Gehäusemantel 2, Böden 3 und 4 sowie Rohgaseintrittsstutzen 5 und Reingasaustrittsstutzen 7 bestehen aus Stahlblech.

Ein ringförmiger Filtereinsatz 10 hat ein rohrförmiges, hochtemperaturfestes und Tiefenwirkung aufweisendes Filtermittel 11, das beim Ausführungsbeispiel aus Siliciumdioxydfasern, also aus einem nichtmetallischen

Werkstoff besteht Unter dem Begriff Tiefenwirkung sei hier verstanden, daß das Filtermittel 11 feste Verunreinigungen, insbesondere Ruß aus den Abgasen, nicht allein am Außenumfang sondern deutlich über eine erhebliche radiale Tiefe abscheidet. Das F^;ltermitte! 11 umgibt eine als Stützrohr ausgebildete metallische Wand 12 aus Lochblech, die an einer Stirnseite mit einer Metallscheibe 13 und an der anderen Stirnseite mit einem am Gehäusemantel 2 abgedichtet festgelegten metallischen Ringflansch 14 verschweißt ist. Der Filtereinsatz 10 trennt eine mit der Rohgaseintrittsüffnung 6 versehene Rohgaskammer 15 von einer mit der Reingasaustrittsöffnung 9 versehenen Reingaskammer 16 ab.

Eine elektrisch betriebene Einrichtung zum gesteuerten Abbrennen des an dem Filtermittel 11 abgelagerten Rußes besteht aus einem Mikrowellen-Generator 20, der über die Teiistücke 21, 22 und Flansche 23, 24 eines angepaßten Hohlleiters 25 an das Filtergehäuse 1 angeschlossen ist und im eingeschalteten Betriebszustand Mikrowellen in das Filtergehäuse 1 sendet, um die an dem Filtermittel abgelagerten Rußteilchen auf Temperaturen zu bringen, bei denen sie zu Kohlendioxyd verbrennen.

Damit die gesendeten Mikrowellen das Filtergehäuse 1 nicht ungewollt durch die Rohgaseintrittsöffnung 6 oder die Reingasaustrittsöffnung 9 verlassen, sind in dem Filtergehäuse 1 zwischen der Mikrowellen-Austrittsöffnung 26 des Generators 20 und der Rohgaseintrittsöffnung 6 sowie stromab des Filtermittels Il Wände 12 und 27 aus metallischem Lochblech angeordnet. Diese Wände, von denen die Wand 12 wie oben ausgeführt als Stützrohr ausgebildet ist, sind für die Abgase durchlässig, sperren jedoch den Durchtritt der gesendeten Mikrowellen.

Wenn ein Filtermittel verwendet wird, das in sich genügend Steifigkeit aufweist und deshalb eine Abstützung durch ein Stützrohr nicht benötigt, kann ähnlich der Wand 27 in Nähe des Bodens 3 eine gasdurchlässige, jedoch den Du^rchtritt von Mikrowellen sperrende Wand 29 in Nähe des Bodens 4 angeordnet sein.

Eine nichtmetallische, hochtemperaturfeste Filterschicht aus Siliciumdioxydfasern ist quer in dem Teilstück 21 des Hohlleiters 25 angeordnet und deckt so die Mikrowellenaustrittsöffnung 26 des Generators 20 ab, um das Eindringen von Ruß in den Generator 20 zu vermeiden.

Eine über die elektrischen Leitungen 37, 39 an eine entsprechend dimensionierte, nicht dargestellte Lichtmaschine der Brennkraftmaschine angeschlossene, als Schaltuhr ausgebildete elektrische Schalteinrichtung 40 wirk: über die elektrischen Leitungen 41, 42 auf den Mikrowellen-Generator 20 ein und schaltet ihn in einstellbaren Schaltintervallen ein und aus.

ίο Im praktischen Betrieb ist die Vorrichtung zum Beseitigen von Ruß in Pfeilrichtung von den Abgasen einer Dieselbrennkraftmaschine durchströmt. Die Rohgase treten über den Rohgaseintrittsstutzen 5 und die Rohgaseintrittsöffnung 6 in die Rohgaskammer 15 ein, durchqueren die Wand 27 und passieren das Filtermittel 11 und die Wand 12 radial von außen nach innen und gelangen so in die Reingaskammer 16. Von dort verlassen sie das Filtergehäuse 1 durch die Reingasaustrittsöffnung 9 und den Reingasaustrittsstutzen 7.

Die am Filtermittel 11 abgelagerten Rußteilchen werden mit Einschalten des Mikrowellen-Generators 20 durch die elektrische Schalteinrichtung 40 so weit aufgeheizt, daß sie zu Kohlendioxyd verbrennen. Nach einer ausreichenden Zeitdauer, die an der elektrischen

2ϊ Schalteinrichtung 40 eingestellt und somit den praktischen Erfordernissen angepaßt werden kann, wird der Mikrowellen-Generator 20 außer Betrieb gesetzt. Es beginnt ein neuer Zyklus, bei dem sich Rußteilchen an dem Filtermittel 11 ablagern. Die Zeitdauer bis zum

jo Einschalten des Mikrowellen-Generators 20 kann gleichfalls variiert und somit den Erfordernissen angepaßt werden.

Die elektrische Schalteinrichtung 40 kann, beispielsweise als an den Rohgaseintrittsstutzen 5 und den Reingasaustrittsstutzen 7 angeschlossener Differenzdruckschalter oder als nur an den Rohgaseintrittsstutzen 5 angeschlossener Druckschalter, so ausgebildet sein, daß sie den Mikrowellen-Generator erst mit Überschreiten eines vorbestimmten Durchflußwider-Standes des Filtereinsatzes 10 einschatet und über eine eingebaute Verzögerung nach vorgegebenem Zeitintervall wieder ausschaltet. Der Betrieb ist dann vollautomatisch und erfordert keine Einstellung durch den Betreiber.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Beseitigen von Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel-Brennkraftmaschine, mit einem metallischen Filtergehäuse und einem Filtereinsatz, der in dem Filtergehäuse eine mit einer Rohgaseintrittsöffnung versehene Rohgaskammer von einer mit einer Reingasaustrittsöffnung versehenen Reingaskammer abtrennt und ein hochtemperaturfestes, Tiefenwirkung aufweisendes Filtermittel zum Ablagern des Rußes hat, sowie mit einer elektrisch betriebenen Einrichtung zum gesteuerten Abbrennen des an dem Filtermittel abgelagerten Rußes, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus einem Mikrowellen-Generator (20) besteht, der zum Entsenden von Mikrowellen für das Erhitzen des an dem nichtmetallisch ausgebildeten Filtermittel (11) abgelagerten Rußes an die Rohgaskammer (15) angeschlossen ist, und daß in dem Filtergehäuse (1) zwischen der Mikrowellen-Austrittsöffnung (26) des Generators (20) und der Rohgaseintrittsöffnung (6) sowie stromab des Filtermittels (11) gasdurchlässige, den Durchtritt der gesendeten Mikrowellen sperrende Wände (12; 27; 29), beispielsweise Lochbleche, angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Austrittsöffnung (26) des Generators (20) durch eine nichtmetallische, hochtemperaturfeste Filterschicht (30) abgedeckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Miktrowellen-Generator (20) durch eine elektrische Schalteinrichtung (40) in einstellbaren Zeitintervallen ein- und ausschaltbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Schalteinrichtung vorgesehen ist, durch die der Mikrowellen-Generator (20) mit Überschreiten eines vorbestimmten Filtereinsatz-Durchflußwiderstandes einschaltbar und nach einem vorgegebenen Zeitintervall wieder ausschaltbar ist.