DE3043998A1 - Abgasanlage fuer eine dieselmaschine - Google Patents

Description

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Abgasanlagen für Dieselmaschinen mit einer Einrichtung zum Sammeln und Verbrennen von in den Abgasen enthaltenen Schwebeteilchen sind beispielsweise durch die US-PS 4 041 592 bekannt«,

Eine Bauform mit den im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmalen ist Gegenstand der amerikanischen Patentanmeldung Ser.No. 99 933 vom 3.12.1979.

K/ Diese zeichnen sich dadurch aus, dass eine wir/ungsvollere Abscheidung der S_chwebeteilchen erreicht wird und dabei der Strömungswiderstand für die Abgase beim Durchströmen des Schwebeteilchenfilters gering gehalten wird» Da die Schwebeteilchen vorwiegend kohlenstoffhaltige Stoffe sind kann ein Reinigen des Filters durch Ausbrennen der angesammelten Schwebeteilchen erfolgen. Dies kann durch Ausbau des Filters und Erhitzen in einem ßhfen auf die die Verbrennung ermöglichende Temperatur geschehene Vorteilhafter ist es jedoch, die Reinigung des Filters während des Betriebs der Dieselmaschine vozunehmen,, Hierzu werden entsprechend heissere Abgase und ausreichender Sauerstoff dem Filter zugeleitet, wodurch die zum Zünden und Verbrennen erforderliche Temperatur im Filter erreicht wird_e

Dies bereitet aber bei Schwebeteilchenfiltern der erwähnten Art dadurch Schwierigkeiten, dass die Temperaturverteilung von den heissen Abgasen während des Verbrennungs· vorgänge in den Einlasskanälen des Filters wesentlichen Änderungen unterliegt«, Es wird nämlich ein Bereich der Einlass

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lean al e elier gereinigt als andere Bereiche, so dass in diese..1 Bereich die heissen Abgase schnell zu den benachbarten Auslasskanälen übertreten, und ds.niit eine ausreichende Erhitzung der noch vorhandenen Schwebeteilchen erschwert wird, Lie isolierenden Eigenschaften der Keramik des Filters ver hindern zudem eine Wärmeleitung an die notwendigen Stellen

Der -&_rfindung liegt daher die AufgEfee zugrunde,
die Verbrennung abgelagerter Schwebestoffe im Filter zu
verbessern_o

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des
Patentanspruchs 1 herausgestellten Merkmale gelöste

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der -^rfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,,

In den Zeichnungen sind Ausftihrungsbeispiele der Erfindung dargestellt₀ In den Zeichnungen zeigen

Figo 1 eine schematische ^eildarstellung einer

Abgas anlage nach der -Erfindung,
Figo 2 eine perspektivische Darstellung eines

Schwebeteilchenfilterelements, das in den Abgasanlagen nach den Fig_o 1 und 3 enthalten ist,
Figo 3 eine schematische Teildarstellung einer

anderen Abgasanlage,

Figo 4 eine graphische Darstellung der empirisch abgeleiteten Vorgänge bei der Verbrennung

in einem Schwebeteilchenfilter bisheriger Anordnung»

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__ tr _

Die in Fig_o 1 dargestellte Abgasanlage enthält einen Schwebeteilchenfilter 12, der an seinen Stirnseiten Verteilerkasten 14 und 16 und an seiner einen Seitenwand einen Auslasssaranelkasten 13 aufweist«, Die andere Seitenwand 20 ist wie der Boden un^i die obere Wand geschlossene Eine von der Dieselmaschine kommende Abgase führende Einlassleitung 22 ist an ein ^erteil^erventil 24 angeschlossen, das die Verbindung zu zwei Einlassleitungen 26 und 28 her« stelltj die an die Verteilerkästen 14 bzw₀ 16 angeschlossen sind. Das Verteilerventil 24 enthält eine um einen Zapfen 32 wahlweise schwenkbare Ventilklappe 30, die die ankommenden Abgase entsprechend ihrer Stellung auf die Einlasslei« tungen 26 und 28 verteilt, gegebenenfalls auch eine der beiden Einlassleitungen absperren kann_c An den Auslasssammeikasten 18 ist ein Auslassrohr 34 angeschlossen, das mit der restlichen Abgasanlage verbunden ist_E

In Pigur 2 ist das als keramischer Monolitk ausgebildete Filterelemnt 36 dargestellte Es weist eine vordere Stirnwand 38, eine hintere Stirnwand 40, seitliche

Stirnwände 42 und 44, eine obere Wand. 46 vaiä eine Boden-» j

wand 48 auf. j

Innerhalb des Monoliths sind 8_Ghi©hten von dünn-» j

wandigen Kanälen angeordnet. Zunächst sind Schichten aus I zueinander parallen Einlasskanälesi 50 vorgesehen, die an I 'beiden Inder, im Bereich der 8MmTTaMo 42 vnä 44 offea sind!, fcwisöher- üüsen SchiQlitea llsgsa £a ^lsr Jja-bsoclro©:: icsfelolito'i

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der Wand 38 zur Wand 40 erstrecken. Sie sind im Bereich aer V/and 38 offen, während sie durch die Wand 40 verschlossen sind. Die Einlasskanäle 50 münden in die EinlassverteileiS:ästen 14 und 16, während die offenen Enden der Auslasskanäle 52 Verbindung mit dem Auslassammeikasten 18 haben_o

Die Einlasskanäle 50 sind von den Auslasskanälen durch poröse Zwischenwände 54 getrennt'.·, die den Durchtritt der Abgase gestatten, aber einen wesentlichen Teil der in den Abgasen enthalten Schwebeteilchen an der Wandung der Einlasskanäle ablager.ru Es steht hierfür eine erhebliche Pilterfläche zur Verfügung«,

Figur 3 zeigt eine mögliche abgewandelte Bauform₀ Die Abgasanlage enthält einen Schwebeteilchenfilter 58 ,an dessen einander gegenüberliegenden Stirnseiten Einlassverteilerkästen 60 und 62 gebildet sind, in die die offenen Enden der Einlasskanäle 50 des Filterelements. münden_o Die Einlassverteilerkästen 60 und 62 erhalten Abgase von der Lieselmaschine über getrennte Einlasεleitungen 64 bzw_o66_o

Der Schwebeteilchenfilter 58 ist hier mit zwei Auslaßsammeikästen 68 und 70 versehen_s die mit den beiden offenen Enden der Auslasskanäle 52 verbunden sindo Die Auslafsamme!kästen 68 und 70 haben beiderseits der Ventilklappe 74 Verbindung mit einem ^erteilerventiX 72_ff so dass äurc|i ■lie Ventilklappenstellung &'m Zuteilung von gereinigtem Ad **&s aus den AuslasieammellcäeteB su einer gemeinsamen Aus« laßleitung 76 bestimmt

Figo 4 veranschaulicht den ^erlauf der Verbrennung der gesammelten Schwebeteilchen bei bekannten Ea.uarten, die kein Verteilerventil aufweisen _o Es ist V/er te an verschiedenen Stellen der Einlasskanäle in der X-Achse aufgetragen,
wobei P der Eintrittspunkt und R das dort geschlossene Snde bezeichnet« Die obere Linie A stellt die Temperatur der erhitzen Schwebeteilchen dar, während die L^nie B den Verlauf der Gastempertur darstellt„ C ist die verbleibende Dicke
der aus den abgelagerten Schwebeteilchen an der Wandung
der Einlasskanäle 50 gebildeten Schicht, und D stellt die
Sauerstoffkonzentration in den Abgasen dar, die mit dem
Fortschreiten längs der Einlasskanäle abnimmt _a

Bis etwa zur Hälfte des Wegs steigen die ^xenpera~ tür der Abgase und der Schwebeteilchen an. Dann verschlechtert sich die Verbrennung infolge des gesunkenen Sauerstoff-· anteils in den Abgasen, wodurch ein Absinken der Teraperturei erfolgte Die durch den gereinigten Teil schneller abströmenden Abgase gelangen in die Auslasskanäle und stehen daher für die v/eiteren Teile der Einlasskanäle nicht mehr zur Aufheizung zur Verfügung_o

Die Schicht der abgelagerten Schwebeteilchen wird also zunächst im Bereich der höchsten Temperaturen in der
Mitte der Einlasskanäle beseitigt, wie dies die G zeigte
Dort erfolgt der erwähnte Überstrom der Abgase, so dass
das Reinigen der Einlasskanäle im hinteren ^ereich Schwierigkeiten bereitete

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Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung überwunden ο

Die Anlage gemäss Figo 1 bewirkt darüberhinaus auch eine gleichmässigere Ablagerung der Schwebeteilchen in den Einlasskanälen,die für das spätere Entfernen vorteilhaft istο Da die Abgase in diesem Falle an beiden Enden der Einlasskanäle zugeleitet werden, ist bei Stellung der ^entilklappe 30 des ^erteilerventils eine gleichmässigere Ablagerung der Schwebeteilchen zu erwarten. Im übrigen kann eine solche gleichmässige Ablagerung, wenn eine Beobachtung vorgesehen ist, durch entsprechendes Verstellen der "entilklappa 30 beeinflusst werden_o

Bevor jedoch eine wesentliche Drosselung des Ab— gasstroms durch Zusetzen der Einlasskanäle mit den Schwebeteilchen eintritt, erfolgt das Reinigen des Filters, Zu diesem Zweck wird eine lemperturerhöhung der Abgase vorgenommen Ein geeigneter Vorschlag hierzu findet sich in der europäischen Patentanmeldung 79 302114» Diese werden über das Einlassrohr 22 und die Einlassleitungen 26 und 28 zugeleitet und erhitzen die in den Einlasskanälen 50 abgelagerten Schwe· · beteilchen. Auf Grund der aus Figo 4 zu ziehenden Erkenntnis·- se, wird bei dieser Art der Zufuhr der Abgase und Mittelstel·· lung der Ventilklappe 30 die sich ergebende Strömung zur Bildung mehrerer Zonen höchster Tempertur führen, die in Längsrichtung der Einlasskanäle Abstand voneinander haben. In diesen erfolgt also eine verstärkte Beseitigung der Schwebeteü··

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Diese Zonen höchster temperatur können aber durch "erstellen der ^entilklappe 30 wahlweise verlagert werden ρ so dass das Ausbrennen der Schwebeteilchen durch dauerndes oder periodisches ^erstellen der Ventiklappe unter£füfezt und beschleunigt werden kann₀ Durch Abfühler oder sonstige Anzeigegeräte kann das Abbrennen überwacht v/erden und dementsprechend die Verstellung der Ventilklappe 30 Torgenom:r;en werden ₀

Bei der Anlage gemäss Figo 3 v/erden die Abgase von der Dieselmaschine durch die Einlassleitungen 64 und 66 im wesentlichen in gleichem Ausmasse beiden Enden der Ein— lasskanäle 52 zugeleitet₀ Der Strom der Abgase innerhalb der Einlasskanäle 50 kann jedoch durch Verstellen der Ventil· klappe 74 des "Verteilerventils 72 vorgenommen werden, die den Abstrom aus den Auslaßεamme!kästen 68 und 70 bestimmt„ Sperrt beisielsweise die ^entilklappe 74 den Auslaßsammelkasten 70, so müssen die gesamten Abgase aus den Auslasskanälen 52 über den Auslaßsamiaeikasten 68 abströmen«, Die Abgase müssen daher in den EinSsö©kanälen 50 bis über deren Mitte gelangen, bevor sie aufnahmefähige Auslasskanäle fin« den. Sperrt dagegen die Ventilklappe den linken Auslaßsamme! kasten 68, so ergebibt sich das umgekehrte Verhältnis«, Sowohl beim Normalbetrieb als auch beim Ausbrennen der Schwe-» beteilchen bewirkt die Ventiklapps 74 eine gleiche Regelung in den Einlasskanälen wie die V_en-feii]_Ci_app_e 30 der ersten lauform.

Die Erfindung ist Ia ©2itsprsen©M@r Anwendung aueh "bei anders ausgebildeten SeliwsDeteilolisafiltera n-üt

π »KV .

Leerseite

Claims (1)

1. Patentanwalt

   Bolivarallee 9
   It)CO BERLIN 19

   20.November 1980 W-w-3457

   General Motors Corporation, Detroit, Michigan, V₉St₀A,

   Abgasanlage für eine Dieselmaschine

   Patentansprüche:

   (1 J Abgasanlage für Dieselmaschinen mit einer Einrichtung zum Sammeln und Verbrennen von in den Abgasen enthaltenen Schwebeteilchen mit folgenden Merkmalen:

   a) Ein Schwebeteilchenfilter (12) enthält mehrere im wesent· liehen zueinander parallele Einlasskanäle (50), die an beiden Enden (42,44) offen sind;

   b) der Schwebeteilchenfilter enthält ferner mehrere im wesentlichen zueinander parallele Auslasskanäle (52), die mindestens an einer Seite offen sindg

   c) die Einlasskanäle sind von den Auslasskanälen durch poröse Wände (54) voneinander getrennt, duroh. die den Ein« lasskanälen zugeleitete Abgase in die !benachbarten Auslaaakanäle unter Ablagern der enthaltenen Schwebeteilchen an den Wandflächen der Einlasskanal© übertreten, um ine Freie weitergeleitet au werden?

   gekennzei chnet durch folgend© weitere Merk« a&le ί

   d) Eine mit dem Auslass der Dieselmaschine verbundene Einlassanlage weist zwei Einlassleitungen (26,28;64,66)
   auf, die an je ein Ende der Einlasskanäle (50) angeschlossen sind;

   e) eine Auslassanlage (56) hat mindestens eine Auslassleitung (34»76), die mit offenen Enden der Auslasskanäle
   (52) verbunden ist und gefilterte Abgase aufnimmt;

   f) ein Verteilerventil (24; 72) ist in der Einlassanlage
   oder der Auslassanlage vorgesehen und ist wahlweise betätigbar, um die Zufuhr von Abgasen zu den beiden Ein~ lassleitungen zu ändern.

   2β Abgasanlage nach Anspruch T, dadurch gekenn« zeichnet, dass der Schwebeteilchenfilter (12) als keramischen Monolith (36) ausgebildetes Filterelement hat_e

   3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
   gekennzeichnet, dass das Terteilerventil (24) in der Ein« lassanlage (26,28) vorgesehen ist«

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