DE3402960C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Filtersystem für Die­ selmotorabgase zum Festhalten und fallweisen Entfernen von oxydierbaren Feststoffpartikeln der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art.

Aus der US-PS 41 67 852 ist ein Filtersystem für Diesel­ motorabgase der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 er­ läuterten Art bekannt.

Bei diesem bekannten Filtersystem wird das mittels einer Trennwand in einem ersten und einem zweiten Filterteil aufgeteilte Filterelement im Normalbetrieb des Dieselmo­ tors nur zum Teil ausgenutzt.

Aus der DE-OS 25 19 609 ist ein Filtersystem für Diesel­ motorabgase bekannt, bei dem zwar die Gesamtheit des Fil­ termaterials während des Normalbetriebes vollständig aus­ genützt wird, während einer Regenerierung des Filtermate­ rials wird jedoch das Abgas über eine getrennte Bypaß­ leitung ungereinigt am Filter vorbeigeführt.

Die Aufgabe der Erfindung ist, die Gesamtheit des Filter­ materiales während der Filterung im Normalbetrieb voll­ ständig auszunützen und darüber hinaus soll während der Regenerierung eines Filterteiles der Abgasstrom weiter gereinigt werden. Durch zweckentsprechende Maßnahmen soll hierbei die erforderliche Energiezufuhr zur Einleitung der Regenerierung möglichst geringgehalten werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst, indem ein Filtersystem für Dieselmotorabgase der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erläuterten Art das im Kennzei­ chenteil des Patentanspruches 1 aufgezeigte Merkmal auf­ weist.

Dadurch, daß der Strömungsteiler im Normalbetrieb den Ab­ gasstrom durch beide Filterteile führt, kann ein wesent­ lich günstigerer Bauaufwand für ein Filtersystem erzielt werden, da nicht nur das erforderliche Filtermaterial durch seine vollständige Ausnutzung während des Normalbe­ triebes geringer gehalten werden kann, sondern darüber hinaus auch für die jeweilige Regenerierung der beiden Filterteile stets nur ein und dieselbe Oxydiereinrichtung zur Einleitung der Regenerierung erforderlich ist.

In den Ansprüchen 2 bis 6 sind zweckmäßige Ausgestaltun­ gen der Erfindung erläutert.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahmen wird sichergestellt, daß das gesamte Filtermaterial des Filtersystems während des normalen Betriebes des Dieselmotors zur Filterung der Abgase benutzt werden kann und daß auch während des Rege­ neriervorganges eine ausreichende Filterung des Abgases sichergestellt wird.

Die Erfindung wird anhand eines in der Figur gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

die Figur eine perspektivische Phantomansicht eines Filtersystems gemäß der Erfindung.

Das in der Figur gezeigte Filtersystem 10 besteht im wesentlichen aus einer Filtereinrichtung 11, einer Oxydiereinrichtung 12 und einer Strömungssteuereinrichtung 13. Die Filtereinrichtung 11 weist ein Fil­ terelement 14 auf, das wirksam ist, um wesentliche Teile der im Abgas enthaltenen Feststoffpartikel festzuhalten. Das Filterelement 14 kann hierbei vorzugsweise aus einem starren oder faserigen Keramikmaterial, wie Aluminiumsilikat oder mullartigem Aluminiumtitanat oder Dichroit bestehen. Auf jeden Fall weist das Filtermaterial 14 einen im wesentlichen honigwabenförmigen Querschnitt bekannter Art auf.

Das Filterelement 14 ist in einen ersten Filterteil 15 und einen zweiten Filterteil 16 aufgeteilt, die voneinander durch eine horizontale Trennwand 17 getrennt sind. Die beiden Filterteile 15 und 16 sind in einem Filtergehäuse 18 angeordnet, das vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht. Das Filterelement 14 ist hierbei unter Zwischenschaltung einer Isolation 19 vom Filtergehäuse 18 umfaßt.

Das Filterelement 14 weist hierbei ein durchschnittliches Volumen von 1,6 bis 3,6 l und eine Eintrittsquerschnittfläche 9 von 96 bis 161 cm² bei einem Dieselmotor mit 2,3 l Hubraum auf.

Es ist vorteilhaft, das Filterelement 14 mit einem Oxydationskatalysator, wie z. B. fein verteiltem Platin oder Palladium zu überziehen und zwar auf eine Tiefe von etwa 2,5 bis 5 cm von der Eintrittsquerschnittsfläche 9, um ein Entzünden des Ruß zu erleichtern. Das Festhalten der Fest­ stoffpartikel im Filterelement 14 erfolgt hierbei durch Abscheidung, d. h. Feststoffpartikel, die größer oder annähernd gleich sind der mittleren Porengröße des Filtermaterials 14 werden festgehalten. Die Herstellung solcher Filtermaterialien ist an sich bekannt und wird daher hier nicht im einzelnen erläutert.

Die Oxydiereinrichtung 12 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Brenner 50, der über einen Trichter 51 zum Kanal 22 eines Einlaß 21 führt. Über eine Leitung 42 wird dem Brenner 50 Dieselkraft­ stoff für eine Brennerdüse 53 zugeführt, in deren Bereich eine Zünd­ einrichtung 54 angeordnet ist, um das zündfähige Luft-Kraftstoff- Gemisch zu entzünden.

Der von dem Dieselmotor kommende Abgasstrom wird über eine Leitung 55 einem Kanal 23 am Einlaß 21 zugeführt und der Abgasstrom wird am Ende des Filtersystems über einen Trichter 56 einer Abgasleitung zu­ geleitet.

Der Brenner 50 ist in der Lage, einen erhitzten Gasstrom von einer Temperatur zwischen 565 bis 787°C (1050 bis 1450°F) zu erzeugen. Dieser erhitzte Gasstrom wirkt auf die Eintrittsquerschnittsfläche 9 des Filterelements 14 ein und entzündet die hier festgehaltenen Ruß- bzw. Feststoffpartikel, wobei der in diesem Bereich aufgetragene Oxydationskatalysator diese Reaktion fördert. Sobald die exotherme Oxydation der Feststoffpartikel in Gang gekommen ist, wird die Energiezufuhr zum Brenner 50 eingestellt und der weitere Regene­ riervorgang läuft durch den fortschreitenden exothermen Oxydations­ vorgang ab, bis die gesamte Menge der im Filterelement festgehaltenen Feststoffpartikel verbrannt sind.

Die Strömungssteuereinrichtung 13 wirkt mit der horizontalen Wand 17, die die beiden Filterteile 15 und 16 voneinander trennt, zusammen und weist einen Strömungsteiler 20 auf, der im normalen Betrieb die gesamte Abgasmenge durch beide Filterteile 15 und 16 strömen läßt, der jedoch wahlweise das Abgas nur durch den einen Filterteil (z. B. 15) strömen läßt, während er den erhitzten Gasstrom von der Oxydiereinrichtung 12 durch den anderen Filterteil (z. B. 16) strömen läßt.

Im einzelnen besteht der Strömungsteiler 20 aus dem Einlaß 21 mit zwei getrennten Kanälen 22 und 23, die beide mit beiden Filterteilen 15 und 16 in Verbindung stehen. Der eine Kanal 22 erhält den erhitzten Gas­ strom von der Oxydiereinrichtung 12 und der andere Kanal 23 erhält den Abgasstrom. Die Strömungssteuereinrichtung 13 weist eine Ventilein­ richtung auf, die aus einem Paar Ventilklappen 25 und 26 auf einer gemeinsamen Betätigungsachse 27 besteht. Jede der Ventilklappen 25 und 26 ist in jeweils einem der Kanäle 22 und 23 angeordnet und werden wechselseitig betätigt.

Befindet sich daher die Betätigungsachse 27 in einer ersten Regenerierstellung (wie in der Figur gezeigt), so kann der erhitzte Gasstrom von der Oxydier­ einrichtung 12 ungehindert den unteren Filterteil 16 beaufschlagen während der Abgasstrom durch den oberen Filterteil 15 geführt wird. In einer zweiten Regenerierstellung der Betätigungsachse 27 wird der erhitzte Gas­ strom in den oberen Filterteil 15 geführt während der Abgasstrom den unteren Filterteil 15 durchströmt.

Eine Betätigungseinrichtung 30 mit einem Winkelhebelarm 41 und zwei Solenoiden 42 und 43 ist vorgesehen, um die Betätigungsachse 27 in ihre beiden unterschiedlichen Regenerierstellungen zu bringen.

Vorzugsweise sind hierbei die beiden Filterteile 15 und 16 im Volumen gleich groß gehalten und der Regeneriervorgang innerhalb eines Filterteiles benötigt lediglich eine Zeitspanne von 1 bis 8 Minuten während der alle oxydierbaren Feststoffpartikel verbrannt werden. Das Filterelement weist hierbei vorzugsweise ein Volumen von 0,8- bis 2,5facher Größe des Hubraumes des Dieselmotors auf. Der erhitzte Gas­ strom soll hierbei etwa ein Strömungsvolumen von 0,056 bis 1,132 cm³/ min (2 bis 40 ft³/min) besitzen, wohingegen das Strömungsvolumen des Abgasstromes vorzugsweise zwischen 0,849 bis 2,548 cm³/min (30 bis 90 ft³/min) liegt. Das geringere Strömungsvolumen während des Re­ generiervorganges vermeidet einen überhöhten Rückdruck infolge des verringerten Durchflußquerschnitts. Während eines Betriebes des Dieselmotors ist es wünschenswert, daß die Abgastemperatur im Filterelement möglichst hoch gehalten wird, d. h. daß sie etwa zwischen 176 und 260°C (350 bis 500°F) liegt, das Filtersystem ist jedoch auch bis hinab zu einer Abgastemperatur von etwa 65,6°C (150°F) funktionsfähig.

Claims (7)

1. Filtersystem für Dieselmotorabgase zum Festhalten und fallweisen Entfernen von oxydierbaren Feststoffparti­ keln, mit

• - einer Filtereinrichtung mit einem Filterelement zum Festhalten und Ansammeln eines wesentlichen Anteils der im Abgas enthaltenen Feststoffparti­ kel;
• - einer Verbrennungseinrichtung zum Erzeugen eines erhitzten Gasstroms, der durch zumindest einen Teil des Filterelementes geführt wird um die Fest­ stoffpartikel zu entzünden und damit das Filter­ element zu regenerieren;
• - einer Strömungsleiteinrichtung, die das Filterele­ ment mittels einer Trennwand in einen ersten Fil­ terteil und einen zweiten Filterteil etwa gleicher Größe auftreilt und die einen Strömungsteiler auf­ weist, der mittels Ventilklappen den Abgasstrom nur durch den einen Filterteil und den erhitzten Gasstrom durch den anderen Filterteil und umge­ kehrt führt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsteiler (20) im Normalbetrieb den Abgasstrom durch beide Filterteile (15 und 16) führt.

2. Filtersystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Strömungsteiler (20) stromabwärts von einem Einlaß (21) mit zwei getrennten Kanälen (22 und 23), von denen einer den erhitzten Gasstrom von einer Oxydiereinrichtung (12) und der an­ dere den Abgasstrom führt, angeordnet ist und aus zwei Ventilklappen (25 und 26) besteht, die jeweils in einem der beiden getrennten Kanäle (22 bzw. 23) ange­ ordnet und auf einer gemeinsamen Betätigungsachse (27) um 180° zueinander versetzt angeordnet sind.

3. Filtersystem nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Betätigungsachse (27) ein Winkelhebelarm (41) angeord­ net ist, der über Solenoide (42 und 43) betätigbar ist, um den Strömungsteiler (20) zwischen einer ersten und einer zweiten Regenerierstellung zu bewegen.

4. Filtersystem nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der erhitzte Gasstrom aus einem brennbaren Gemisch von Luft und Kraftstoff oder Abgas und Kraftstoff besteht, das gezündet wird und nur so lange aufrechterhalten wird, bis die Fest­ stoffpartikel an der Eintrittsquerschnittsfläche (9) des jeweiligen Filterteiles (15 bzw. 16) entzündet werden und weiterbrennen.

5. Filtersystem nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsvolumen des erhitzten Gasstroms während des Regeneriervorgan­ ges etwa 0,056-1,1328 ccm/Minute und der Abgasstrom eine Volumenströmung von etwa 0,849-4,248 ccm/Minute aufweist.

6. Filtersystem nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußwider­ stand des aus einem honigwabenförmigen Keramikmaterial bestehenden Filterelementes (14) im Normalbetrieb nicht größer als 0,2 bar ist.