DE3500373A1 - Vorrichtung zum entfernen von festkoerperpartikeln, insbesondere von russteilchen aus dem abgas von brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zum entfernen von festkoerperpartikeln, insbesondere von russteilchen aus dem abgas von brennkraftmaschinen

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Description

.5·
12.12.1984 Bo
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1
Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln, insbesondere von Rußteilchen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln, insbesondere von Rußteilchen, aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art, auch Rußweiche genannt (DE-OS 31 41 156), werden die aus den einzelnen Filterröhren austretenden, rußbeladenen Abgasströme in einem Sammelrohr zusammengefaßt, um 90° umgelenkt und tangential zur Gehäuseachse des Fliehkraftabscheiders in diesen eingeleitet. Im Fliehkraftabscheider oder Zyklon setzt sich der Ruß an den Wänden ab und wandert unter dem Einfluß eines sehr geringen Abgas-Reststromes zu einer Rußsammelstelle, während
weitgehend rußfreies Abgas über ein axiales Tauchrohr aus dem Zyklon abströmt. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist ein nicht unerheblicher Durchströmungswiderstand für das Abgas in der Vorrichtung und ein dadurch bedingter Druckabfall.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß durch die im wesentlichen axiale Durchströmungsrichtung des Abgases durch die Vorrichtung und durch die Verwendung mehrerer kleiner Zyklone der Druckabfall in der Vorrichtung sehr viel kleiner als bei der bekannten ist. Durch den Axialaustritt der Abgase aus den Filterröhren und dem unmittelbaren axialen Einströmen in die direkt angeflanschten einzelnen Z-yklone können die im Elektrofilter durch Koagulation entstandenen großen Rußflocken vorteilhaft ungehindert in den Fliehkraftabscheider gelangen, wodurch eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt wird. Infolge der Parallelanordnung der Filterröhren wird zudem eine kompakte Bauform erzielt, welche in Modulbauweise an die jeweilige Leistung der Brennkraftmaschine oder des Verbrennungsmotors angepaßt werden kann.
Durch die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.
Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung ergibt sich dabei aus Anspruch 2. Durch die Ummantelung des Filterröhrenpakets mit einem alle Filterröhren umschlies-
senden Blechkleid und des damit entstehenden großen Hohlraums zwischen Blechmantel und Filterröhren kann die Vorrichtung zugleich als Schalldämpfer verwendet werden, wobei entweder wie bei der Aus führungs form gemäß Anspruch 5 oder 6 das dieBrennkraftmaschine verlassende Abgas oder wie bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 7-9 das den Multiklon verlassende gereinigte Abgas in den Hohlraum eingeleitet werden kann. Durch die Ummantelung wird außerdem ein Schutz des Elektrofilters gegen Beschädigung infolge Steinschlag od. dgl. erzielt.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 11. Durch die Schutzkappe wird ohne Beeinträchtigung des Abgasstromes die Ablagerung von Ruß und anderen Festkörperpartikeln am Hochspannungsisolator vermieden und dadurch eine Funktionsverbesserung des Elektrofilters erreicht.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 jeweils in schematischer Darstellung einen und 2 Längsschnitt einer Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors gemäß einem ersten
und zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III - III in Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV - IV in Fig. 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln, insbesondere von Rußteilchen,aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, besteht aus einem Elektrofilter 10 und einem diesen nachgeschalteten Fliehkraftabscheider 11. Das Elektrofilter 10 weist in bekannter Weise eine Vielzahl, hier zwei, von parallel zueinander angeordneten Filterröhren 12 auf, die von einem stirnsei tig geschlossenen rohrförmigen Gehäuse 13 derart umgeben sind, daß zwischen der Gehäuseinnenwand und den Filterröhren 12 ein sich etwa über die Länge der Filterröhren erstreckender Hohlraum 14 verbleibt (vergl. auch Fig. 3). Jede Filterröhre 12 weist in bekannter Weise ein mit dem positiven Pol einer Hochspannungsquelle 15 verbundenes Abscheiderohr 16 und eine mit dem negativen Pol der Hochspannungsquelle 15 verbundene Sprühelektrode 17 auf. Der Aufbau und die Wirkungsweise der einzelnen Filterröhren 12 des Elektrofilter 10 ist in der DE-OS 31 41 156 ausführlich beschrieben, so daß insoweit hierauf verwiesen werden kann.
Der Fliehkraftabscheider 11 ist als Multiklon mit einer Vielzahl von kleinen Axialzyklonen 18 ausgebildet, wobei jeweils mehrere, hier vier, Axialzyklone 18 unmittelbar mit einer Filterröhre 12 verbunden sind. Jeder Axialzyklon 18 weist eine axiale Einströmöffnung 19 und eine dieser gegenüberliegende als kegelstumpfförmiges Tauchrohr in das Innere des Axialzyklons 18 hineinragende Ausströmöffnung 20 für das gereinigte Abgas auf. Zentral zur Einströmöffnung 19 ist unmittelbar hinter dieser
im Axialzyklon 18 ein Luftleitkörper 21 in Form eines Prallbleches oder Leitflügels angeordnet, der den axial durch die Einströmöffnung 19 in den Axialzyklon einströmenden Abgasstrom eine schraubenförmige Strömungsrichtung verleiht. An der der Einströmöffnung 19 gegenüberliegenden geschlossenen Stirnseite des Axialzyklons 18 ist seitlich ein radial abgehender Rußaustritt 22 vorgesehen, über welchen der rußbeladene Abgasstrom, der etwa 1% des in den Axialzyklon 18 eintretenden Abgases ausmacht, zu einer aus der Rußweiche austretenden Rußsammelleitung 23 abgeführt wird.
Die Abscheiderohre 16 der beiden Filterröhren 12 münden an dem einen Ende mit Abstand von der Gehäusestirnseite 24 und sind an dem anderen Ende von einer Abdeckplatte 25 abgeschlossen. Die Abdeckplatte 25 ist mit Abstand von der anderen Gehäusestirnseite 26 im Gehäuse 13 befestigt und weist auf zu den Achsen der Filterröhren 12 konzentrischen Lochkreisen mit Abstand voneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen 27 auf (Fig.3).
Die Axialzyklone 18 sind auf der von den Filterröhren abgekehrten Seite der Abdeckplatte 25 derart auf letztere aufgeflanscht, daß ihre Abgas-Einströmöffnungen 19 die Durchtrittsöffnungen 27 überdecken. Die Axialzyklone 18 sind dabei mit in das Gehäuse 13 einbezogen, wobei ihre Ausströmöffnungen 20 frei in dem von der Abdeckplatte abgetrennten Gehäuseinnenraum 30 münden, von wo das aus den Axialzyklonen 18 austretende gereinigte Abgas über eine die Gehäusestirnseite 26 durchdringende Abgassammelleitung 28 abgeführt
wird. In dem von der Abdeckplatte 25 abgetrennten anderen Gehäuseinnenraum 31 mündet eine seitlich am Gehäuse 13 eintretende Abgas-Zuführleitung 29, die unmittelbar mit dem Abgassammeisystem des hier nicht dargestellten
Verbrennungsmotors verbunden ist. Das durch diese Abgas-Zuführleitung 29 in den Hohlraum 14 gelangende Abgas kann über die offenen Enden der Abscheiderohre 16 der beiden Filterröhren 12 durch dort vorhandene ringförmige Eintrittsoffnungen 32 in die Filterröhren 12 eintreten. Durch evtl. dort vorhandene Leitflügel durchlaufen die Abgasströme die Filterröhren 12 mit spiral- oder schraubenförmiger Strömungsrichtung. In bekannter Weise kommt es durch das in den Filterröhren 12 herrsehende Hochspannungsfeld zu einer Rußkoagulation, wodurch sich größere Rußflocken bilden, die mit dem Abgasstrom in die Axialzyklone 18 eintreten und dort ausgeschieden werden. Während der ausgeschiedene Ruß über die Rußsammelleitung 23 die Rußweiche verläßt, und gegebenenfalls dem Verbrennungsmotor rückgeführt tzv. gesammelt oder verbrannt wird, wird das gereinigte Abgas über die Abgassammelleitung aus der Rußweiche abgeführt.
Zu erwähnen ist noch, daß in jeder Filterröhre 12 die Sprühelektrode 17 an beiden Enden über Hochspannungsisolatoren 33, 34 im Abscheiderohr 16 gehalten ist.
-Um die Ablagerung der in den Filterröhren durch Koagulation entstehenden Rußflocken an den an den Enden der Filterröhren 12 angeordneten Isolatoren 34, die durch die Abdeckplatte 25 hindurchragen, zu verhindern, ist jeweils dieser Isolator 34 von einer Schutzkappe übergriffen. Die haubenartig ausgebildete Schutzkappe ist auf der die Sprühelektrode 17 fassenden Stirnseite des Hochspannungsisolators 34 aufgesetzt und umgreift diesen bis nahe des Endes des Abseheiderohrs 16.
In Fig. 2 ist eine modifizierte Rußweiche im Längsschnitt schematisch dargestellt, deren Elektrofilter 110 aus insgesamt vier Filterröhren 112 (Fig. 4) besteht. Alle Filterröhren 112 sind identisch ausgebildet und stimmen mit
»ι α ο π ε
den zu Fig. 1 beschriebenen Filterröhren überein. Das Filterröhrenpaket ist wiederum von einem stirnseitig geschlossenem Gehäuse 113 umgeben, das an seiner einen Gehäusestirnseite 124 einen Abgas-Einlaß 136 aufweist, an dem die zu dem AbgasSammelsystem des Verbrennungsmotors führende Abgas-Zuführleitung 129 angeschlossen ist. Die Abgassammelleitung 128 für das aus der Rußweiche austretende gereinigte Abgas mündet seitlich im Gehäuse 113 und steht mit dem zwischen dem Gehäuse und dem Filterröhrenpaket vorhandenen Hohlraum 114 in Verbindung. In den Filterröhren 112 wird wiederum die Sprühelektrode 117 über Hochspannungsisolatoren 133,134 in dem Abscheiderohr 116 gehalten, wobei der in Durchströmungsrichtung des Abgases am Ende der Filterröhre sitzende Hochspannungsisolator 134 wiederum von der Schutzkappe 135 umgeben ist.
In dem Gehäuse 113 ist nahe dem in Strömungsrichtung des Abgases vorderen Ende der Filterröhren 112 eine Trennwand 137 vorgesehen, die den Gehäuseinnenraum in einen die Abgas-Eintrittsöffnung 136 enthaltenden Gehäuseinnenraum 131 und einen die Filterröhren 112 enthaltenden Gehäuseinnenraum 130 unterteilt. Von diesem zweiten Gehäuseinnenraum 130 geht auch die Abgassammelleitung 128 ab. Die Trennwand 137 weist ringförmige Durchtrittsöffnungen 141 auf, die zugleich die Ringkanäle 132 für den Eintritt des über die Abgas-Zuführleitung 129 zuströmenden Abgases in die Filterröhren 112 bilden.
Der wiederum als Multiklon ausgebildete Fliehkraftabscheider 111 besteht wiederum aus einer Vielzahl von Zyklonen 118 mit axialer Einströmöffnung 119 für das die Filterröhren 112 verlassende Abgas. Jeder Filterröhre 112 sind drei Zyklone 118 zugeordnet, die am
-χ- ϊ^Ο
Ende des jeweiligen Abscheiderohrs 116 unmittelbar mit diesem verbunden sind (Pig. 4). Jeder ._ 2yklon 118 weist einen zylinderförmigen Gehäuseteil 138 und einen sich daran anschließenden kegelförmigen Gehäuseteil 139 auf, der in einem Rußaustrittsstutzen 122 mündet. Die Ausströmöffnung 120 für das gereinigte Abgas ist als koaxial in den zylinderförmigen Gehäuseteil 138 hineinragendes Tauchrohr ausgebildet, das in dem Hohlraum des Gehäuses 113 mündet.
Bei der Rußweiche gemäß Fig. 2 strömt das axial durch die Abgas-Eintrittsöffnung 136 in der Gehäusestirnwand 124 von dem Verbrennungsmotor kommende Abgas über die ringförmigen Durchtrittsöffnungen 141 in die Filterröhren 112 ein, wobei mittels sog, Leitkörper der Abgasstrom in den Filterröhren 112 eine schraubenartige Drehbewegung erfährt. In den Filterröhren 112 setzt die bekannte Rußkoagulation ein, wodurch größere Rußpartikel sich an den Abscheiderohren 116 absetzen und von dort mit dem Abgasstrom in die 2yklone gelangen. Hier werden die Rußteilchen an den Wänden abgeschieden und wandern zusammen mit einem sehr kleinen Abgasstrom zu den Rußaustrittsstutzen 122. Das gereinigte Abgas, das etwa 99% des durch die Einströmöffnung 119 in jeden 2yklon einströmenden Abgases ausmacht, strömt über die tauchrohrartige Ausströmöffnung 120 in den Gehäuseinnenraum 130 und von dort über die Abgassammelleitung 128 ins Freie. Der
an den Rußaustrittsstutzen 122 austretende Ruß kann gesammelt oder in einer nachgeschalteten Verbrennungseinrichtung verbrannt werden.

Claims (11)

35Ü0373 * 12.12.1984 bo ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Ansprüche
1. Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln, insbesondere von Rußteilchen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen mit einem Elektrofilter, das ν
eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Filterröhren aus jeweils einem mit dem positiven Pol einer Hochspannungsquelle verbundenen Abscheiderohr und einer mit dem negativen Pol der Hochspannungsquelle verbundenen, im Abscheiderohr sich axial erstreckenden Sprühelektrode aufweist, und mit einem dem Elektrofilter im Abgasstrom nachgeordneten Fliehkraftabscheider, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (11;111) als Multiklon mit einer Vielzahl von kleinen, jeweils eine axiale Abgaseinströmöffnung (19;119) aufweisenden Zyklonen (18;118) ausgebildet ist und daß jeweils mehrere Zyklone(18;118) unmittelbar mit einer Filterröhre (12;112) verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterröhren (12;112) von einem stirnseitig geschlossenen rohrförmigen Gehäuse (13;113) so umgeben sind, daß zwischen Gehäuseinnenwand und Filterröhren (12;112) ein sich etwa über die Länge der Filterröhren (12;112) erstreckender Hohlraum (14;114) verbleibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß die Abscheiderohre
(16) der Filterröhren (12) an einem Ende mit Abstand von der Gehäusestirnseite (24) frei münden und am anderen Ende von einer mit dem Gehäuse (13) verbundenen Abdeckplatte (25) abgeschlossen sind, daß die Abdeckplatte (25) auf zu dem Abscheiderohrachsen konzentrischen Lochkreisen mit Abstand voneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen (127) aufweist und daß die . Zyklone (18) an der den Abscheiderohren (16) abgekehrten Seite der Abdeckplatte (25)derart angeordnet sind, daß ihre Abgas-Einströmöffnungen (19) die Durchtrittsöffnungen (27) überdecken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (25) im Gehäuseinnern angeordnet ist und daß die Zyklone (18) an der Abdeckplatte (25) angeflanscht und vom Gehäuse (13) umschlossen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) einen Abgas-Einlaß (29), der in dem von der Abdeckplatte (25) und der dem freien Ende der Abscheiderohre (16) der Filterröhren (12) zugekehrten Ge-
Λ liÜ? W \J ._.
häusestirnseite (24) begrenzten ersten Gehäuseinnenraum (31) mündet/und einen Abgasauslaß (28), der in dem von der Abdeckplatte (25) und der anderen Gehäusestirnseite (26) begrenzten zweiten Gehäuseinnenraum (30) mündet, aufweist und daß von jeweils einem Tauchrohr gebildete Ausströmöffnungen (20) der ' Zyklone (18) im zweiten Gehäuseinnenraum (30) frei münden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e kennzeichnet, daß der Abgas-Einlaß (29) als ein den Mantel des Gehäuses (13) durchdringender Einlaßstutzen ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz e i chnet, daß die Abscheiderohre (116) der Filterröhren (112) an einem Ende mit Abstand von der Gehäusestirnseite (124) frei münden und am anderen Ende von der anderen Gehausestirnsexte (126) abgeschlossen sind, daß im Gehäuse (113) eine die Abscheiderohre (116) nahe ihrem freien Ende umschließende Trennwand (137) angeordnet ist, daß das Gehäuse (113)einen Abgaseinlaß (136), der in dem von der Trennwand (137) und der ihr naheliegenden Gehäusestirnseite (124) begrenzten ersten Gehäuseinnenraum (131) mündet, und einen Abgasauslaß (128), der in dem von der Trennwand (127) und der anderen Gehäusestirnseite (126) begrenzten zweiten Gehäuseinnenraum (130) mündet, aufweist und daß die jeweils von einem Tauchrohr gebildeten Abgas-Auströmöffnungen (120) der Zyklone (118) in dem zweiten Gehäuseinnenraum (130) münden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e kennzei chnet, daß der Abgasauslaß (128) als ein den Mantel des Gehäuses (113) durchdringender Auslaßstutzen ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgas-Einlaß (136) als ein durch die Gehäusestirnseite (124) koaxial hindurchtretenderEinlaßstutzen ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (17;117) jeder Filterröhre (12; 112) an beiden Enden im Abscheiderohr (16;116) von jeweils einem Hochspannungsisolator (33,34;133,134) gehalten ist und daß der am verschlossenen Ende der Abscheiderohre (16;116) angeordnete Hochspannungsisolator (34;134) von einer Schutzkappe (35;135) übergriffen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, d a durch gekennzeichnet, daß in den Abgaseinströmöffnungen (20) der Zyklone (18) Luftleitkörper (21), wie Drallbleche oder Leitflügel, zur Erzeugung einer schraubenförmigen Abgas-Strömungsrichtung vorgesehen sind.
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