DE3533140A1 - Russfilter fuer dieselmotore ii - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußfilter für die mechanische Zurückhaltung von Rußteilchen im Abgas von Dieselmotoren.

Rußfilter, die die im Abgas von Dieselmotoren schwebenden Rußteilchen durch poröse keramische oder metallische Flächen mechanisch zurückhalten, reinigen zwar das Abgas, sie müssen jedoch von dem auf diesen Flächen angehäuften Ruß von Zeit zu Zeit befreit werden.

Die Reinigung der Filter beispielsweise durch eigens zur Entrußung vor die Filterflächen angeordnete Gasbrenner ist technisch sehr aufwendig, weil neben den Brennern auch noch das erforderliche Brenngas vorgesehen und mitgeführt werden muß.

Die Reinigung durch elektrische Aufheizung des Filters oder der Abgase ist in den meisten Fällen nicht möglich, weil, insbesondere bei Vollast des jeweiligen Motors, die Abgasmengen so groß sind, daß die zur Aufheizung erforderliche elektrische Energie, insbesondere aus den Bordnetzen von Fahrzeugen kaum aufzubringen ist.

Die Verringerung der elektrischen Heizleistung, die zur Entzündung des in einem Filter akkumulierten Rußes erforderlich ist, hat sich die Erfindung deshalb zur Aufgabe gemacht.

Sie löst diese Aufgabe dadurch, daß eine, einen Bruchteil der Filterfläche durchströmende Abgasmenge durch ein Drosselbblech gedrosselt ist, daß im Windschatten des Drosselblechs ein elektrischer Heizer auf dem Drosselblech gehaltert ist und daß das Drosselblech vor der Eintrittsfläche des Filters bewegbar ist.

Der Vorteil der Anordnung besteht darin, daß durch die Drosselwirkung der Abdeckung die Abgasmenge in dem Teil des Filters reduziert ist, vor dem die Abdeckung steht, daß dadurch die Gastemperatur des reduzierten Gasstromes stark erhöht ist, so daß die Brenntemperatur für den Ruß erreicht wird und daß die Wärmestrahlung der Heizquelle, die aufgrund der verringerten Kühlung durch den Abgasstrom erhöht ist, den Ruß, dessen schwarze Farbe die Strahlungsabsorption unterstützt, zur Entzündung bringt. Die den Heizer tragende Abdeckung soll als "Drosselheizer" bezeichnet werden.

Nachdem die Zündung durch den erfindungsgemäßen Drosselheizer erfolgt ist, brennt der Ruß von selbst weiter, bis die abgedeckte Filterfläche freigebrannt ist, weil die Abkühlung des brennbaren Rußes aufgrund des reduzierten Gasstromes sehr gering ist. Dadurch ist für den Rest des Abbrandes keine elektrische Energie mehr erforderlich, sondern die chemische Energie des abbrennenden Kohlenstoffes setzt selbst hinreichende Energie frei.

Durch die Bewegung des Drosselheizers vor der Filterfrontfläche kann nach und nach der gesamte Filter freigebrannt werden.

Zweckmäßig ist dabei die Bewegung des Drosselheizers langsamer als die Durchbrandzeit des Filters, da sonst die Restmenge von Ruß im Filter zu groß bleibt.

Die Positionierung des Drosselheizers kann nach einem festgelegten Programm oder sie kann statistisch erfolgen, so daß keine besonderen Steuerungen für die Positionierung erforderlich sind.

Als Bewegungsantriebe kommen alle gängigen Motoren in Frage wie beispielsweise Elektromotore, Abgasturbinen, Druckkolben, Bimetalle oder ähnliche Antriebe, elektrische oder pneumatische Linearmotore und dergleichen. Günstig sind dabei Anordnungen, die nur wenig Bewegungen ausführen, weil in der Arbeitsumgebung Schmutz und hohe Temperaturen entstehen.

Die Steuerung für den Heizstrom kann nach festen Zeiten oder kontinuierlich erfolgen.

Im letzteren Fall ist durch asymmetrische Anordnung des Heizers auf der Drossel eine weitere Verringerung der Zündleistung möglich. Wenn nämlich durch den Heizer der Abbrand ausgelöst ist, entsteht in den Filterröhren eine hohe Temperatur, die die Zündung in den Nachbarröhren erleichtert. Während des chemischen Abbrandes kann dadurch der Heizer bereits über die nächste Filterposition verbracht werden, wenn durch entsprechende Abdeckung die Abgasmenge im bereits brennenden Filterteil reduziert bleibt, so daß der Brand nicht verlöscht.

In der Zeichnung, anhand derer die Erfindung weiter erläutert wird, ist ein keramisches oder metallisch poröses Filter 10, dessen Poren kleiner als die Rußteilchen sind, von Abgas 30 durchströmt. Das Abgas 30 dringt in die Eingangsröhren 110, 111, ... des Filters ein und tritt durch die Seitenwandung der Röhren in die Ausgangsröhren 210, 211 ... aus. Der Ruß akkumuliert auf den stromaufwärts liegenden Flächen der Seitenwände.

Ein Drosselheizer 40, bestehend aus einem Drosselbereich 41 und einem elektrischen Heizer 42, der im Windschatten des Drosselblechs 41 angeordnet ist, ist vor der Eingangsfläche 12 des Filters beweglich und wird von einem Antriebselement 50 bewegt.

Die Seitenflächen des Drosselblechs liegen dicht an der Frontfläche des Filters an, so daß nur ein geringer Teil des Abgases den vom Drosselblech abgedeckten Teil des Filters durchströmt.

Dadurch wird dieser Abgasanteil durch den Heizer 42 sehr stark aufgeheizt. Der elektrische Heizer 42 wird durch den verringerten Abgasstrom nur gering gekühlt und erreicht deshalb ebenfalls eine hohe Temperatur. Die dadurch entstehende Wärmestrahlung erhitzt den optisch gut absorbierenden schwarzen Ruß über die Entzündungstemperatur hinaus, so daß der Abbrand beginnt.

Das heiße Abgas verhindert das Verlöschen des Rußbrandes, der, nach der Zündung, allein durch die chemische Energie aufrecht erhalten wird.

Die Bewegung des Drosselheizers kann durch alle gängigen Antriebselemente erfolgen, wie beispielsweise elektrische oder pneumatische Rotations- oder Linearmotore, Bimetallanordnungen, Turbinen oder druckbewegte Kolben oder Faltenbälge.

Im Beispielsfall wird der Drosselheizer von einem Elektromotor 50 angetrieben und der elektrische Strom über Schleifringe zugeführt.

Die Energiezuführung kann auch in bekannter Weise über einen Transformator erfolgen, dessen eine Wicklung feststeht und dessen andere Wicklung auf der den Drosselheizer tragenden Welle angeordnet ist. Dazu muß die elektrische Energie als Wechselstrom vorliegen.

Das Drosselblech kann asymmetrisch zum Heizer ausgebildet sein. Dadurch ist es möglich, die Entzündungsdauer kürzer als die Dauer der Gasdrosselung zu halten. Damit kann die aufzubringende Heizleistung verringert werden, weil die Zeit für den Durchbrand länger ist, als die Zündzeit. Dabei wird der Heizer vorteilhaft kontinuierlich betrieben. Dadurch entsteht der weitere Vorteil, daß kein Steuerungsprogramm eingehalten werden muß und daß die jeweils nächsten Röhren, in denen der Ruß entzündet werden soll, durch den chemischen Abbrand aufgeheizt werden.

Claims (7)

1. Rußfilter für die mechanische Zurückhaltung von Rußteilchen im Abgas von Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß eine, einen Bruchteil der Filterfläche (12) durchströmende Abgasmenge (30) durch ein Drosselblech (41) gedrosselt ist, daß im Windschatten des Drosselblechs (41) ein elektrischer Heizer (42) auf dem Drosselblech (41) gehaltert ist und daß das Drosselblech (41) vor der Eingangsfläche (12) des Filters (10) bewegbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des den elektrischen Heizer (42) tragenden Drosselblechs (41) (Drosselheizer) langsamer als die Durchbrandzeit der jeweils brennenden Filterröhren (110, 111 ...) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung des Drosselheizers (41, 42) nach einem festgelegten Programm erfolgt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung statistisch erfolgt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung für den Heizstrom nach einem Zeitprogramm erfolgt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizer (42) nahe der bei Bewegung vorderen Kante (411) des Drosselblechs (41) angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselblech (41) in geringem Abstand über der Eingangsfläche (12 ) des Filters angeordnet ist.