DE3609221A1

DE3609221A1 - Vorrichtung zum abscheiden von russteilen aus den abgasen einer luftverdichtenden, selbstzuendenden brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3609221A1
Application number: DE19863609221
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Dr.techn. Steyr Moser
Original assignee: Steyr Daimler Puch AG
Current assignee: Steyr Daimler Puch AG
Priority date: 1985-04-02
Filing date: 1986-03-19
Publication date: 1986-10-09
Also published as: IT8619942A1; SE8601359D0; US4823549A; FR2579667A1; SU1508968A3; ATA98085A; IT1188488B; SE8601359L; AT388972B; IT8619942A0

Description

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Dipl.·-ing. K.Γ·:':: ^chke
8000 MDnchen 40, Eürr^^hsir. 34

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Rußteilchen aus den Abgasen einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem in deren Abgasleitung eingebauten, von den Abgasen durchströmten Gehäuse,

Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen, also Dieselmotoren, mit direkter oder indirekter Einspritzung, emittieren, bedingt durch das dieselmotorische Arbeitsverfahren, mit ihrem Abgasstrom Ruß in Form von Partikeln verschiedenster Größe. Diese Rußteilchen, die vorwiegend im Vollastbereich der Brennkraftmaschine und bei Beschleunigungsvorgängen entstehen, sollen aus umwelthygienischen Gründen selbstverständlich vermieden werden. Eine diesbezüglich verhältnismäßig große Verbesserung wurde durch den Einsatz von aufgeladenen Motoren erreicht, da diese mit Luftüberschuß arbeiten und daher vergleichsweise wenig Ruß emittieren. Der Abscheidung von Ruß kommt aber dann besondere Bedeutung zu, wenn sich durch verschiedene Maßnahmen zur Reduzierung der NO -Emission ein Anstieg der Rußemission ergibt. Eine gleichzeitige Verminderung der NO- und Ruß-Emission kann nur durch Sondermaßnahmen, wie Rußfilter in der .Abgasleitung der Brennkraftmaschinen, erreicht werden.

Es ist bereits bekannt, in der Abgasleitung von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen Rußfilter in Form von keramischen Monolithen einzubauen, die das Abgas durchströmen muß. Beim Durchströmen durch den feinporigen Keramikkörper werden die Rußteilchen ausgefiltert. Dabei ist aber ein abstandsweises oder kontinuierliches Regenerieren des Filters notwendig, d.h. es müssen die zunächst abgelagerten Rußteilchen entfernt werden, um die Durchlässigkeit des Filters für das Abgas dauernd zu gewährleisten, da die Brennkraftmaschine sonst nicht nur an Leistung einbüßt, sondern auch zunehmend Kraftstoff verbraucht bzw. überhaupt funktionsunfähig wird. Bei bekannten Lösungen erfolgt das Regenerieren der Filter durch Abbrennen des Rußes entweder selbsttätig bei Erreichen einer ausreichend hohen Temperatur im Filter von etwa 400 bis 800 ⁰C oder durch Anwendung besonders angeordneter Brenner, die die erforderliche Temperatur herbeiführen. Abgesehen von dem sich dabei ergebenden technischen Aufwand kann sich eine derartige Regeneration dann sehr problematisch auswirken, wenn bei relativ stark verlegtem Filter plötzlich in Bereiche hoher Abgastemperaturen, d.h. in die Nähe der Volllast gefahren wird, weil es dann zu einem schlagartigen Abbrennen des Russes mit hoher Hitzeentwicklung kommen kann, die zu einer Zerstörung des Filters überhaupt führt.

Es sind auch schon elektrostatische Rußfilter bekannt, wobei die positiv oder negativ geladenen Rußteilchen an unter Spannung liegenden Platten abgeschieden und über ein Abgasrückleitungssystem wieder der Ansaugseite der Brennkraftmaschine zugeführt werden. Da also die Rußpartikel wieder zurück in den Verbrennungsraum des Motors gelangen, erübrigt sich zwar eine besondere Filterregenerierung jedoch hat dies einen erhöhten Verschleiß der Brennkraftmaschine durch diese Rußteilchen zur Folge. Die Verschleiß-

raten können dabei ein Mehrfaches der üblichen Verschleißraten ohne Rückführung von mit Rußteilchen angereicherten Abgasen erreichen.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Mangel zu beseitigen und eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei der es möglich ist, den Ruß, der einen hochwertigen, reinen Kohlenstoff darstellt, auf andere Weise zu verwerten.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß an das mit Leitwänden od.dgl. zur mehrfachen Umlenkung des Abgasstromes versehene Gehäuse ein entleerbarer oder austauschbarer Auffangbehälter für die Rußteilchen angeschlossen und zumindest ein Teil der Leitwände im Gehäuse beweglich aufgehängt bzw. eine Abstreifeinrichtung für die Leitwände vorgesehen ist.

Die sich aus dem mehrfach umgelenkten Abgasstrom abscheidenden und an den Leitwänden ablagernden Rußteilchen werden also mittels der Abstreifeinrichtung von den Leitwänden mechanisch entfernt oder fallen bei beweglich aufgehängten Leitwänden durch die sich beim Betrieb der Kraftmaschine ergebenden Rüttelbewegungen in den Auffangbehälter, der dann entleert oder ausgetauscht werden kann. Jedenfalls werden die Leitwände immer wieder von den bereits abgeschiedenen Rußteilchen befreit, so daß sie in ihrer Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigt werden und auch die Durchlässigkeit der Vorrichtung nicht gemindert wird.

Um zu verhindern, daß der Abgasstrom während des Normalbetriebes seinen Weg über den Auffangbehälter nimmt und daher die Leitwände nicht bestreicht, ist zwischen dem Gehäuse und dem Auffangbehälter ein Rost mit verschließbaren Spalten oder wenigstens eine Verschlußklappe vorgesehen.

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Besonders zweckmäßig ist es, wenn im Auffangbehälter ein verschiebbarer Stempel zum Verdichten der sich im Behälter sammelnden Rußteilchen angeordnet ist. Dadurch kann der Raumbedarf des Auffangbehälters klein gehalten und dennoch eine relativ große Rußmenge angesammelt werden, bevor der Auffangbehälter entleert werden muß.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist zumindest ein Teil der Leitwände als an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossene und von dieser zeitweise abschaltbare Abscheideplatten ausgebildet. Es ergibt sich also eine elektrostatische Abscheidevorrichtung bekannter Funktion, die aber den Vorteil hat, daß bei beweglicher Aufhängung der Abscheideplatten während des Abschaltens von der Spannungsquelle der zunächst haftende Ruß durch die Rüttelbewegungen beim Maschinenbetrieb selbständig in den Auffangbehälter abfällt. Selbstverständlich ist das Anschließen der Leitwände an eine elektrische Spannungsquelle zur beträchtlichen Verbesserung der Abscheidungswirkung aber auch dann von Vorteil, wenn eine eigene, willkürlich betätigbare Abstreifeinrichtung vorgesehen ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens ein Teil der Leitwände als vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle sitzende, durch Schlitze einer Abstreifplatte od.dgl. drehbare Scheiben ausgebildet ist. Dabei wird der Rußbelag beim Drehen der Scheiben durch die Schlitze verläßlich abgestreift, wobei die Scheibendrehung kontinuierlich während des Maschinenbetriebes oder in bestimmten Zeitabständen oder auch händisch während des Maschinenstillstandes erfolgen kann. Dabei ist es möglich, die Betätigung der Abstreifeinrichtung im allgemeinen

bzw. das Drehen der Scheiben durch die Schlitze gesteuert in Abhängigkeit von Betriebsgrößen des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges durchzuführen.

Bei einer Vorrichtung mit als drehbaren Scheiben ausgebildeten Leitwänden soll selbstverständlich der Ruß nur an diesen Scheiben und nicht an den übrigen Leitwänden abgelagert werden, da er nur von den Scheiben leicht zu entfernen ist. Erfindungsgemäß sind daher bei Polarisierung der Rußteilchen vor dem Gehäuse die drehbaren Scheiben im Gegensinn zu den Rußteilchen gepolt.

Um zu erreichen, daß bei der Scheibendrehung der Rußbelag tatsächlich in den Auffangbehälter abgestreift wird und nicht etwa innerhalb des von den Abgasen durchströmten Gehäuserzürnes auf der Abstreifplatte liegen bleibt, ist schließlich bei etwa waagrechter Abstreifplatte und sich über den., ganzen Scheibendurchmesser erstreckenden Schlitzen nur der während der Scheibendrehung von unten nach oben durchfahrene Schlitzabschnitt mit Abstreifkanten versehen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung zum Abscheiden von Rußteilchen aus den Abgasen einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine schematisch im Längsschnitt,
Fig. 2 eine andere Vorrichtungskonstruktion in gleicher Dars t ellungswe i s e,

Fig. 3 einen zugehörigen Querschnitt und Fig. 4 einen Teilschnitt nach der Linie IV-IV der· Fig. 3.

In der Abgasleitung 1 einer nicht dargestellten, luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine ist ein Gehäuse 2 eingebaut, das zur mehrfachen Umlenkung des Abgasstromes mit Leitwänden 3, 4 und unten mit einem Rost 5 versehen ist, dessen Spalten verschlossen

werden können. Unterhalb des Rostes 5 befindet sich ein Auffangbehälter 6, der eine mit einer Klappe 7 verschließbare Entleeröffnung aufweist und in dem ein verschiebbarer Stempel 8 zum Verdichten der sich im Auffangbehälter 6 ansammelnden Rußteilchen vorgesehen ist. Mit 9 ist eine Abstreifeinrichtung bezeichnet, die den Leitwänden 3, 4 entsprechende Schlitze aufweist und mit Hilfe eines Bügels 10 auf- und abbewegt werden kann. Die Leitwände 3, 4 können an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen und von dieser zeitweise abschaltbar sein, um eine elektrostatische Abscheidung der Rußteilchen aus dem den Behälter 2 durchströmenden Abgase zu erreichen.

Bei der Ausbildung nach den Fig. 2 - A- sind die Leitwände 3a als auf einer gemeinsamen Welle 11 sitzende Scheiben ausgebildet, die durch Schlitze 12 einer waagrechten Abstreifplatte 13 gedreht werden können. Die Schlitze 12 weisen nur an den Abschnitten Abstreifkanten 14 auf, die beim gemeinsamen Drehen der Scheiben 3a mit Hilfe der Welle 11 von unten nach oben durchfahren werden, damit der Ruß nicht oben auf der Abstreifplatte 13 liegen bleibt. An Stelle eines Rostes ist der Behälter 2 mit zwei Verschlußklappen 15 versehen.

Bei der Ausbildung nach den Fig. 2 - 4 empfiehlt es sich, die Rußteilchen vor dem Gehäuse 2 in einer Corona-Entladungsstrecke zu polarisieren und die Scheiben 3a im Gegensatz zu den Rußteilchen zu polen, so daß sich die Rußteilchen dann nur an den drehbaren Scheiben 3a ablagern.

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Claims

-χ- Patentansprüche

1. J Vorrichtung zum Abscheiden von Rußteilchen aus len Abgasen einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem in deren Abgasleitung eingebauten, von den Abgasen durchströmten Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß an das mit Leitwänden (3, 4; 3a, 4) od.dgl. zur mehrfachen Umlenkung des Abgasstromes versehene Gehäuse (2) ein entleerbarer oder austauschbarer Auffangbehälter (6) für die Rußteilchen angeschlossen und zumindest ein Teil der Leitwände (3, 4; 3a, 4) im Gehäuse (2) beweglich aufgehängt bzw. eine Abstreifeinrichtung (9, 10; 13, 14) für die Leitwände (3a; 3, 4) vorgesehen ist. *

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (2) und dem Auffangbehälter (6) ein Rost (5) mit verschließbaren Spalten oder wenigstens eine Verschlußklappe (15) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Auffangbehälter (6) ein verschiebbarer Stempel (8) zum Verdichten der sich im Behälter £6) sammelnden Rußxeilchen angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Leitwände (3, 4; 3a, 4) als an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossene und von dieser zeitweise abschaltbare Abscheideplatten ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Leitwände (3a, 4) als vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle (11) sitzende, durch Schlitze (12) einer Abstreifplatte (13) od.dgl. drehbare Scheiben (3a) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Polarisierung der Rußteilchen vor dem Gehäuse (2) die drehbaren Scheiben (3a)im Gegensinn zu den Rußteilchen gepolt sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei etwa waagrechter Abstreifplatte (13) und sich über den ganzen Scheibendurchmesser erstreckenden Schlitzen (12) nur der während der Scheibendrehung von unten nach oben durchfahrene Schlitzabschnitt mit Abstreifkanten (14) versehen ist.

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