DE3635038A1 - Vorrichtung zum beseitigen von russ aus den abgasen einer brennkraftmaschine, insbesondere dieselbrennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zum beseitigen von russ aus den abgasen einer brennkraftmaschine, insbesondere dieselbrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Beseitigen
von Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere
Dieselbrennkraftmaschine, bestehend aus einem metallischen Ge
häuse mit Zu- und Ableitungsstutzen für den Abgasstrom und
einem im Gehäuse angeordneten Filtereinsatz, welcher ein nicht
metallisches hochtemperaturfestes Filtermittel in Form einer
Granulatschüttung enthält, die in einem Halterungselement an
geordnet ist, wobei der Filtereinsatz im Filtergehäuse eine
Rohgaskammer von einer Reingaskammer abtrennt und eine elek
trische Stromquelle zum gesteuerten Abbrennen des an dem
Filtermittel abgelagerten Rußes Verwendung findet, nach
Patent .... (Anmeldung P 36 22 623.8).
Gemäß Hauptanmelung P 36 22 623.8 dient dabei der Ruß selbst
als elektrischer Heizleiter. Es können Oberflächenfilter
(beispielsweise Garn- oder Gewebefilter) oder Tiefenfilter
(beispielsweise Schüttgut- bzw. Granulatfilter) Verwendung
finden.
Oberflächenfilter laufen Gefahr, von Verbrennungsrückständen
wie Ascheanteilen zugesetzt zu werden. Granulatfilter hingegen
erfahren durch solche Ascheteilchen lediglich eine Volumenver
größerung, sofern nicht vorher ein Austragen durch das den
lockeren Granulatverband durchströmende Abgas erfolgt. Granulat
filter, sofern diese wie in der Praxis üblich in loser Schüttung
realisiert sind, benötigen allerdings in der Regel ein großes
Schüttgutvolumen und damit ein beträchtliches Gewicht, das ihre
Anwendung am Fahrzeugmotor (oft) uninteressant macht.
Gründe für den großen Volumenbedarf von Schüttgut-Filtern ist
der verhältnismäßig lange mittlere Weg, den das jeweilige ruß
beladene Abgas im Granulat zurücklegen muß, damit eine bestimmte,
erwünschte Abscheidewahrscheinlichkeit für den enthaltenen Ruß
erreicht wird.
Unmittelbar abhängig ist vorgenannte "Abscheide-Weglänge" von der
mittleren Granulatkorngröße, wenn zunächst einmal vom Einfluß
der Abgasgeschwindigkeit im Geschütt abgesehen wird. Dies hängt
damit zusammen, daß wachsender Granulatteilchen-Durchmesser
zugleich auch zunehmenden Querschnitt des mittleren freien
mikroskopischen Durchtrittsquerschnittes für das Abgas be
deutet, was letztlich abnehmende Abscheideleistung zur Folge
hat, die dann nur mit größerer Schütthöhe (entspricht größerer
Abscheide-Weglänge) zu verbessern ist.
Die hieraus hervorgehende Schlußfolgerung, Granulatkorngrößen
mit kleineren Durchmessern bei der Bemessung des Filters zu
wählen, hat insofern Grenzen, als die damit einhergehende
Forderung nach einer Absenkung der Gasdurchtrittsgeschwindig
keit (zwecks Vermeidung von Austragsverlusten) zu einer Ver
größerung der abgaseinleitenden Siebbodenfläche führt.
Kleiner ausfallende Schütthöhe bei gleichzeitig vergrößerter
Anströmfläche und kleinerem Granulatdurchmesser folgen also
einem Bildungsgesetz, das nicht zu der erwarteten Volumen
und damit Gewichtsverringerung führt, die Voraussetzung für
den Einsatz des Schüttgutfilters im Fahrzeug ist.
Einen Ausweg, gewichtsärmere Granulatstrukturen dennoch für die
Realisierung eines Tiefenfilterkonzeptes einsetzen zu können,
bietet die Fesselung der Schüttung.
Der Grundgedanke ist hierbei folgender: Bei (üblichen) Granulat
filtern ist der zulässige Volumenstrom pro Durchtrittsflächen
einheit in großer Annäherung abhängig von einem bestimmten Wert
des Verhältnisses der beiden Kräfte, die am einzelnen Schüttgut
korn während des Betriebes angreifen. Es handelt sich dabei
einmal um die an der Kornoberfläche angreifende, von der
Strömungsgeschwindigkeit abhängige Schleppkraft (entgegen
Schwerkraft wirkend), die der Gewichtskraft des gleichen Korns
entgegenwirkt. Übersteigt die Schleppkraft die Gewichtskraft
(Verhältnis der Kräfte überschreitet den Wert 1) erfolgt das un
erwünschte Austragen des Korns. Wird dagegen eine Austrags
sperre in Form eines Siebes vorgesehen, so läßt diese erheblich
höhere Strömungsgeschwindigkeiten im Filterinneren zu, bis hin
zu einem Wert des Druckabfalles, der als Gegendruckkomponente des
Abgasstranges vom Motor gerade noch toleriert wird. Es ist un
schwer einzusehen, daß sich ein solches Filter durch einen ver
gleichsweise geringen Schüttgutbedarf auszeichnet, somit also
Fahrzeugtauglichkeit verspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Rußfilter
der eingangs erwähnten Art eine besonders gut wirkende betriebs
sichere und verhältnismäßig einfache Schüttgutfesselung zu
schaffen, durch die sich im Filter ein sehr hoher Rußabscheide
grad ergibt.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch
gelöst, daß das Halterungselement aus zwei senkrecht und koaxial
angeordneten perforierten Rohrkörpern, einen ersten Kreisring
raum bildend, besteht, daß die dem ersten Kreisringraum zuge
wandten Oberflächen der durchlöcherten Rohrkörper mit jeweils
einem feinmaschigen Sieb und einem daran anschließenden grob
maschigen Sieb belegt sind, daß das Abgas den derart aufge
bauten Filtereinsatz quer zur Schwerkraftwirkung der Granulat
partikel durchströmt und daß zur Verdichtung der Granulat
schüttung der erste Kreisringraum über einen an diesen an
schließenden im oberen Bereich des Filtergehäuses vorliegenden
zweiten Kreisringraum mit Druckluft beaufschlagbar ist.
Durch die Erfindung wird eine doppelte Fesselung des Schütt
gutes erreicht, einmal durch die Siebeinlagen und zum zweiten
durch die Druckluftbeaufschlagung. Dabei wird dieser Effekt
noch durch die spezielle Anordnung bzw. Ausbildung des Filter
einsatzes sowie die beschriebene Abgasführung unterstützt.
Auf diese Weise wird der vom Abgas erzeugte Druckabfall im
Geschütt daran gehindert, dasselbe aufzulockern, was zu
einer unerwünschten Verschlechterung des Rußabscheidegrades
führen würde.
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird der Überdruck dem
zweiten Kreisringraum über eine Leitung mittels Druckminderer
üblicher Bauart zugeführt. Reichen die, von den natürlichen
mechanischen Schwingungen des Auspuffs, wie auch die von der
Druckoberwelligkeit des Abgases erzeugten Rüttelbewegungen
nicht aus, um Pfropfbildung während des Druckluftaufschaltens
im Granulat zu vermeiden, kann Abhilfe über einen auf Resonanz
abgestimmten Ultraschall-Schwinger geschaffen werden, der
über einen Festkörper-Wellenleiter an der Bodenplatte des
Filtergehäuses angebracht ist. Für den Fall, daß das Ruß
und Ascheangebot des Abgases zu einer unerwünschten Erhöhung
des Strömungswiderstandes des Filters infolge Porenverengung
geführt hat, kann über ein Absperren der Druckluftzufuhr mittels
Magnetventil (bei gleichzeitig angeworfenen Ultraschallschwinger)
eine Auflockerung und damit eine Expansion des Granulatvolumens
eingeleitet werden. Durch erneutes Druckbeaufschlagen ist so
dann die Granulatschüttung wieder zu verdichten , wobei für
die Dauer des kurzzeitigen Formiervorgangs der Ultraschall-
Schwinger eingeschaltet bleiben sollte. Steuerbar ist dieser
Vorgang beispielsweise mit einer federgefesselten Metallbalgen-
Druckmeßdose, die bei Überschreiten eines kritischen Abgasgegen
druckes (Schließen eines Kontaktes) die Wirkungskette: Druckluft
sperren - Ultraschallschwinger anwerfen - Druckluft zuschalten -
Ultraschallschwinger abschalten - ingang setzt.
Zur elektrischen Rußentsorgung gemäß Verfahren nach der Haupt
anmeldung P 36 22 623.8 ist der mit Granulat gefüllte erste
Kreisringraum mit einer spannungsführenden Siebzylinderelektrode
(aus grobmaschigem Draht) versehen, die in der Nähe der Anström
seite angeordnet (hier liegt das Maximum der Rußabscheidung) und
mittels isolierenden Distanzstücken (z. B. Kugeln) lagefixiert
wird. Diese Siebzylinderelektrode steht über einen elektrischen
Leiter, der durch eine Isolierung in der Filtergehäuse-Boden
platte zugeführt wird, mit einer elektrischen Versorungseinheit
in Verbindung. Hierbei sorgen plattenförmige (entweder aus
einzelnen Teilen oder aus einem einzigen umlaufenden Teil)
Distanzstücke aus Keramik für eine Druckkraftentlastung des
Isolators.
In vorteilhafter Weise übernimmt das an das Feinsieb an
schließende grobmaschige Sieb die Elektrodenfunktion für das
Massepotential der angelegten Stromquelle. Dabei ist dieses
so ausgebildet, daß der Durchtritt der elektrischen Feldlinien
auf das Feinsieb (würde zur Zerstörung desselben führen) nahezu
ausgeschlossen wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Schaltungs
gesichtspunkten der Unteransprüche 5 und 6. Hierbei dient ein
in den Entladepfad einer Stromstoßeinheit eingefügter Varistor
dem Zweck, eine zeitliche Formierung des Entladestromes zu er
zwingen, um eine thermische Zerstörung von Granulat- bzw.
Elektrodenwerkstoff zu vermeiden.
Nachstehend wird anhand der Zeichnung die Erfindung näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Schüttgutfilter nach der
Erfindung
Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt des vom Abgas ange
strömten Filtereinsatzes gemäß Fig. 1 zur Erläute
rung des elektrischen Geschehens in der Nähe der an
geströmten Filteroberfläche.
Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild des Steuerkreises für die
Zündeinleitung der elektrischen Rußverbrennung mittels
leistungseingeprägt arbeitender Stromversorgung (auf
bauend auf die Hauptanmeldung P 36 33 623.8).
Das Rußfilter 1 weist ein Filtergehäuse 2, bestehend aus einem
zylindrischen Blechmantel, auf, welcher an seinen Enden durch
Stirnplatten 2 a und 2 b abgeschlossen ist. Dabei bildet 2 a die
Deckplatte und 2 b die Bodenplatte. In seinem Inneren liegt ein
Filtereinsatz 5 vor. Dieser ist wie folgt aufgebaut: Zwei senk
recht und koaxial angeordnete perforierte Rohrkörper 10 und 11
bilden ein Halterungselement 7 für eine feinkörnige Granulat
schüttung 6. Die Schüttung (aus einem nichtleitenden, temperatur
beständigen Material, z. B. SiO2) wird dabei in einem durch die
Rohrkörper 10 und 11 gebildeten ersten Kreisringraum 12 unterge
bracht. Zur Verhinderung des radialen Austritts von Granulat
sind die dem Kreisringraum 12 zugewandten Oberflächen der durch
löcherten Rohrkörper 10 und 11 jeweils mit einem temperaturbe
ständigen feinmaschigen Sieb 13 bzw. 13 a belegt. Dessen Maschen
weite ist so zu wählen, daß die - aufgrund der endlichen Band
breite der Korngrößenverteilung - kleinsten vorhandenen Partikel
der Schüttung noch sicher zurückgehalten werden.
Die Abgaseinleitung zu dem eben beschriebenen achsparallel zur
Schwerkraft der Granulatpartikel ausgerichteten Filtereinsatz 5
erfolgt über einen tangential (aus Gründen der Vergleichmäßigung
der Strömung; Vermeidung von Prallzonen) am Filtergehäuse 2 in
der Nähe der Bodenplatte 2 b, angebrachten Einlaßstutzen 3. Das
rußbeladene Abgas passiert dann, unter Entwicklung einer Drall
strömung, zuerst eine kreisringförmige Rohgaskammer 8, durch
strömt dann den Filtereinsatz 5 und verläßt dann über einen
mittigen zylindrischen Sammelraum (Reingaskammer 9) bzw. über
einen zentrisch in der Deckplatte 2 a eingelassenen Auslaß
stutzen 4 gereinigt wieder das Filter (zur Strömung des
Abgases vergleiche Pfeile 26).
Im oberen Bereich des Filtergehäuses 1 schließt sich über den
ersten Kreisringraum 12 ein zweiter Kreisringraum 15 an. Dieser
Raum stellt ein Ausweichvolumen für das ständig mit Asche sich
anreichernde und somit geringfügig, aber stetig expandierende
Granulatvolumen dar. Dieser zweite Kreisringraum 15 wird durch
den nach innen verlängerten zylindrischen Auslaßstutzen 4 und
einem Stützring 16 (dient zur Abstützung des perforierten Rohres
11) gebildet. Das andere perforierte Rohr 10 stützt sich am Aus
laßstutzen 4 ab. Beide Rohre 10 und 11 sind mit der Bodenplatte
2 b verbunden.
Dieser zweite Kreisringraum 15 ist über eine Leitung 17 zur
Verdichtung der Granulatschüttung 6 mit Druckluft beaufschlag
bar. Diese wird einem üblichen nicht gezeigten Druckminderer
entnommen und kann über ein Magnetventil 18 zu- oder abgeschaltet
werden. Die Druckluftbeaufschlagung kann mit einem an der
Bodenplatte 2 b des Filtergehäuses 2 angebrachten (ebenfalls nicht
gezeigten) Ultraschall-Schwinger (dient zur Auflockerung des
Granulats) betrieben werden. Natürlich kann der Ultraschall-
Schwinger auch alleinig arbeiten.
Zur elektrischen Rußentsorgung, die durch direktes Aufheizen des
Rußes mit elektrischer Leistung erfolgt, ist der erste Kreisring
raum 12 mit einer grobmaschigen Siebzylinderelektrode 19 ver
sehen, die mittels isolierenden Distanzstücken 20 lagefixiert
wird. Im Ausführungsbeispiel sind es Kugeln, die in halbkugel
förmigen Vertiefungen der Siebzylinderelektrode 19 vorliegen.
Über einen elektrischen Leiter 23, der innerhalb eines Isolators
22 durch die Bodenplatte 2 b geführt und mit der Elektrode 19 ver
bunden ist, wird eine elektrische Versorungseinheit an die
Elektrode 19 angeschlossen. Damit auf den Isolator 22 nicht die
Druckkraft der Elektrode 19 wirkt, sind im unteren Bereich des
Kreisringraumes 12 plattenförmige Distanzstücke 21 aus Keramik
vorgesehen.
An die feinmaschigen Siebzylinder 13 bzw. 13 a (Granulatrück
haltesiebe) des Kreisringraumes 12 schließen sich (nach innen)
unmittelbar grobmaschige Siebzylinder 14 bzw. 14 a an (Maschen
weite ca. 0,8 mm). Diese stehen mit dem Massepotential der an
gelegten Stromquelle in Verbindung. Diese Grobsiebvorlage 14
bzw. 14 a schließt bei entsprechender Auslegung den Stromzutritt
zur Feinsiebvorlage 13 bzw. 13 a per Potentialsteuerung aus.
Einzelheiten hierzu sind der Fig. 2 zu entnehmen.
Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Filterein
satzes und gibt skizziert das elektrische Geschehen in der Nähe
der angeströmten Filteroberfläche wieder. Wird von einer
makroskopisch homogenen Verteilung abgeschiedenen Rußes inner
halb des Granulates ausgegangen, bildet sich die in der Figur
angedeutete Dichte-Verteilung des elektrischen Stromes aus.
Wichtig ist dabei, daß die Feldlinien in ihrer überwiegenden
Mehrzahl auf der thermisch höher belastbaren Drahtoberfläche von
14 enden. Würden sie hingegen am filigranen Rückhaltesieb 13
enden, ist mit dessen Zerstörung infolge zu großer thermischer
Belastung zu rechnen (zu hohe mikroskopische elektrische Lei
stungsdichte bei der Zündpfadausbildung!). Je kleiner die
Maschenweite bzw. je größer der Drahtdurchmesser des Siebes 14
gewählt wird, umso geringer wird die Gefahr des "elektrischen
Durchgriffes" durch das potentialsteuernde Gitter von 14 hin
durch. Andererseits ist der Drahtdurchmesser nur so groß zu
wählen, wie es die Stromdichteverhältnisse an der Drahtober
fläche im Gebiet der Zündzone erfordern. Damit ist sicherge
stellt, daß der feldlinienfreie Raum 24 hinsichtlich seines
Volumens in erwünschter Weise minimal gehalten wird. So ist zu
gleich sichergestellt, daß der elektrisch gestartete und sich
verselbständigende Abbrand, entgegen der Strömungsrichtung
wandernd, die Räume 24 bis hin zum Rückhaltesieb 13 erfaßt und
deren Zusetzen mit Ruß
ausschließt. In gleicher Weise entwickelt sich eine Heizstrom
verteilung hin zur erdpotentialbehafteten Siebwand 14 a des
Abgasaustrittes. Da das, sich im Kreisringraum 12 ausbildende
Rußabscheideprofil sein Maximum an der Anströmseite ausbildet,
ist es zweckmäßig, den Elektrodenzylinder 19 hinsichtlich seines
Durchmessers so auszubilden, daß sein radialer Abstand zur An
strömseite hin geringer ist als zur Abströmseite.
Zur sicheren Einleitung der elektrischen Rußverbrennung dient
eine elektrische Schaltungsvorrichtung gemäß Fig. 3.
Der im vorliegenden Fall erforderlichen - leistungseingeprägt
arbeitenden - Stromquelle Q ist eine Stoßstromquelle elektrisch
parallel zu schalten. Sie besteht im wesentlichen aus einem
Kondensator C der mit Hilfe eines timer-gesteuerten Schaltmit
tels S (Relaiskontakt oder Thyristor) über einen Varistor R 2
(spannungsabhängiger Widerstand aus Siliziumcarbid) auf das
Elektrodensystem des Granulatfilters, letztlich also auf den
Rußersatzwiderstand R 1 geschaltet wird.
Über die Entkoppelungsdiode D 2 wird der Kondensator C mit Hilfe
der Hochspannungsquelle H ständig im aufgeladenen Zustand ge
halten. Eine weitere Entkopplungsdiode D 1 verhindert ein
unerwünschtes Entladen von C in die Stromquelle Q. Für die
Taktsequenz der Kondensator-Entladung kommt ein Frequenzbereich
von 1-0,2 Hz infrage, was bei der timer-Auslegung (frei
laufender Multivibrator) entsprechend zu berücksichtigen ist.
Zweck des Einsatzes des Stoßstrom-Erzeugers ist folgender:
Soll der Rußfilter aus voll beladenem Zustand gestartet
werden, kann dies einen sehr niederohmigen Rußersatzwiderstand
bedeuten, insbesondere dann, wenn das Rußaufkommen einer länger
andauernden Vollastphase des Motors entstammt.
Bezeichnend für die Qualität des dabei emittierten Rußes ist
dessen "Trockenheit". Darunter ist das Fehlen elektrisch
isolierender Kondensathüllen aus Kohlenwasserstoffen zu ver
stehen, die sonst einen großen Übergangswiderstand zwischen
den einzelnen Rußpartikeln erzeugen und selbst bei hoher Ab
scheidedichte "nassen Rußes" zu vergleichsweise hohen Ersatz
widerständen führen (Teillastzustand des Motors). Im vorer
wähnten Falle des Trockenrußes fehlen jedoch diese Übergangs
widerstände, was die genannte Niederohmigkeit verständlich
macht.
Da nun aber das leistungseingeprägt (gleichbedeutend mit strom
begrenzt) arbeitende Netzgerät Q nur kleine Ströme abzugeben
vermag (die zur Aufrechterhaltung der sogenannten "Brennzone"
völlig ausreichen) kann es folglich keine solche Stromdichte
innerhalb der nahezu homogenen Ortsverteilung des Rußwider
standes erzeugen, um eine Erhitzung hin bis zur Bildung einer
Brennzone sicherzustellen.
Mit einer Hilfsstromquelle - wie sie der Kondensator C darstellt -
die für sehr kurze Zeit eine so hohe Stromdichte im Rußdepot er
zeugt, daß die Brennzonenentstehung (diese ist zum einen zurück
zuführen auf die Mikroinhomogenität der Widerstandsverteilung
vor dem Zeitpunkt der Zündung, sowie zum anderen auf den hin
sichtlich Stromverteilung ortskonzentrierend wirkenden negativen
Temperatur-Koeffizienten des spezifischen elektrischen Wider
standes von Ruß) gerade angeworfen wird, kann oben geschilderte
Schwierigkeit wirkungsvoll umgangen werden. Ist die Brennzone
einmal auf diese Weise erzeugt, stellt sie eine extrem nieder
ohmige Unstetigkeitsstelle in der Widerstandsverteilung zwischen
den Elektrodenflächen dar, die aufgrund des negativen Temperatur-
Koeffizienten des spezifischen elektrischen Widerstandes lawinen
haft die Eigenschaft entwickelt, elektrische Energie aus Bezirken
außerhalb der Brennzone auf sich zu vereinigen und den Energie
umsatz wie die Temperatur in kürzester Zeit so zu vergrößern,
daß - wenn vorher nicht für eine Stromabsenkung gesorgt wird -
mit thermischen Zerstörungen der betroffenen Brennzone ge
rechnet werden muß.
Um letzteres sicher auszuschließen ist der zeitliche Verlauf
des Kondensator-Entladestromes wie folgt zu beeinflussen:
Ein kurz andauernder Spitzenstrom erzeugt zunächst die Brenn
zone, gleich darauf sollte dieser Strom auf solche Werte ab
fallen, daß die Brennzone mit ihrer Stromkonzentratorwirkung
gerade noch aufrecht erhalten wird, dies jedoch bei einem
örtlichen Energieumsatz, der thermische Verträglichkeit mit der
Umgebung sicherstellt.
Das zeitliche Abfallen des Stromes auf den Wert Null sollte
von einer Zeitdauer gekennzeichnet sein, die größer ist als
der Kehrwert der Impulsausgabefrequenz der Stromversorgung Q.
Auf diese Weise ist die Aufrechterhaltung der Brennzone infolge
Übernahme der dortigen Energieerzeugung von dem der Strom
erzeugungseinheit Q entstammenden Strom sichergestellt. Er
zwingen läßt sich der vorgenannte Verlauf des Stoßstromes, indem
der Entladestrom über den Varistor R 2 geführt wird. Die Eigenart
dieses aus Siliziumcarbid bestehenden Widerstandes besteht darin,
daß sein augenblicklicher Widerstandswert von der augenblick
lichen Entladespannung am Kondensator C abhängt, hohe Anfangs
ladespannung des Kondensators bedeutet niedrigen Widerstands
wert von R 2, also hoher erwünschter Stoßstrom; kleiner werdende Lade
spannung hat wachsenden Widerstand und damit kleineren, dafür
aber länger andauernden Strom (vergleichen mit Entladung über
normalen Widerstand mit konstantem Widerstandswert) zur Folge.
Aufgrund des endlichen Wertes des Brennzonen-Ersatzwiderstandes,
der zudem Stromabhängigkeit aufweist, ist für sehr große, von den
Elektrodenflächen eingeschlossenen Granulatvolumina abzusehen,
daß der Rußersatzwiderstand des nicht-gezündeten Rußdepots
kleiner ist als der Ersatzwiderstand der Zündzone, sofern diese
mit dem thermisch höchstzulässigen Heizstrom gespeist wird.
In einem solchen System kann eine Brennzonenerzeugung auch mit Stoß
stromquelle nicht verwirklicht werden, da sonst mit thermischer
Zerstörung zu rechnen ist. Abhilfe schafft hier eine Aufteilung
in mehrere elektrisch getrennte Elektroden-Zonen, die ihrer
seits mittels timer-gesteuerten Umschalter (z. B. Relaiskette)
in schneller Folge zeitlich nacheinander (in endloser Wieder
holung) an die Parallelschaltung aus Netzteil Q und Stoßstrom
einheit zu legen sind. Die Unterteilung der Elektrodenfläche
in mehrere kleinere, flächengleiche Abschnitte kann einhergehen
mit einer Aufteilung des Filters in mehrere strömungstechnisch
parallel-geschaltete Granulatfiltereinheiten, die in einem
gemeinsamen Filtergehäuse untergebracht sind. Dabei stellt jedes
Filterelement zugleich eine zuschaltbare Elektrodenteilfläche
dar. Dies ist unter Umständen auch aus Formgebungsgründen sinn
voll.
Abschließend ist noch auf eine weitere Anwendung der Druckluft
abschaltung hinzuweisen, z. B. bei solchen Betriebszuständen
des Dieselmotors, die von so geringer Ruß-Emission gekennzeichnet
sind, daß gemäß gesetzgeberischer Auflage keine Filterung er
folgen müßte. Würde während solcher Betriebszustände mit aufge
lockertem Granulat gefahren, bedeutete dies aufgrund des ge
ringeren Druckabfalles im Filter in erwünschter Weise geringere
Verluste des Motors. Denkbar wäre, mittels Kennfeldsteuerung über
das Magnetventil, das Filter immer nur dann im vorgenannten
Sinne zu aktivieren, wenn es wirklich benötigt wird.
Auch könnte zusätzlich zum Filter und zwar stromaufwärts zum
Filter ein elektrostatischer Koagulator zum Einsatz kommen. Durch
die dort erfolgte Bildung von Agglomeraten (aus den primär am
Motoraustritt anfallenden Rußteilchen entstehen neue Rußpartikel
mit erheblich größerem Durchmesser) könnte eine Filterbemessung
vorgenommen werden, die geringere Druckabfälle am Granulatkörper
verspricht.
Realisierbar ist dies entweder durch Verkleinerung des Kreisring
raumes 12 - bei gleichbleibenden Granulatkorn-Durchmesser - oder
infolge Verwendung größerer Granulatkorn-Durchmesser bei konstant
gehaltener Kreisringraumgröße (mittlerer mikroskopischer
Porengang-Durchmesser darf größer werden). Erstgenannte
Maßnahme hätte den Vorteil einer Gewichtsverminderung;
die zweite Maßnahme hat grobmaschigere und damit stabilere
Rückhaltesiebe 13 bzw. 13 a zur Folge.
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Beseitigen von Ruß aus den Abgasen einer
Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselbrennkraftmaschine,
bestehend aus einem metallischen Gehäuse mit Zu- und Ab
leitungsstutzen für den Abgasstrom und einem im Gehäuse an
geordneten Filtereinsatz, welcher ein nichtmetallisches
hochtemperaturfestes Filtermittel in Form einer Granulat
schüttung enthält, die in einem Halterungselement ange
ordnet ist, wobei der Filtereinsatz im Filtergehäuse eine
Rohgaskammer von einer Reingaskammer abtrennt und eine
elektrische Stromquelle zum gesteuerten Abbrennen des an
dem Filtermittel abgelagerten Rußes Verwendung findet,
nach Patent .... (Anmeldung P 36 22 623.8), dadurch gekenn
zeichnet, daß das Halterungselement (7) aus zwei senkrecht
und koaxial angeordneten perforierten Rohrkörpern (10, 11),
einen ersten Kreisringraum (12) bildend, besteht, daß die
dem ersten Kreisringraum (12) zugewandten Oberflächen der
durchlöcherten Rohrkörper (10, 11) mit jeweils einem fein
maschigen Sieb (13 bzw. 13 a) und einem daran anschließenden
grobmaschigen Sieb (14 bzw. 14 a) belegt sind, daß das Abgas
den derart aufgebauten Filtereinsatz (5) quer zur Schwer
kraftwirkung der Granulatpartikel (6) durchströmt und daß
zur Verdichtung der Granulatschüttung (6) der erste Kreis
ringraum (12) über einen an diesen anschließenden im oberen
Bereich des Filtergehäuses (2) vorliegenden zweiten Kreis
ringraum (15) mit Druckluft beaufschlagbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckluftbeaufschlagung, erreicht durch einen Druck
minderer über eine Leitung (17) und ein Ventil (18), mit
einem an der Bodenplatte (2 b) des Filtergehäuses (2) an
gebrachten Ultraschallschwinger koppelbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur elektrischen Rußentsorgung der erste Kreisringraum (12)
mit einer Siebzylinderelektrode (19) versehen ist, die an
strömwandnah mittels isolierenden Distanzstücken (20)
zentriert und in der Nähe der Gehäusebodenplatte (2 b)
mittels Keramikplatten (21) einen durch die Gehäuseboden
platte (2 b) durchgeführten Isolator (22) - zur Isolierung
einer elektrischen Zuführungsleitung (23) zur Elektrode
(19) - druckkraftentlastet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Grobsiebvorlage (14 bzw. 14 a) die Elektrodenfunktion
für das Massepotential übernimmt und zugleich den Strom
zutritt zur Feinsiebvorlage (13 bzw. 13 a) per Potential
steuerung ausschließt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß der mit den Elektroden (14, 14 a, 19) in
Verbindung stehenden leistungseingeprägt arbeitenden Strom
versorgung (Q) eine Stromstoßeinheit (25) über eine
Diode (D 1) parallel geschaltet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stromstoßeinheit (25) im wesentlichen aus einem aus
einer Hochspannungsquelle (H) über eine Diode (D 2) ge
speisten Kondensator (C), der mit Hilfe eines timer-ge
steuerten Schaltmittels S (Relaiskontakt oder Thyristor)
über einen Varistor R 2 (spannungsabhängiger Widerstand aus
Siliziumcarbid) auf das Elektrodensystem des Granulat
filters, letztlich also auf den augenblicklichen Rußer
satzwiderstand R 1 geschaltet wird, besteht.
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