DE3731319C2

DE3731319C2 -

Info

Publication number: DE3731319C2
Application number: DE3731319A
Authority: DE
Inventors: Noboru Ishida; Norio Kato; Mitsuyoshi Nagoya Jp Kawamura
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1993-06-03
Also published as: DE3731319A1; US4761951A; JPS6348930U

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Partikelfilteranordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Eine solche, aus der US-PS 45 53 387 bekannte Partikelfilteranordnung ist in einem Auspuffsammelrohr in Kombination mit einem Druckwellenlader angeordnet. Die Partikel stoßen auf einen Filter und agglomerieren. Diese Rußagglomerate werden von Zeit zu Zeit abgebrannt, um den Filter zu regenerieren. Die Aufladeeinrichtung wird in bekannter Weise mit einer Bypassleitung überbrückt, in der ein Abgasregelventil angeordnet ist.

Aus dem DE-GM 70 39 661 ist eine Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln bekannt, die zwischen einem Auspuffkrümmer einer Brennkraftmaschine und einem Auspufftopf angeordnet ist. Die Auspuffgase werden in die Trennkammer so eingeleitet, daß diese eine Rotationsbewegung vollziehen. Dabei werden im Auspuffgas enthaltene Partikel gegen die Seitenwand der Trennkammer geschleudert. Im unteren Bereich der Seitenwand sind Auslaßöffnungen vorgesehen, durch die Partikel in eine Sammelkammer ausgetragen werden.

Die DE-PS 7 49 608 offenbart eine Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln, die eine Partikelsammelkammer aufweist. Während des Betriebes dieser Vorrichtung werden von Zeit zu Zeit mittels einem Ausstoßhahn Partikel, die in der Sammelkammer befindlich sind, abgeblasen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässig arbeitende und einfach aufgebaute Anordnung zum Abscheiden von Partikeln jeglicher Art im Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit Turbolader zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Partikelfilteranordnung, die zur Verwendung mit einem Turbolader vorgesehen ist, weist eine Filtereinrichtung mit einem Sammelabschnitt auf, der mit einem Ende einer den Turbolader überbrückenden Bypassleitung verbunden ist. In der Bypassleitung ist ein Abgasregelventil vorgesehen, das zeitweise geöffnet wird, um einen überhöhten Auspuffwiderstandsdruck abzubauen. Da die Bypassleitung mit dem Sammelabschnitt der Filtereinrichtung verbunden ist, trägt der beim geöffneten Abgasregelventil strömende Abgasstrom die angesammelten Partikel mit aus.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 und 2 in schematischer Draufsicht und Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 und 4 in schematischer Draufsicht und Seitenansicht ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine Ansicht entlang einer Schnittlinie V-V in der Fig. 3 und

Fig. 6 eine schnittbildliche Ansicht entlang einer Schnittlinie IV-IV in Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Anordnung (nicht maßstabsgerecht dar gestellt) ist eine Filtereinrichtung 100 für eine partikel förmige Substanz zwischen einen Auspuffkrümmer 102 und ein Turbinengehäuse 104 eines Turboladers 106, welche einem Motor 108 zugeordnet sind, angeordnet. In dieser Anord nung ist der Turbolader 106 mit einer festgelegten Leistung mit einem Abgasregelventil 110 ausgestattet, damit über schüssige Abgase umgeleitet werden können, um die Bildung von übermäßigen Auspuffwiderständen im Auspuffkrümmer 102 zu vermeiden.

Bei dieser Anordnung enthält die Filtereinrichtung 100 einen im wesentlichen zylindrischen Trennbehälter 120 mit einem kegelstumpfförmigen unteren Abschnitt 122, der in eine Parti kelausgabeöffnung 124 mündet. Eine Auslaßleitung 126 führt von der Partikelausgabeöffnung 124 zum Abgasregelventil 110, über welches überschüssige Abgase, welche von Zeit zu Zeit vom Motor erzeugt werden, über ein Auspuffrohr 130 und einen nicht näher dargestellten Auspufftopf an die Umgebung abge geben werden.

Wenn bei dieser Anordnung Kohlepartikel oder ähnliche Ab lagerungen, welche aus den Motorbrennkammern, den Auspuff ventilen und dergleichen kommen und/oder wenn Splitter oder säurehaltiges Material, welche durch Korrosion an den Innenwänden 5 des Auspuffkrümmers 102 entstehen, von dort abgelöst und in den Abgasstrom eintreten, treffen die Partikel, von wel chen anzunehmen ist, daß sie die Geschwindigkeit des Gas stromes aufweisen und welche aufgrund ihrer Eigenschaft eine höhere Dichte als die Auspuffgase besitzen, an die Innen wand des zylindrischen Trennbehälters, wenn sie bestrebt sind durch die Filtereinrichtung 100 zu fliegen. Bei Verringe rung der Geschwindigkeit des Abgasstromes in der Filterein richtung verbleiben die Partikel, welche einen großen Teil ihrer kinetischen Energie aufgrund des Zusammentreffens mit der Wand der Filtereinrichtung verloren haben, nicht mehr im Abgasstrom und fallen aufgrund der Schwerkraft in den kegel stumpfförmigen unteren Abschnitt 122. Die partikelfreien Auspuffgase strömen durch den oberen Teil der Filtereinrich tung nach außen in das Turbinengehäuse 104 des Turboladers 106 durch eine Verbindungsleitung 132.

Beim Öffnen des Abgasregelventils 110 in Abhängigkeit von vorhandenen über einem bestimmten Pegel liegenden Auspuff drücken wird der gesammelte partikelförmige Bestandteil aus der Filtereinrichtung 100 in das Auspuffrohr 130 durch die Fraktion der Auspuffgase ausgestoßen. Die Auspuffgase strömen bei diesen Betriebsbedingungen über die Bypass- oder Auslaßleitung 126 durch das Abgasregelventil 110.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dieser Anordnung werden die Auspuffgase tangential in eine Filtereinrichtung 200 eingeleitet, so daß die Gase bestrebt sind, entlang einem spiralförmigen Weg auf grund des Coanda-Effekts, wie es in der Fig. 5 durch den dicken Pfeil dargestellt ist, zu strömen. Die partikelförmi gen Anteile sind bestrebt, tangential in eine Sammelleitung 202 (wie es durch die ausgezogenen Pfeile dargestellt ist) zu fliegen. Diese Sammelleitung führt zum Abgasregelventil 110. Partikelförmige Bestandteile, welche nicht der anfänglichen "Zentrifugal"-Trennung unterliegen, sind bestrebt, an die Innenfläche einer wendelförmigen Wand 204 der Filtereinrich tung 200 anzustoßen. Dabei werden sie aus dem Gasstrom ge trennt, bevor sie in eine Verbindungsleitung 206 gelangen, welche zum Turbinengehäuse 104 des Turboladers 106 führt.

Bei beiden Ausführungsbeispielen ist es von Vorteil, die Verbindungsleitungen 132, 206, welche die Ab gase aus der Filtereinrichtung zum Turbinengehäuse 104 des Turboladers leiten, entweder aus Keramikmaterial oder aus rostfreiem Stahl (oder einem ähnlichen Metall, das korro sions- und hitzebeständig ist) herzustellen.

Mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung wurden Versuche durchgeführt, wobei ein Motor mit 2000 cm³ Hubraum verwendet wurde, der mit einem Turbolader ausgestattet war, welcher ein Keramikturbinenrad mit 60 mm Durchmesser aufwies. Der Motor wurde so betrieben, daß eine Fahrzeugbeschleunigung von 0 bis 100 km/h simuliert wurde. Selbst nachdem dieser Test in 1000 Zyklen fortgesetzt wurde, zeigte das Turbinen rad keine feststellbaren Anzeichen von Zerstörung.

Wie erläutert wurde, wird durch die Kombination der Trenn einrichtung mit dem Abgasregelventil in vorteilhafter Weise ein Entleeren der Trenneinrichtung jedes Mal dann erreicht, wenn das Abgasregelventil geöffnet wird. Hierdurch werden die Abmessungen und die Serviceanforderungen an die Einrich tung verringert, da die gesammelten partikelförmigen Bestand teile von Zeit zu Zeit automatisch entfernt werden.

Claims

1. Partikelfilteranordnung für eine Aufladungs-Brennkraftmaschine mit
einer Filtereinrichtung, die zwischen einem Krümmer und einer Aufladungseinrichtung angeordnet ist, und
einem stromabwärts der Filtereinrichtung angeordneten Abgasregelventil, das in einer die Aufladungseinrichtung überbrückenden Bypassleitung angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufladungseinrichtung ein Turbolader (106) mit einem Turbinengehäuse (104) und einem darin angeordneten Turbinenrad ist und
daß die Filtereinrichtung (100, 200) einen Sammelabschnitt (122, 204) aufweist, der mit einem Ende der Bypassleitung (126, 202) verbunden ist zum Ausstoßen der angesammelten partikelförmigen Bestandteile in einer Öffnungsstellung des Abgasregelventils (110).

2. Partikelfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (100; 200) über eine Verbindungsleitung (132; 206) aus korrosionsbeständigem Material mit dem Turbinengehäuse (104) verbunden ist.

3. Partikelfilteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung (200) spiralförmig ausgebildet ist, wobei die vom Auspuffkrümmer (108) über eine Leitung (102) oder mehrere Leitungen (102) zugeführten Auspuffgase tangential in die Filtereinrichtung (200) eingeleitet werden und einen spiralförmigen Strömungsweg fließen.

4. Partikelfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (100) einen Trennbehälter (120) aufweist, der einen kegelstumpfförmigen unteren Abschnitt (122) mit einer Partikelauslaßöffnung (124) aufweist, die über die Bypassleitung (126) mit dem Abgasregelventil (110) verbunden ist.