DE3800723A1

DE3800723A1 - Russabbrennfilter fuer dieselmotoren

Info

Publication number: DE3800723A1
Application number: DE19883800723
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Heuer; Rudolf Dipl Ing Frank; Reinhold Mohr; Rudolf Maischein
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1988-01-13
Filing date: 1988-01-13
Publication date: 1989-07-27
Also published as: DE3800723C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußabbrennfilter für Diesel motoren mit mindestens einem in einem Filtergehäuse ange ordneten Filterelement und mit einer Vorrichtung zum Ab brennen von am Filterelement abgelagerten Rußpartikeln.

Derartige Filter zum Abscheiden von Rußpartikeln aus den Abgasen eines Dieselmotors sind z.B. in der DE-PS 30 07 642 beschrieben. Dabei liegen in einem mit Zu- und Ab leitungsstutzen für das Abgas des Motors versehenen Gehäuse mehrere an ihrem einen Ende am Gehäuse befestigte Stütz rohre. Auf diese Stützrohre ist Garn aus Siliziumdioxid fasern als Filtermaterial für die auszuscheidenden festen Bestandteile im Abgas aufgespult.

Ein Nachteil solcher Filter ist, daß sie durch eine zu große Anlagerung von Rußpartikeln verstopfen. Ein selb ständiges Freibrennen der Filterelemente ist durch die niedrige Abgastemperatur eines Dieselmotors nicht möglich; es muß daher zusätzliche Energie in großem Maße zum Frei brennen des Filters aufgebracht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Rege nerierung an sich bekannter Rußfilter ohne Beeinträchtigung des laufenden Maschinenbetriebs und bei möglichst geringem Energieverbrauch zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich nenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Um an sich bekannte Filterelemente, die als Wickelfilter, sog. Filterkerzen, ausgebildet sind, werden Widerstands drähte als elektrische Heizelemente angebracht. Dies kann z.B. durch wendelförmige Aufwicklung der Drähte um den Filterkerzenkörper erfolgen, oder dadurch, daß mehrere Drähte parallel zueinander um den Umfang des Kerzenkörpers gelegt werden. Außerdem können im wesentlichen quer zur Richtung der Heizdrähte, d.h. in Richtung der Längsachse des Filterelements, verlaufende, elektrisch von den Heiz drähten isolierte (z.B. durch Oxidation), wärmeleitfähige Drähte vorgesehen sein, so daß ein schlauchförmig um die Filterkerze liegendes Drahtgeflecht entsteht. Dieses Draht geflecht kann in seiner Längsachse geteilt sein. Die einen Enden der Heizdrähte an den beiden so entstandenen Längs kanten des Geflechts werden über eine Längsschiene jeweils elektrisch miteinander verbunden und diese beiden Längs schienen werden an die entsprechenden Klemmen einer Spannungs quelle angeschlossen. Selbstverständlich ist es auch denk bar, die Heizdrähte in Längsrichtung des Filterelements anzuordnen und die wärmeleitfähigen Drähte in Umfangsrichtung. Dementsprechend müßten die elektrischen Anschlüsse an Beginn und Ende des Filterelements vorgesehen werden.

Da die aufzubringende Leistung für eine Regenerierung des gesamten Rußfilters in einem einzigen Arbeitsschritt un verhältnismäßig groß im Vergleich zur Motorleistung ist, sind die Heizelemente für die einzelnen Filterkerzen ge trennt schaltbar. Es ist auch denkbar, daß auch für jede einzelne Filterkerze das Heizelement in weitere Teilele mente aufgeteilt werden kann und diese Teilelemente wie derum getrennt ansteuerbar sein können. Durch diese Maß nahme könnte der momentane Leistungsbedarf weiter einge schränkt werden.

Im Abgasstrom mittransportierte Rußpartikel werden am Filtermaterial zurückgehalten oder lagern sich auch an der Oberfläche des Heizelements ab. Durch die Nähe der Wärmequelle, d.h. der Heizdrähte, zu den Rußpartikeln bzw. durch ihren direkten Kontakt mit diesen, ist eine Entzündung der Rußpartikel zu derem Abbrennen unter ge ringem Energieeinsatz und nach sehr kurzer Heizdauer mög lich. Nach einer Entzündung der Rußpartikel läuft die weitere Oxidation durch eine Übertragung der bei der Ver brennung freiwerdenden Energie von Partikel auf Partikel selbsttätig ab, wodurch der Energieverbrauch weiter ver ringert wird.

Die Steuerung der Beheizung kann in an sich bekannter Weise durch Auswertung des Abgasgegendruckes im Filter erfolgen. Es sind aber auch andere Steuerparameter, wie z.B. die Abgastemperatur, denkbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1a schematisch einen Querschnitt durch ein Fil tergehäuse,

Fig. 1b schematisch einen Längsschnitt durch ein Fil tergehäuse gemäß der Schnittlinie I-I in Fig. 1a und

Fig. 2 eine vereinfachte Ansicht eines einzelnen Fil terelements.

In der Fig. 1a ist schematisch ein Querschnitt durch ein Rußfilter der bekannten Bauart dargestellt. In einem Filter gehäuse 1 ist eine Anzahl von einzelnen Filterelementen 2 angebracht, die jeweils auf ihrer Umfangsoberfläche Heiz elemente 3 tragen.

In Fig. 1b ist ein Längsschnitt durch ein Rußfilter gemäß Schnittlinie I-I in Fig. 1a gezeigt. Das Filtergehäuse ist wieder mit 1, die Filterelemente mit 2 und die darauf be festigten Heizelemente mit 3 bezeichnet. Der Übersicht lichkeit wegen sind nicht alle Filterelemente aus Fig. 1a dargestellt. Mit Pfeilen ist der Abgasstrom durch das Rußfilter angedeutet. Die Abgase durchströmen vom Motor kommend die Zwischenräume zwischen den Filterelementen 2. Dabei durchdringen sie, da ihnen der weitere Weg durch die als Befestigung für die Filterelemente 2 dienende Querwand 4 versperrt ist, die auf der Filteroberfläche angebrachten Heizelemente 3 und das Filtermaterial und gelangen unter Ablagerung der mitgeführten Rußpartikel durch das rohrförmige Innere der Filterelemente zum Ab leitungsstutzen und in das Auspuffsystem. Die abgelagerten Rußpartikel befinden sich dann sowohl an den Heizele menten, als auch am und im Filtermaterial.

In der Fig. 2 ist vereinfacht die Ansicht eines einzelnen Filterelements 2 mit seinem rohrförmigen Abzugskanal 8 und dem Filtermaterial 9 auf seinem Träger 10 gezeigt. Es können verschiedene Materialien und Aufbauarten für das Filter angenommen werden, so z.B. im Kreuzwickel auf den Träger 10 aufgespultes Garn aus gesponnenen Siliziumdi oxidfasern.

Auf das Filtermaterial 9 ist das Heizelement 3 aufgebracht. Im Ausführungsbeispiel dieser Figur ist ein Heizelement ge zeigt, welches aus im wesentlichen parallel zueinander und in Umfangsrichtung des Filterelements verlaufenden Heiz drähten 3 a besteht, die - elektrisch isoliert - durch quer zu ihnen, also in Längsrichtung des Filterelements, ver laufende Wärmeleitdrähte 3 b verbunden sind.

Die Heizdrähte 3 a des so gebildeten, in seiner Längsrichtung am Umfang des Filterelements geteilten Drahtgewebes werden an ihren einen Enden jeweils durch eine einen elektrischen Kontakt zwischen diesen Enden herstellende Längsschiene 5 a und 5 b verbunden, die ihrerseits an einem nichtleitenden Befestigungselement 6 angebracht sind. Dieses Befestigungs element 6 trägt also nicht nur die Längsschienen 5 a und 5 b, sondern dient auch noch als Befestigung des Heizelementes 3 selbst am Filterelement 2. Außerdem dient das Befestigungs element 6 als Isolator zwischen den beiden als Verteiler schiene zu den Heizdrähten 3 a wirkenden Längsschienen 5 a und 5 b. Über diese beiden Längsschienen 5 a und 5 b erfolgt die Spannungsversorgung des Heizelements 3 aus einer Spannungsquelle 7.

Jedes Heizelement 3 der einzelnen Filterelemente 2 ist über seine Längsschienen 5 a und 5 b, getrennt von den Heizelementen 3 der jeweils anderen Filterelemente 2, an die Spannungsquelle 7 durch hier nicht gezeigte Schalt vorrichtungen angeschlossen. Dieser getrennte Anschluß ermöglicht eine individuelle, z.B. sequentielle, Steuerung des Heizelements 3 der einzelnen Filterelemente 2 und senkt damit die momentane Leistungsaufnahme des Rußabbrenn filters erheblich.

Claims

1. Rußabbrennfilter für Dieselmotoren mit mindestens einem in einem Filtergehäuse (1) angeordneten Filterelement (2) und mit einer Vorrichtung zum Abbrennen von am Filterelement (2) abgelagerten Rußpartikeln, dadurch gekennzeichnet, daß auf die vom Abgas umströmte Oberfläche des Filter elements (2) ein drahtförmiges Heizelement (3) aufgebracht ist.

2. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) aus mehreren parallel zueinander angeordneten Heizdrähten (3 a) besteht.

3. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) aus einem wendelförmig in wenig stens einer Lage auf das Filterelement (2) aufgebrachten Heizdraht (3 a) besteht.

4. Rußabbrennfilter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizdrähte (3 a) durch elektrisch von ihnen isolierte, sich im wesentlichen quer zur Richtung der einzelnen Heiz drähte erstreckende wärmeübertragende Elemente (3 b) ge flechtartig miteinander verbunden sind.

5. Rußabbrennfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Maschenweite des Drahtgeflechts zu Heizdrahtdurchmesser etwa eine Größenordnung beträgt.

6. Rußabbrennfilter nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden und die anderen Enden der Heizdrähte (3 a) jeweils über eine Schiene (5 a, 5 b) elektrisch verbunden sind und daß jede der beiden Verbindungsschienen einen Anschluß an eine Spannungsquelle (7) aufweist.

7. Rußabbrennfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbrennvorrichtungen für jedes einzelne Filter element (2) individuell steuerbar sind.