DE3825876A1 - Verfahren zur aufbereitung von russpartikeln und reinigung von abgasen eines verbrennungsmotors sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur aufbereitung von russpartikeln und reinigung von abgasen eines verbrennungsmotors sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufbereitung von Rußpartikeln und Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE-OS 35 02 448 ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Rußpartikeln und anderen Festkörperteilchen aus dem Abgas von Kraftfahrzeugen bekannt, die einen Rußsammler umfaßt, der über einen Entssorgungsstutzen vom Ruß befreit werden muß. Die Vorrichtung hat die Nachteile, daß sie nicht funktionsfähig ist, falls der Rußsammler vollständig mit Ruß angefüllt ist. Der Rußsammler muß von Zeit zu Zeit entsorgt werden, was Stillstandzeiten des betreffenden Fahrzeugs zur Folge hat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zuschaffen, mit der es möglich ist, kontinuierlich Rußpartikel aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors zu entfernen und das Abgas zu reinigen, ohne daß ein Filter von Zeit zu Zeit gereinigt werden muß.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf, daß während des Betriebs des betreffenden Verbrennungsmotors dessen Abgase kontinuierlich von Rußpartikeln befreit werden, wobei sich ein Filter für restliche Rußpartikel nur nach großen Betriebszeiträumen mit Ruß füllt. Das Verfahren bewirkt und die Vorrichtung ermöglicht die Beseitigung der Rußpartikel und sodann eine Aboxidierung der restlichen Kohlenwasserstoffgruppen bzw. eine Verbrennung des Kohlenmonoxids zu Kohlendioxid, so daß nur Wasserdampf H2O und Kohlensäuredämpfe CO2 als Abgasbestandteile übrigbleiben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die Vorrichtung in zusammengebautem Zustand, perspektivisch,
Fig. 2 die Vorrichtung in Explosionsdarstellung, perspektivisch,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung in zusammengebautem Zustand,
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen zu der Vorrichtung gehörenden Heizring,
Fig. 5 eine Ansicht eines Ankers für einen Heizdraht.
Die Vorrichtung umfaßt zunächst ein Gehäuse 1 (Fig. 1) das aus zwei Gehäusehälften 3, 5 gebildet ist, die mittels Flanschen 15, 16 und Schrauben 17 zusammengehalten sind. Hierbei sind in dem einen Flansch 15 Bohrungen vorgesehen, deren Durchmesser etwas größer sind, als die der Schrauben. In den Bohrungen sitzen die Schrauben 17 lose, also mit Spiel. In dem anderen Flansch 16 sind Gewinde eingelassen, in die die Schrauben 17 eingedreht sind.
Vor dem Zusammensetzen der beiden Gehäusehälften 3, 5 sind ein Heizring 9 (Fig. 2) und ein Strömungskegel 6 in das Gehäuse 1 eingesetzt.
Die erste Gehäusehälfte 3 (Fig. 3) weist einen Einlaß 2, die zweite Gehäusehälfte 5 einen Auslaß 22 für die Abgase auf. Der Strömungskegel 6 der Vorrichtung ist so in das Gehäuse 1 eingesetzt, daß seine Spitze den über den Einlaß 2 der Vorrichtung zuströmenden Abgasen entgegenweist. An einem Rand 18 (Fig. 2) des Strömungskegels 6 sind Gasleitbleche 7 vorgesehen. In Richtung eines Pfeils 20 (Fig. 3) entlang einer Strömungslinie 19 zuströmende Abgase passieren den Einlaß 2, den zwischen dem Strömungskegel 6 und der Wandung der oberen Gehäusehälfte 3 gebildeten Raum und die Gasleitbleche 7 (Fig. 3). Die Gasleitbleche 7 bewirken, daß die Abgase entlang der Außenwandung des Gehäuses 1 kreisbahnartig verwirbelt werden. Die Abgase passieren sodann die im Heizring 9 gespannten, elektrisch aufgeheizten Heizdrähte 10, 11 (Fig. 2, 3, 4) schräg zu dem Abstand zwischen den Heizdrähten 10 und den Heizdrähten 11 und gelangen dann in eine erste Umlenkkammer 4 in der zweiten Gehäusehälfte 5. Dort treffen sie auf die Außenwandung der zweiten Gehäusehälfte 5 auf und werden, immer noch auf einer Kreisbahn entsprechend der Außenwandung der zweiten Gehäusehälfte 5 verwirbelnd in der ersten Umlenkkammer 4 umgelenkt. Die Abgase sind auch deshalb auf die Außenwandung der zweiten Gehäusehälfte 5 gerichtet, weil sie vorher von einem aufgeweiteten Rand 24 am Strömungskegel 6 auf die Außenwandung der zweiten Gehäusehälfte 5 hin abgelenkt werden.
Nach Umlenkung der Abgase in der Umlenkkammer 4 werden sie - wieder schräg - zum zweiten Mal durch die im Heizring 9 gespannten und erhitzten Heizdrähte 10, 11 geleitet und gelangen an die Innenfläche 23 des Strömungskegels 6, wo sie - immer noch kreisringförmig verwirbelt - umgelenkt werden und von hier aus zum dritten Mal - wieder schräg - die erhitzten Heizdrähte 10, 11 passieren.
Durch den Umstand, daß die Abgase und insbesondere die Rußpartikel die erhitzten Heizdrähte 10, 11 dreimal passieren und dabei schräg an den Heizdrähten vorbeistreichen, erfolgt intensive Erhitzung der Rußpartikel, die hierdurch gut verbrennen (Pyrolyse).
Eine Leitung 12 führt vom Inneren des Strömungskegels 6 aus der ersten Gehäusehälfte 3 heraus. Dort, wo die Leitung 12 in der Umlenkkammer 8 im Strömungskegel 6 mündet, befindet sich für die Abgase eine beruhigte Zone. Von hier aus können Rückstände, die nach der dreimaligen Verbrennung übrigbleiben, aus dem Gehäuse 1 abgesaugt werden. Dies geschieht über eine Leitung 21 (Fig. 1, 3), die an einen Kanal 14 in einem dem Auslaß des Gehäuses 1 strömungsmäßig nachgeschalteten Raum 31 (Fig. 3) angeschlossen ist. In die Leitung 21 ist ein Rußfilter 30, vorzugsweise in Form einer auswechselbaren Filterpatrone, eingeschaltet.
Beim Betrieb der Vorrichtung entsteht im Kanal 14 ein Überdruck, wodurch am Auslaß 22 noch vorhandene Verbrennungsrückstände, also auch Rußpartikel, über die Leitung 21 dem Rußfilter 30 zugeführt und dort abgelagert werden. Ist der Rußfilter 30 mit Rußpartikeln und anderen Verbrennungsrückständen gesättigt, kann er ausgetauscht werden. Eine Sonde 32, die beispielsweise an eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Elektronik angeschlossen ist, kann den Sättigungsgrad des Rußfilters 30 überwachen.
Ein Kanal 13 dient der Zuführung von Frischluft, die dann notwendig wird, wenn der Motor zu fett eingestellt ist. Die Zuführung von Luft in die Umlenkkammer 4 begünstigt die zweite und dritte Verbrennung der Rußpartikel durch die Heizdrähte 10, 11. Die Steuerung der Luftzufuhr zu dem Kanal 13 und damit zu der Umlenkkammer 4 erfolgt durch an sich bekannte Mittel. Durch eine weitere Leitung 25 (Fig. 1, 2), die ebenfalls in der Umlenkkammer 4 mündet, kann unmittelbar aus der Umlenkkammer 4 eine Probe aus dem Abgasstrom entnommen und mittels eines Sensors auf ihren Zustand hin untersucht werden.
Auch im Bereich der Gehäusehälfte 5 (Fig. 3) sind zum Zweck guter Verwirbelung der auch Rußpartikel führenden Abgase Gasleitbleche 27 vorgesehen. Weitere Gasleitbleche 37 sind zentral strömungsmäßig vor dem Auslaß eingebaut.
Der die Heizdrähte 10, 11 tragende Heizring 9 besteht aus hoch temperaturfestem Keramikmaterial. Die Heizdrähte 10, 11 sind beim Ausführungsbeispiel zwischen federnden Ankern 26 (Fig. 5) eingespannt. Die federnden Anker 26 gleichen Längenänderungen der Heizdrähte 10, 11 bei wechselnden Temperaturen aus.
Die Heizdrähte 10, 11 haben bei einem Ausführungsbeispiel Temperaturen zwischen 700 und 800°C entwickelt.
Die Gasleitbleche 7 sind bei einem Ausführungsbeispiel mit einem Anstellwinkel von etwa 22° gegenüber den Ebenen, in denen die Heizdrähte liegen, geneigt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Neigung aller Gasleitbleche 7, 27, 37 bedarfsweise verändert werden, z.B. durch Verbiegen der Gasleitbleche.
Die Abgase verlassen das Gehäuse 1 über dessen Auslaß 22 und gelangen ein an sich bekanntes Abgasfilter 28, beispielsweise einen Katalysator in Form eines Monolithen.
Der Betrieb eines Verbrennungsmotors in Verbindung mit der beschriebenen Vorrichtung kann so geschehen, daß zunächst die Zündelektroden, also die Heizdrähte 10, 11, mit Strom versorgt werden, wodurch sie sich auf hohe Temperatur aufheizen. Danach erst wird der Verbrennungsmotor in Betrieb gesetzt. Hierdurch sind sehr gute Aufbereitung und Herausfilterung der Rußpartikel sowie gute Abgasreinigung gewährleistet.
Das Verfahren zur Aufbereitung von Rußpartikeln und Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors besteht darin, daß Abgase mit Rußpartikeln zu deren Verbrennung an einer oder mehreren, auf hohe Temperatur aufgeheizten Zündelektrode(n) vorbeigeführt, verbleibende Rußpartikel einem Rußfilter zugeleitet, und die Abgase über einen Abgasfilter geleitet werden. Die zunächst die Rußpartikel mitführenden Abgase zur Rußpartikelabscheidung werden in Drehbewegung versetzt, die Rußpartikel durch die Wirkung von Fliehkräften sowie gegebenenfalls im Strömungsverlauf angeordneten Ruhezone(n) räumlich konzentriert und von dort aus einem Rußfilter zugeleitet. Zur Verbrennung zuströmender, zu verbrennender Rußpartikel wird anstatt Zündelektroden die Reaktionswärme der verbrennenden Rußpartikel verwendet. Zur Ingangsetzung der Verbrennung neu zuströmender, zu verbrennender Rußpartikel wird anstatt Zündelektroden die Reaktionswärme der schon verbrennenden Rußpartikel und/oder der durch die Verbrennung auf hohe Temperatur aufgeheizten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens benutzt.

Claims (25)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Rußpartikeln und Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, dadurch gekennzeichnet, daß Abgase mit Rußpartikeln zu deren Verbrennung an einer oder mehreren, auf hohe Temperatur aufgeheizten Zündelektrode(n) vorbeigeführt, verbleibende Rußpartikel einem Rußfilter zugeleitet, und die Abgase über einen Abgasfilter geleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zunächst die Rußpartikel mitführenden Abgase zur Rußpartikelabscheidung in Drehbewegung versetzt, die Rußpartikel durch die Wirkung von Fliehkräften sowie gegebenenfalls im Strömungsverlauf angeordneten Ruhezone(n) räumlich konzentriert und von dort aus einem Rußfilter zugeleitet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbrennung zuströmender, zu verbrennender Rußpartikel anstatt Zündelektroden die Reaktionswärme der verbrennenden Rußpartikel verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ingangsetzung der Verbrennung neu zuströmender, zu verbrennender Rußpartikel anstatt Zündelektroden die Reaktionswärme der schon verbrennenden Rußpartikel und/oder der durch die Verbrennung auf hohe Temperatur aufgeheizten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens benutzt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1) zur Einleitung und gegebenenfalls Aufrechterhaltung der Verbrennung der Rußpartikel eine oder mehrere Zündelektroden (Heizring 9), zur Verwirbelung der zunächst die Rußpartikel mitführenden Abgase Gasleitbleche (7, 27) sowie im Strömungsverlauf angeordnete Ruhezonen vorgesehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung das Gehäuse (1) mit einer den Einlaß (2) aufweisenden ersten Gehäusehälfte (3) und einer den Auslaß (22) sowie eine erste Umlenkkammer (4) aufweisenden zweiten Gehäusehälfte (5), einem Strömungskegel (6) mit Gasleitblechen (7) und einer zweiten Umlenkkammer (8) sowie mindestens einer Zündelektrode (Heizring 9) und ferner ein dem Gehäuse (1) nachgeschaltetes Abgasfilter (28) umfaßt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Gehäusehälfte (5) Gasleitbleche (27) in einem Ringraum (29) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gehäusehälfte (5) weitere Gasleitbleche (37) aufweist, die zentral in der zweiten Gehäusehälfte (5) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) im wesentlichen rotationssymmetrische Gestalt aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizring (9) in der Ebene liegt, in der die beiden beiden Gehäusehälften (3, 5) miteinander verbunden sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizring (9) eine erste Gruppe von einander parallel verlaufender Heizdrähte (10) und eine zweite Gruppe von einander parallel verlaufender Heizdrähte (11) vorgesehen sind, und die erste Gruppe in Strömungsrichtung vor der zweiten Gruppe angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen von Heizdrähten (10, 11) hinsichtlich der Längsachsen der Heizdrähte gegeneinander verdreht angeordnet sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Heizdrähte (10, 11) um 90° gegeneinander verdreht sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (12) vorgesehen ist, der vom Inneren des Strömungskegels (6) aus der ersten Gehäusehälfte (3) herausführt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der zweiten Gehäusehälfte (5) ein nach außen führender Kanal (13) befindet, der mit der ersten Umlenkkammer (4) strömungsmäßig in Verbindung steht.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Gehäusehälfte (5) ein vom Auslaß (22) nach außen führender Kanal (14) vorgesehen ist, der quer zum Auslaß (22) angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der zweiten Umlenkkammer (8) herausführende Leitung (12) über eine externe Leitung (21) mit einer zu einem Auslaß (22) des Gehäuses (1) führenden Leitung (14) verbunden ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein freier Rand (24) des Strömungskegels (6) aufgeweitet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Gasleitbleche (7, 27) gegenüber den Ebenen der Heizdrähte (10, 11) verstellbar ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die äußeren Enden der Kanäle (12, 13) ein Rußfilter (30) angeschlossen ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in den Stromkreisen der Heizdrähte (10, 11) des Heizrings (9) jeweils ein von einer Steuerelektronik geschalteter Schalter zum temperaturabhängigen Ein- und Ausschalten des betreffenden Stromkreises liegt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß anstatt von Heizdrähten eine tiefenwirksame, kanalartige Struktur einer oder mehrerer katalytisch wirksam aufgebrachter Substanzen dient.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasfilter (28) ein Katalysator ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine Struktur umfaßt, bei der auch der Träger ausschließlich aus katalytisch wirksamem Material besteht.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anreicherung der Rußpartikel Impaktion, Diffusion und/oder elektrostatische Deposition angewandt werden.
DE19883825876 1987-08-03 1988-07-29 Verfahren zur aufbereitung von russpartikeln und reinigung von abgasen eines verbrennungsmotors sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens Ceased DE3825876A1 (de)

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