DE3829448A1 - Russfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rußfilter nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Abgase von Dieselmotoren enthalten im Vergleich zu Otto- Motoren geringere Anteile an Kohlenmonoxiden und Stick­ oxiden, dafür aber große Mengen an Ruß.

Dieser Ruß ist nicht nur im Geruch sehr unangenehm, er steht auch im Verdacht krebserregend zu sein.

Es ist bereits versucht worden, durch besondere Ausge­ staltung der Brennkammern im Motor die Entstehung von Ruß im Abgas zu vermindern. Diese Maßnahmen konnten aber keine soweitgehende Verbesserung erzielen, daß der verblei­ bende Rußanteil im Abgas als unbedenklich gilt. Außerdem ist versucht worden, Rußfilter im Abgasrohr vorzusehen. Ein hiermit zusammenhängendes Problem besteht aber da­ rin, daß diese sich mit der Zeit zusetzen und dann die Motorleistung stark absinkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rußfilter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß das Abgasrohr bei Fortdauer der Filterwirkung für Abgase durchgängig bleibt.

Diese Aufgabe wird bei einem Rußfilter nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Die Wirkungsweise der Erfindung beruht darauf, daß we­ nigstens zwei Filter vorgesehen sind, die wechselweise umgeschaltet werden können. Dabei wird der Zeitpunkt, bei dem das gerade benutzte Filter so weit zugesetzt ist, daß die Leistung des Motors oder bei Anwendung in einer Ölfeuerungsanlage die Leistung des Brenners zu stark nachläßt, automatisch überwacht. Ist dieser Zeit­ punkt erreicht, so wird auf ein sauberes oder gereinigtes Filter umgeschaltet und es besteht nun die Möglichkeit, das zugesetzte Filter je nach Ausführung der Erfindung auch ohne Abschalten des Motors oder des Brenners zu erneuern oder zu reinigen. Ist zwischenzeitlich auch das weitere Filter zugesetzt, kann wieder auf das erste zurückgeschaltet werden. Dabei besteht auch die Möglich­ keit, mehr als zwei Filter vorzusehen und diese der Reihe nach umzuschalten.

Besonders vorteilhaft bei der Erfindung ist die ein­ fache konstruktive Ausgestaltung, die auch eine wirt­ schaftliche Nachrüstung des Rußfilters in vorhandene Abgasrohre von Motoren oder Heizungsanlagen ermöglicht.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ein weiterer am Ort eines anderen Druckniveaus im Abgas­ rohr angeordneter Druckaufnehmer und/oder ein Drehzahl­ geber mit der Steuerung verbunden sind.

Diese Maßnahme berücksichtigt besonders bei Motoren, die mit wechselnder Drehzahl oder Belastung betrieben werden, die von den Betriebsbedingungen abhängigen Staudrücke der Abgase vor dem Rußfilter. Es wird so erreicht, daß der Zeitpunkt, in dem das Filter zuge­ setzt ist, gezielter und unabhängig von eventuell zu­ fällig bestehenden Betriebsbedingungen erkannt werden kann.

Bei einer besonders einfachen konstruktiven Ausgestal­ tung sind zwei Züge vorgesehen und die Ventile sind als schwenkbare Klappe ausgebildet.

Dabei wird erreicht, daß der Abgasdurchtritt zu dem jeweils offenen Zug nicht durch die Klappe behindert wird, sondern die Klappe vielmehr einen strömungs­ günstigen Leitweg bildet.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist die schwenk­ bare Klappe zentral zwischen den Zügen gelagert und zwischen zwei Endstellungen schwenkbar. In der einen der beiden Endstellungen ist einer der Züge geschlos­ sen, während der andere geöffnet ist.

Diese konstruktiv sehr übersichtliche Ausgestaltung ermöglicht es, daß beide Züge in ihrer Form und ihrer Filterwirkung gleichartig aufgebaut sein können. Da­ durch bieten beide Züge für die Lebensdauer, die Be­ triebsdauer bis zum Zusetzen der Filter sowie für die Motorleistung gleichartige Charakteristiken.

Eine in der Praxis besonders zweckmäßige Ausführung be­ steht darin, daß die Steuerung außerdem mit Brenn­ stoffventilen und Zündern von Ausbrenneinrichtungen für die Filtersätze und/oder mit einem Signalgeber verbunden ist.

Das Rußfilter bietet in dieser Form die Voraussetzung für einen längeren, bedienungsfreien und wartungsfreien Betrieb oder stellt wenigstens sicher, daß rechtzeitig ein neuer Filter eingesetzt wird, damit die Motor- oder Brennerleistung aufrechterhalten und möglichst wenig Kraftstoff oder Brennstoff verbraucht wird.

Gemäß einer Weiterbildung ist für jeden Zug mit Filter­ einsatz gesondert eine Ausbrenneinrichtung vorgesehen. Dabei umfaßt jede Ausbrenneinrichtung eine hinter dem Ventil bzw. der Klappe in den Zug eintretende Brenner­ düse sowie einen Zünder.

Hierdurch wird erreicht, daß das verbrauchte oder zu­ gesetzte Filter ungehindert und unter unmittelbarer Flammeneinwirkung ausgebrannt werden kann und daß bei diesem Vorgang die Funktion des freien Filters im Ab­ gasrohr nicht beeinträchtigt wird.

Unter den möglichen Ausführungsformen der Filterein­ sätze sieht eine Alternative vor, daß als Filterein­ sätze Keramikeinsätze dienen.

Diese Art Filtereinsätze ist besonders für einen auto­ matischen, wartungsfreien Betrieb geeignet. Da sie sehr temperaturfest und chemisch beständig sind, können sie intervallweise ausgebrannt werden, und zwar im Wechsel mit dem gerade in Betrieb befindlichen Filtereinsatz. Durch das Ausbrennen wird nahezu verschleißfrei die ur­ sprüngliche Filterwirkung zurückgewonnen. Die Lebens­ dauer ist sehr hoch, was besonders den immer länger werdenden Wartungsintervallen neuzeitlicher Kraftfahr­ zeugen entgegenkommt.

Bei einer anderen Alternative besteht der Filtereinsatz aus Metallwolle.

Für diese Ausgestaltung gelten die vorgenannten Vor­ teile in ähnlicher Weise. Auch hier ist ein automatischer Betrieb möglich. Abhängig von dem verwendeten Metall kann aber die Lebensdauer geringer als bei der vorge­ nannten Alternative ausfallen. Dafür lassen sich der­ artige Einsätze aber billiger herstellen.

Bei einer dritten Alternative besteht der Filtereinsatz aus Papier.

Bei der Handhabung bestehen hier zwei Möglichkeiten. Einmal kann der Filtereinsatz mit einer vorgenannten Ausbrenneinrichtung ausgebrannt und damit beseitigt werden. Es reicht dann aus, einen neuen Einsatz einzu­ setzen oder nachzuschieben, ohne daß der alte vorher entfernt werden muß. Andererseits kann auch auf eine Ausbrenneinrichtung verzichtet werden. Dann muß der zugesetzte Filtereinsatz vor Ersatz durch den neuen entfernt und beseitigt, eventuell entsorgt werden.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen in Verbin­ dung mit der weiteren Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Querschnitts­ darstellung eines Rußfilters nach der Erfindung, und

Fig. 2 als Teil aus Fig. 1 eine andere Ausgestaltung von Filtereinsätzen.

In Fig. 1 geht von einem Dieselmotor 10 ein Abgasrohr 12 aus. Dieses teilt sich in zwei Züge 18 und 20 auf, die über Austrittsöffnungen 54 und 56 im Freien enden. In den Zügen 18 und 20 sind Filtereinsätze 14 und 16 angeordnet und werden über feste Anschlagschultern 58 und 60 sowie lösbare Anschlagschultern 62 und 64 gehal­ ten. Auf der Eintrittsseite 22 der Züge 18 und 20 be­ findet sich ein Ventil in Gestalt einer Klappe 24, mittels der die Züge 18 und 20 wechselweise geöffnet und geschlossen werden können.

Die Klappe 24 ist zentral zwischen den Zügen 18 und 20 gelagert und zwischen zwei Endstellungen schwenkbar. In der gezeichneten Endstellung ist der linke Zug 18 geöffnet und der rechte Zug 20 geschlossen. Wie die das Abgas A darstellende Pfeile zeigen, kann der Abgas­ strom vom Dieselmotor 10 in den Zug 18 eintreten und nach Reinigung durch den Filtereinsatz 14 ins Freie gelangen.

Der andere Filtereinsatz 16 im rechten Zug 20, von dem einmal angenommen wird, daß er vorher in den Abgasstrom eingeschaltet gewesen war und sich mit Ruß zugesetzt hat, kann dann ausgetauscht oder durch Ausbrennen gerei­ nigt werden.

Zur Ermittlung des Zeitpunktes, in dem der Filtereinsatz sich so weit zugesetzt hat, daß er den Abgasstrom uner­ wünscht drosselt und dadurch zu einer Verminderung der Motorleistung und Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs beiträgt, dient ein Druckaufnehmer 26. Mit diesem wird der Staudruck ermittelt. Der Druckaufnehmer 26 ist über eine Steuerleitung mit einer Steuerung 28 ver­ bunden, die bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes des Staudruckes mittels eines Antriebs 30 die Klappe 24 in die andere Endstellung schwenkt und/oder einen Signalgeber 24 betätigt, der z.B. im Armaturenbrett untergebracht ist.

Da der Staudruck außerdem drehzahl- und lastabhängig ist, kann es zweckmäßig sein, diesen Einfluß zu berücksich­ tigen oder auszugleichen. Hierzu dient ein an einer anderen Stelle bei einem anderen Druckniveau im Abgas­ rohr angeordneter weiterer Druckaufnehmer 32 oder ein Drehzahlmesser 34. Diese sind ebenfalls mit der Steuerung 28 verbunden.

Handelt es sich bei den Einsätzen 14 und 16 um Keramik- oder Metalleinsätze, so kann der diese Einsätze zusetzen­ de Ruß mittels einer Ausbrenneinrichtung 46, 48 ausge­ brannt werden. In der Zeichnung ist für jeden Zug 18, 20 eine gesonderte Ausbrenneinrichtung 46, 48 vorge­ sehen. Diese umfaßt jeweils eine Brennerdüse 50, 52 mit Zündern 40, 42, wobei die Brennerdüsen Brennstoff von nicht dargestellten Vorratsbehältern erhalten. Die Brennstoffzufuhr läßt sich mittels Brennstoffven­ tilen 36, 38 steuern. Die Steuerung der Brennstoffven­ tile 36, 38 sowie der Zünder 40, 42 erfolgt ebenfalls durch die Steuerung 28, wobei eine gewisse Zeitverzö­ gerung gegenüber der Umschaltung der Klappe 24 einge­ halten wird.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist die Brennerdüse 52 gerade in Betrieb und beseitigt die Rückstände im Filtereinsatz 16. Durch die unmittelbar auf den Ein­ satz einwirkende Flamme der Brennerdüse 52 verbrennt der abgesetzte Ruß rückstandslos und gelangt, wie durch Pfeile angedeutet, durch die Austrittsöffnung 56 ins Freie. Nach dieser Maßnahme ist der Filterein­ satz 16 wieder durchgängig und steht bei Zusetzen des Filtereinsatzes 14 erneut zur Abgasreinigung zur Ver­ fügung.

Fig. 2 zeigt als Teil aus Fig. 1 Filtereinsätze, die als Papierfiltereinsätze 14, 16 ausgebildet sind. Diese bestehen aus Papierfiltern 66 und 68, die auf röhrenförmigen, keine Filterwirkung ausübenden Trägern 70 und 72 aufliegen. Da die Papierfilter 66 und 68 nicht wiederverwendbar sind, müssen sie nach Zusetzen mit Ruß ausgewechselt werden. Dabei besteht noch die Möglichkeit, daß sie mittels der Ausbrenneinrichtungen 46 und 48 mitsamt dem abgelagerten Ruß verbrannt wer­ den, so daß neue Papierfilter 66 und 68 nur nachgelegt werden müssen. Bei einer anderen Alternative, die ohne Ausbrenneinrichtungen 46 und 48 auskommt, müssen dagegen vor dem Einlegen neuer Papierfilter 66 und 68 die zuge­ setzten Papierfilter entfernt und entsorgt werden. Während bei der hier gezeigten Ausführung ein manueller Austausch vorgesehen ist, sind auch Ausgestaltungen denk­ bar, bei denen mittels eines schwenkbaren Zwischenein­ satzes die Papierfilter automatisch entfernt und neue eingesetzt werden können.

Damit der Benutzer merkt, daß die Papierfilter 66 bzw. 68 ausgewechselt werden müssen, ist es beispielsweise bei einem Diesel-Kraftfahrzeug möglich, bei Zusetzen ei­ nes Filters über die Steuerung 28 ein optisches Signal mittels einer Lampe am Armaturenbrett des Fahrzeuges zu erzeugen.

Claims (10)

1. Rußfilter, insbesondere für Dieselmotoren (10), welches einen im Abgasrohr (12) angeordneten Filtereinsatz umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (12) in wenigstens zwei mit Filtereinsätzen (14, 16) versehene Züge (18, 20) unterteilt ist, die auf der Eintrittsseite (22) mittels Ventilen (24) wechselweise öffen- oder verschließbar sind, und daß im Abgasrohr (12) vor den Ventilen (24) ein Druckaufneh­ mer (26) angeordnet ist, der über eine Steuerung (28) mit einem Antrieb (30) der Ventile (24) verbunden ist.

2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein weiterer, am Ort eines anderen Druckniveaus im Abgasrohr (12) angeordneter Druckauf­ nehmer (32) und/oder ein Drehzahlgeber (34) mit der Steuerung (28) verbunden ist.

3. Rußfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Züge (18, 20) vorgesehen sind und die Ventile als schwenkbare Klappe (24) ausgebil­ det sind.

4. Rußfilter nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schwenkbare Klappe (24) zentral zwischen den Zügen (18, 20) gelagert und zwischen zwei Endstellungen schwenkbar ist und daß in jeder der beiden Endstellungen einer der Züge (20) geschlos­ sen, während der andere Zug (18) geöffnet ist.

5. Rußfilter nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steu­ erung (28) außerdem mit Brennstoffventilen (36, 38) und Zündern (40, 42) von Ausbrenneinrichtungen (46, 48) für die Filtereinsätze (14, 16) und/oder mit ei­ nem Signalgeber (44) verbunden ist.

6. Rußfilter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausbrenneinrichtungen (46, 48) für jeden Zug mit Filtereinsatz (14, 16) gesondert ange­ ordnet sind.

7. Rußfilter nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Ausbrenneinrichtung (46, 48) eine hinter dem Ventil bzw. der Klappe (24) in den Zug ein­ tretende Brennerdüse (50, 52) sowie einen Zünder (40, 42) umfaßt.

8. Rußfilter nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter­ einsätze (14, 16) Keramikeinsätze dienen.

9. Rußfilter nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter­ einsätze Metallwolleeinsätze (14, 16) dienen.

10. Rußfilter nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter­ einsätze Papierfiltereinsätze (66, 68) dienen.