DE3837073C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rußfiltereinrichtung für Dieselmotor-Abgase nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Herabsetzung der beim Betrieb von Dieselmotoren ausgestoßenen Rußpartikel kann den Einsatz von Dieselmotoren aufgrund erheblich verringerter Umweltbelastung attraktiver machen. Der Einsatz von Rußfiltern in der Auspuffanlage von Dieselmotoren vermag einen erheblichen Anteil der Rußpartikel der Abgase zurückzuhalten.

Problematisch ist jedoch der Umstand, daß geeignet erschei­ nende Filter, insbesondere aus Keramikgarn oder -faserpackungen bestehende Filter sich relativ rasch zusetzen und mithin ihre Filterwirkung verlieren.

Um solche Filter zu regenerieren, wurde bereits vorgeschlagen, die im Filtermaterial angesammelten Rußpartikel mit Hilfe eine Brenners auszubrennen. Auch wurde vorgeschlagen, zur Senkung der Ruß-Zündtemperatur ein Oxidationsmittel in den Filter zu sprühen.

Das Regenerieren von Rußfiltern muß in bestimmten (nach Betriebsstunden oder Druckanstieg für das durchströmende Abgas meßbaren) Zeitabständen durchgeführt werden. Da der Regenerier-Vorgang einige Zeit in Anspruch nimmt und eine Stillsetzung des Motors in dieser Zeit nicht vorausgesetzt werden kann, kann man parallel zwei Dieselpartikel-Filter anordnen, von denen jeweils einer in den Abgasweg eingeschaltet ist, während der andere gerade regeneriert wird oder nach abgeschlossener Regeneration auf seinen Einsatz wartet. In dem Bestreben, die von einem Motor verbrauchte Betriebsstoffmenge möglichst gering zu halten, sollte naturgemäß auch die Leistung der Brenner beim Regenerieren von Filtern niedrig gehalten werden.

In JP-Abstracts 60-2 30 507; M-468, ist eine Rußfiltereinrichtung für Dieselmotor-Abgase mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beschrieben. Bei dieser Rußfiltereinrichtung strömt das Abgas den beiden Vorräumen exakt radial zu, wobei die Rußfiltereinheiten praktisch direkt an den Dieselmotor angeschlossen sind. Offenbar hat man es bislang als günstig angesehen, die Rußfilterelemente dicht am Motor anzuordnen; denn dort hat das Abgas eine relativ hohe Temperatur, so daß die Hoffnung bestand, daß eine dort plazierte Rußfiltereinrichtung möglichst häufig von sich aus die Freibrenntemperatur erreicht.

Aus der DE 31 21 274 A1 ist eine Auspuffilter-Reinigungsvorrichtung bekannt, bei der das Abgas durch einen Stutzen in einen kegelförmig begrenzten Vorraum einer einzelnen Rußfiltereinheit eintritt. Die Achse des Stutzens schneidet die horizontale Längsachse der Rußfiltereinheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rußfiltereinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Rußfiltereinheiten sich besonders gleichmäßig, zuverlässig und mit geringem Energieaufwand durch Abbrennen von Ruß regenerieren lassen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung.

Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, nicht nur für ein über den Rußfilterquerschnitt möglichst gleichmäßiges Abbrennen der festgehaltenen Rußpartikel zu sorgen, sondern bereits beim Zuströmen und Festhalten der Rußpartikel für eine möglichst gleichmäßige Verteilung über dem jeweiligen Rußfilterquerschnitt zu sorgen. Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Rußfiltereinrichtung vorgesehen, daß die beiden Rußfiltereinheiten an einen Vorschalldämpfer angeschlossen sind. Hiermit wird von dem oben erwähnten Grundsatz abgewichen, wonach die Rußfilter möglichst dicht am Dieselmotor anzuordnen sind. Der Grund für die erfindungsgemäße Maßnahme liegt in der Höherbewertung der Gesichtspunkte eines pulsationsärmer in die Rußfiltereinheiten strömenden Abgasstroms und einer Temperaturentlastung der Umschaltklappenanordnung. Durch die tellerförmige Flamme des jeweiligen Brenners wird erreicht, daß die Stirnseite des Rußfilters gleichmäßig mit heißem Gas beaufschlagt wird.

Die Umschaltklappen können relativ weit weg von den Brennern angeordnet werden, möglichst nahe am Vorschaltdämpfer. An dieser Stelle ist die Temperatur der von dem jeweils in Betrieb befindlichen Brenner erhitzten Gase nicht sehr hoch, so daß die betreffende Umschaltklappe nicht übermäßig stark erhitzt und dadurch in ihrer Funktionstüchtigkeit beeinträchtigt wird.

Die Anmelderin hat bereits die Ausgestaltung eines (für Fahrzeugheizungen und auch für Kochzwecke verwendbaren) Brenners vorgeschlagen (DE-OS 34 10 716), bei dem zwischen einer Brennerkammer und einem Brennraum eine Blenden-Platte angeordnet ist, durch deren konische Öffnung eine tellerför­ mige Flamme in dem Brennraum gebildet wird. Vorzugsweise wird bei der vorliegenden Erfindung von einem derart ausge­ bildeten Brenner Gebrauch gemacht. Unter Verwendung eines derartigen Brenners erhält man im Filter-Vorraum eine tel­ lerförmige Flamme, die die Filterpackung innerhalb des Die­ selpartikel-Filters stirnseitig über die gesamte Fläche beaufschlagt. Dies ist einem raschen und intensiven Regene­ rieren des Filters zuträglich.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Teils einer Auspuffanlage mit Rußfilter, und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anlage gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Links oben in Fig. 2 ist durch einen Pfeil der Abgasstrom eines Dieselmotors angedeutet. Die Erfindung läßt sich be­ sonders gut einsetzen bei leistungsstarken Dieselmotoren, insbesondere solchen von Nutzfahrzeugen.

Die Rußpartikel (Dieselpartikel) mit sich führenden Abgase des Dieselmotors gelangen vom Auspuffkrümmer über ein oder mehrere Auspuffrohre in einen Vorschalldämpfer 2, an dessen Ende sich zwei etwa vertikal nach unten erstreckende Kanäle 4a, 4b kreisförmig im Querschnitt erstrecken. In jedem Kanal befindet sich eine um eine horizontale Achse verschwenkbare Umschaltklappe, von denen in Fig. 1 die Umschaltklappe 6b schematisch angedeutet ist. In der dargestellten Stellung versperrt die Umschaltklappe 6b den Kanal 4b, so daß die Abgase aus dem Vorschalldämpfer 2 über den (nicht gezeigten) Kanal 4a an der in vertikaler Stellung befindliche Umschalt­ klappe 6b vorbei in ein zugehöriges Dieselpartikel-Filter 10a gelangen. In Fig. 2 sind zwei horizontal nebeneinander angeordnete Dieselpartikel-Filter 10a und 10b dargestellt. Jedes Dieselpartikel-Filter besitzt einen Vorraum 12a bzw. 12b, in welchen die Kanäle 4a bzw. 4b unter einem bestimmten Winkel über Einlaßöffnungen 8a bzw. 8b einmünden. Das Ein­ münden geschieht im dargestellten Ausführungsbeispiel nicht ganz radial und auch nicht vollständig tangential.

Stirnseitig ist jedem Vorraum 12a und 12b ein mit Dieselbrennstoff betriebener Brenner 14a bzw. 14b zugeordnet. Jeder dieser Brenner ist so aufgebaut, wie es in der oben erwähnten DE-OS 34 10 716 beschrieben ist. Diese Brenner 14a und 14b erzeu­ gen eine etwa tellerförmige Flamme innerhalb des Vorraums 12a bzw. 12b, so daß die jeweilige Filterpackung in dem Dieselpartikel-Filter 10a bzw. 10b stirnseitig beaufschlagt wird.

Die beiden Umschaltklappen in den beiden Kanälen 4a und 4b werden von einer Klappensteuerung 18 abwechselnd geschlossen oder geöffnet, wobei das Umschalten z.B. durch einen Be­ triebsstundenzähler oder durch ein Druckmeßgerät gesteuert wird. Man kann den Betriebsstundenzähler so einstellen, daß er nach einer bestimmten Anzahl von Betriebsstunden ein Signal erzeugt, aufgrund dessen die Klappensteuerung 18 den einen Kanal der Kanäle 4a und 4b sperrt und den anderen öffnet. Bei Verwendung eines Druckmeßgeräts wird der Abgas­ gegendruck beispielsweise am Eingang des jeweiligen Diesel­ partikel-Filters 10a, 10b gemessen, da dieser Abgasgegen­ druck ein Maß für den Durchtrittsquerschnitt des Filters ist. Ein bereits relativ stark verstopftes Filter erzeugt einen höheren Abgasgegendruck als ein frisches Filter.

Während beispielsweise der Kanal 4b durch die Umschaltklappe 6b versperrt ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, gelangen die Abgase durch den anderen Kanal 4a, den Vorraum 12a und das Dieselpartikel-Filter 10a in ein Auspuffrohr 16a (die beiden Dieselpartikel-Filter 10a und 10b dienen auch als Schall­ dämpfer). Währenddessen kann in dem nicht von Abgasen durchströmten Dieselpartikel-Filter 10b eine Filterregene­ rierung erfolgen. Dazu wird von einer hier nicht näher interessierenden Steuereinheit der Brenner 14b eingeschal­ tet, so daß durch die von diesem Brenner erzeugte tellerför­ mige Flamme die in dem Filtermaterial des Filters 10b angesammelten Ruß­ partikel ausgebrannt werden. Die dabei entstehenden harmlo­ sen Rückstände werden durch das Auspuffrohr 16b ausgestoßen.

Wie in Fig. 1 angedeutet ist, ist der Abstand zwischen der Eintrittsöffnung 6b am Vorraum 12b des Filters 10b und der in Schließstellung befindlichen Umschaltklappe 6b größer als der Durchmesser d des betreffenden Kanals 4b. Dadurch wird erreicht, daß bei eingeschaltetem Brenner 14b die Umschalt­ klappe 6b nur geringfügig aufgeheizt wird.

Aufgrund der speziellen Brennerausgestaltung und -anordnung (auf der Stirnseite des betreffenden Filters) erreicht man eine gleichmäßige Erhitzung des Eintrittsquerschnitts des Filtermaterials.

Claims (4)

1. Rußfiltereinrichtung für Dieselmotor-Abgase, mit folgenden Merkmalen:

• a) es sind zwei getrennte, alternativ von dem Abgas durchströmbare Rußfiltereinheiten (10a, 10b), jeweils mit einem Vorraum (12a, 12b) vorgesehen;
• b) die zwei Rußfiltereinheiten (10a, 10b) sind über ein Abgasleitungssystem an den Dieselmotor angeschlossen, das über zwei separate Kanäle (4a, 4b) in die zwei Vorräume (12a, 12b) mündet;
• c) in dem Abgasleitungssystem ist eine Umschaltklappenanordnung (6a, 6b) vorgesehen, durch deren Stellung festgelegt ist, welchem der beiden Rußfiltereinheiten (10a, 10b) das Abgas zuströmt;
• d) dem Vorraum (12a, 12b) jeder Rußfiltereinheit (10a, 10b) ist stirnseitig ein eigener Brenner (14a, 14b) zugeordnet,

dadurch gekennzeichnet,

• e) daß jeder der Kanäle (4a, 4b) mit einer richtungsmäßigen Tangentialkomponente in den betreffenden Rußfiltereinheit- Vorraum (12a, 12b) mündet;
• f) daß das Abgasleitungssystem zwischen dem Dieselmotor und den zwei Rußfiltereinheiten (10a, 10b) einen Vorschalldämpfer (2) aufweist, wobei sich die Umschaltklappenanordnung (6a, 6b) zwischen dem Vorschalldämpfer (2) und den zwei Rußfiltereinheiten (10a, 10b) befindet; und
• g) daß jeder der Brenner (14a, 14b) so ausgebildet ist, daß er eine im wesentlichen tellerförmige, auf die betreffende Rußfilterstirnseite gerichtete Flamme erzeugt.

2. Rußfiltereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Umschaltklappenanordnung (6a, 6b) nahe dem Vorschalldämpfer (2) und im Abstand von den Rußfiltereinheit- Vorräumen (12a, 12b) befindet.

3. Rußfiltereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rußfiltereinheiten (10a, 10b) tiefer als der Vorschalldämpfer (2) angeordnet und über zwei abwärtsführende Kanäle (4a, 4b) mit diesem verbunden sind, und daß die Umschaltklappenanordnung (6a, 6b) jeweils eine Umschaltklappe in einem der zwei Kanäle (4a, 4b) aufweist.