DE3914758A1 - Russfilter zur reinigung des abgastroms einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rußfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Rußfilter sind aus der DE-PS 30 07 742 bekannt. Eine Möglichkeit zum Reinigen solcher Filter durch Abbrennen des auf den Filterkerzen angesammelten Rußes ist dort nicht angegeben.

Für das Abbrennen des Rußes auf den Filtereinsätzen von Rußfiltern wurden unterschiedliche Verfahren bekannt. Hierzu zählen das Beseitigen des Rußes durch Mikrowellen (DE-PS 30 24 539), durch Anordnung einer Zündvorrichtung und Zufuhr von Kraftstoff, wobei das Filter unterteilt sein kann und abwechselnd gereinigt wird (DE-OS 37 25 587), durch Aufbringen von Zündhilfsstoffen auf dem abgesetzten Ruß, um dessen Zündtemperatur zu verringern (DE-PS 31 11 228) und durch Aufheizen mittels elektrischer Energie (DE-OS 37 12 333).

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der zuletzt genannten Art der Abreinigung der Filterkerzen mittels elektrischer Energie und hat sich die Aufgabe gestellt, die Abreinigung durch Einsparen von Energie bei geringem konstruktiven Aufwand zu verbessern.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der lichte Abstand aller benachbarten Filterkerzen voneinander 2 bis 4% des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers beträgt und in jedem aus mindestens drei Filterkerzen gebildeten Hohlraum ein langgestreckter, bei durch Stillstand der Brennkraftmaschine oder durch Abtrennen von Filterkerzengruppen erzeugter Unterbrechung des Abgasstromes einschaltbarer elektrischer Heizkörper angeordnet ist.

Bei einer derartigen Anordnung der Filterkerzen mit verhältnismäßig geringem gegenseitigen Abstand und den in den Hohlräumen angeordneten Heizkörpern ergibt sich eine gute Wärmeisolation durch die den Heizkörper umgebenden Filterkerzen selbst. Ist erst einmal das Abbrennen des abgesetzten Rußes bei Unterbrechung des Abgasstromes durch die elektrischen Heizkörper in deren Nähe in Gang gesetzt, so brennt der Ruß von selbst auch an den übrigen Filterkerzenoberflächen weiter.

Vorteilhaft wird das Abbrennen des abgesetzten Rußes dadurch unterstützt, daß eine Einrichtung zum Zuführen einer geringen Luftmenge in die Zuströmkammer für das Abbrennen des Rußes bei unterbrochenem Abgasstrom vorgesehen ist, die 2 bis 6%, vorzugsweise 4% der Vollastabgasmenge beträgt.

Nach einem weiteren Vorschlag ergibt sich ein einfacher Aufbau dadurch, daß die Einrichtung aus einem Gebläse besteht.

Das Abbrennen des Rußes auch an den den Heizkörpern entfernten Stellen wird vorteilhaft dadurch unterstützt, daß das Keramikgarn mit einem das Oxydieren des abgesetzten Rußes fördernden katalytischen Material, beispielsweise mit Kupferoxyd oder Eisenoxyd überzogen ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Rußfilter der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine andere Anordnung der Filterkerzen und

Fig. 4 eine weitere geänderte Anordnung der Filterkerzen.

Ein Rußfilter 10 hat ein zylindrisches Filtergehäuse 11 mit einem Gehäusemantel 12, mit einem Boden 13 und mit einem Deckel 14. In den Boden 13 mündet ein Zuführstutzen 15 für die Abgase der Brennkraftmaschine ein. Aus dem Deckel 14 mündet ein Abführstutzen 16 aus, durch den die gereinigten Abgase ins Freie gelangen. Eine Querwand 20 unterteilt das Innere des Filtergehäuses 11 in eine Zuströmkammer 21 und eine Reingassammelkammer 22.

An der Querwand 20 festgelegte Filterkerzen 30 bestehen aus hitzebeständigem, zu Hohlzylindern spulenartig aufgewickeltem Keramikgarn, dessen Oberfläche aufgerauht ist. Die Filterkerzen 30 sind so zu Gruppen zusammengefaßt, daß jeweils drei (Fig. 2) oder vier (Fig. 3) oder fünf (Fig. 4) mit ihren Achsen auf einem Kreisring 31, 32, 33 zu liegen kommen. Im übrigen sind die Filterkerzen 30 jeweils parallelachsig zueinander angeordnet und an der einen Stirnseite, mit der sie in die Zuströmkammer 21 hineinragen, durch Endscheiben 34 geschlossen. An der gegenüberliegenden, an der Querwand 20 festgelegten Stirnseite weisen die Filterkerzen 30 Reingasausströmöffnungen 35 auf, die in die Reingassammelkammer 22 einmünden.

Die Filterkerzen 30 sind so zueinander angeordnet, daß der lichte Abstand A aller benachbarten Filterkerzen voneinander 3% des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers D beträgt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 ist in jedem aus drei Filterkerzen 30 gebildeten Hohlraum 36 ein langgestreckter elektrischer Heizkörper 37 angeordnet. An dem dem Zuführstutzen 15 zugewandten Ende sind die Heizkörper 37 an einem Gitter 39 festgelegt und an dem dem Abführstutzen 16 zugewandten Ende an der Querwand 20 befestigt. Eine elektrische Leitung 40 führt zu einem nicht dargestellten Steuergerät.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird der Hohlraum 42 durch vier Filterkerzen und bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 der Hohlraum 43 durch fünf Filterkerzen gebildet. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 beträgt der Abstand der benachbarten Filterkerzen 30 voneinander 3% des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers. In den Hohlräumen 42, 43 ist ebenfalls ein langgestreckter elektrischer Heizkörper 37 angeordnet.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist eine aus einem Gebläse bestehende Einrichtung 50 vorgesehen, die über einen Zuströmkanal 51 kommunizierende Verbindung mit der Zuströmkammer 21 hat. In dem Zuströmkanal 51 ist eine Absperrklappe 52 angeordnet, um den Zuströmkanal öffnen oder schließen zu können. Das Gebläse ist so ausgelegt, daß es bei geöffneter Absperrklappe 52 eine Luftmenge zuführen kann, die 4% der Vollastabgasmenge der Brennkraftmaschine beträgt.

Um das Oxydieren des abgesetzten Rußes zu fördern, ist das Keramikgarn mit Kupferoxyd überzogen.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine strömen die Abgase durch den Zuführstutzen 15 in die Zuströmkammer 21 des Rußfilters 10, durchqueren die Filterkerzen radial von außen nach innen und verlassen das Rußfilter 10 nach Durchströmen der Reingasausströmöffnungen 35 und der Reingassammelkammer 22 durch den Abführstutzen 16. Die Absperrklappe 52 ist geschlossen. Beim Durchqueren der Filterkerzen 30 setzen sich auf deren Oberfläche Rußpartikel ab. Hat die abgesetzte Rußschicht eine vorgegebene Dicke erreicht und ist dadurch der Durchflußwiderstand auf einen vorgegebenen Wert angewachsen, so wird durch ein geeignetes Steuergerät Strom durch die elektrische Leitung 40 den Heizkörpern 37 bei Stillstand der Brennkraftmaschine zugeführt. Die Heizkörper 37 erwärmen sich und über die sie umgebende Luft auch die Rußfilterschicht auf den Filterkerzen 30, die vom vorausgegangenen Betrieb der Brennkraftmaschine bereits aufgeheizt sind. Schließlich beginnt die Rußschicht von ihren den Heizkörpern 37 am nächsten gelegenen Stellen aus abzubrennen. Um diesen Vorgang zu unterstützen, wird mit den Heizkörpern 37 die Gebläseeinrichtung 50 eingeschaltet, die 4% der Vollastabgasmenge der Brennkraftmaschine bei geöffneter Absperrklappe 52 als Luft über die Zuströmkammer 21 durch die Filterkerzen 30 befördert.

Anstelle die Brennkraftmaschine stillzusetzen, kann auch vorgesehen sein, Filterkerzengruppen über entsprechend angeordnete Absperrklappen abzutrennen. So können beispielsweise zwei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Rußfilter 10 vorgesehen sein, von denen jeweils einer zum Abbrennen des abgesetzten Rußes über eine Ventileinrichtung von dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine abgetrennt wird.

Bezugszeichenliste:

10 Rußfilter
11 Filtergehäuse
12 Gehäusemantel
13 Boden
14 Deckel
15 Zuführstutzen
16 Abführstutzen
20 Querwand
21 Zuströmkammer
22 Reingassammelkammer
30 Filterkerze
31 Kreisring
32 Kreisring
33 Kreisring
34 Endscheibe
35 Reingasausströmöffnung
36 Hohlraum
37 Heizkörper
39 Gitter
40 Elektrische Leitung
42 Hohlraum
43 Hohlraum
50 Gebläse-Einrichtung
51 Zuströmkanal
52 Absperrklappe

Claims (4)

1. Rußfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine mit Gruppen aus drei bis fünf auf einem Ring parallelachsig zueinander angeordneten, an der einen Stirnseite geschlossenen und an der anderen Stirnseite mit einer Reingasausströmöffnung versehenen, im Betrieb radial von außen nach innen durchströmten Filterkerzen aus hitzebeständigem, zu Hohlzylindern spulenartig aufgewickeltem Keramikgarn und mit einem Filtergehäuse, das an den geschlossenen Stirnseiten der Filterkerzen mindestens eine Zuströmkammer und an den anderen Stirnseiten mindestens eine Reingassammelkammer aufweist, in die die Reingasausströmöffnungen einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Abstand (A) aller benachbarten Filterkerzen (30) voneinander 2 bis 4% des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers (D) beträgt und in jedem aus mindestens drei Filterkerzen (30) gebildeten Hohlraum (36; 42; 43) ein langgestreckter, bei durch Stillstand der Brennkraftmaschine oder durch Abtrennen von Filterkerzengruppen erzeugter Unterbrechung des Abgasstromes einschaltbarer elektrischer Heizkörper (37) angeordnet ist.

2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (50) zum Zuführen einer geringen Luftmenge in die Zuströmkammer (21) für das Abbrennen des Rußes bei unterbrochenem Abgasstrom vorgesehen ist, die 2 bis 6%, vorzugsweise 4% der Vollastabgasmenge beträgt.

3. Rußfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) aus einem Gebläse besteht.

4. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikgarn mit einem das Oxydieren des abgesetzten Rußes fördernden katalytischen Material, beispielsweise mit Kupferoxyd oder Eisenoxyd überzogen ist.