DE4004424C2

DE4004424C2 -

Info

Publication number: DE4004424C2
Application number: DE4004424A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Dr.Techn. Steyr At Moser
Original assignee: Steyr Daimler Puch AG
Current assignee: Steyr Daimler Puch AG
Priority date: 1989-02-15
Filing date: 1990-02-13
Publication date: 1993-06-09
Also published as: US5067319A; DE4004424A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Dieselmotoren, bei der sich die Abgasleitung des Motors in zwei mittels einer Umschalteinrichtung wechselweise absperrbare Zweigleitungen teilt, von denen die eine über ein Rußfilter führt, hinter dem sich diese mit der anderen als Umgehungsleitung dienenden Zweiglei tung zu einer Endleitung wieder vereint, wobei die über das Rußfilter führende Zweigleitung mit Hilfe der in Abhängigkeit von der Motorbelastung betätigbaren Um schalteinrichtung ab einer vorbestimmten Teillast und bei Vollast des Motors geöffnet ist.

Dabei wird von der grundsätzlichen Erkenntnis ausgegangen, daß Rußpartikel vor allem im Vollastbereich und im oberen Teillastbereich von Dieselmotoren entstehen und daß in der Teillast gebildete, im Abgas enthaltene Partikel vor wiegend von unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff bzw. aus dem Schmieröl stammen. Durch die Freigabe der über das Rußfilter führenden Zweigleitung nur bei Vollast bzw. vorbestimmter Teillast ist das Rußfilter also nur dann in Funktion, wenn ausreichend hohe Abgastemperaturen zur Selbstregenerierung vorhanden sind, so daß sich eigene Zündeinrichtungen erübrigen. Da aber gerade in diesem Belastungsbereich der Großteil der Partikelemission, nämlich je nach Testverfahren 75-85%, zustande kommt, kann auf diese Weise eine relativ hohe Filterung erreicht werden.

Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt (DE-OS 35 32 345, US-PS 39 37 015). Bei der letztgenannten Konstruktion wird davon ausgegangen, daß im unteren Teillastbereich die im Abgas enthaltenen Partikel so gering seien, daß kein Anlaß bestehe, auch diese Partikel aus dem Abgas herauszufiltern.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin eine Konstruktion (FR-PS 22 88 218), bei welcher einem Rußfilter ein Katalysator nachgeordnet ist. Damit durchströmen die Abgase zunächst erst den Rußfilter und anschließend den Katalysator.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise, d. h. mit vergleichsweise einfachen Mitteln, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine praktisch völlige Reinigung der Abgase gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hinter der Umschalteinrichtung in der Umgehungsleitung ein Oxydationskatalysator eingebaut ist und daß die Zweigleitung mit dem Rußfilter und die Umgehungsleitung mit dem Oxydationskatalysator in wärmeleitender Verbindung angeordnet sind.

Hierdurch ergibt sich ein doppelter Vorteil:

- Auch im unteren Teillastbereich erfolgt eine Reinigung der Abgase mit Hilfe des Oxydationskatalysators, welcher bereits bei niedrigen Temperaturen, d. h. etwa 300°C in der Lage ist, aus dem Kraftstoff und dem Schmieröl stammende Partikel aus dem Abgas zu eliminieren,
- dadurch, daß die Zweigleitung mit dem Rußfilter und die Umgehungsleitung mit dem Oxydationsskatalysator in wärmeleitender Verbindung stehen, wird gewährleistet, daß die jeweils in Funktion befindliche Reinigungsvorrichtung (Rußfilter bzw. Oxydationskatalysator) die jeweils andere, nicht durchströmte Reinigungsvorrichtung auf der entsprechenden Betriebstemperatur hält, so daß hieraus eine Verbesserung der Effektivität resultiert. Es ist zwar bereits bekannt, ein Rußfilter so zu beschichten, daß es auch als Oxydationskatalysator wirken kann (US-PS 44 85 622), jedoch lassen sich mit einem solchen Filter keine optimalen Werte erreichen, da die oberflächliche Beschichtung bestimmte Dimensionierungen voraussetzt, die nicht beiden Zwecken dienlich sind.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich dadurch, daß die Umgehungsleitung mit dem Oxydationskatalysator und die Zweigleitung mit dem Rußfilter einander umschließend koaxial angeordnet sind, wobei die Umschalteinrichtung drehschieberartig aus zwei gleichachsigen, gegeneinander verdrehbaren Lochscheiben besteht, deren Löcher der Zweigleitung mit dem Rußfilter und der Umgehungsleitung mit Oxydationskatalysator zugeordnet und welchselweise zur Deckung bringbar sind.

Hieraus resultiert eine konstruktiv einfache und wärmetechnisch vorteilhate Konstruktion: Beim Katalysatorvorgang im Teillastbetrieb erzeugt der Katalysator Wärme, welche er an das Rußfilter abgibt, das damit seinerseits auf relativ hoher Temperatur gehalten wird, so daß beim Umschalten auf Rußfilterbetrieb ein sofortiges Einsetzen des Regenerierungsvorganges gewährleistet ist. Umgekehrt wird die hohe Wärmeentwicklung des Rußfilters während des Regenerierungsvorganges dem Katalysator mitgeteilt, welcher dannn beim Übergang auf Teillastbetrieb sofort ansprechen kann. Durch die koaxiale Anordnung des Oxydationskatalysators und des Rußfilters wird eine zuverlässige und kostengünstige Umschalteinrichtung ermöglicht, die keinen Nachteil üblicher Klappenausbildungen aufweist und außerdem gewährleistet, daß jeweils der Oxydationskatalysator und das Rußfilter gleichmäßig vom Abgasstrom beaufschlagt werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand vereinfacht dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Dieselmotor mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasreinigung in Draufsicht,

Fig. 2 die Filter- bzw. Katalysatoranordnung im Schnitt,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls in vereinfachter Schnittdarstellung und

Fig. 4 einen zugehörigen Querschnitt mit Blick auf die Umschalteinrichtung.

Ein Dieselmotor 1 mit Einspritzpumpe 2 ist mit einem Abgasturbolader 3 ausgestattet, von dem eine Abgasleitung 4 wegführt. Die Abgasleitung 4 ist in zwei Zweigleitungen 5, 6 unterteilt, wobei die Zweigleitung 6 über ein Rußfilter 7 führt und in der Umgehungsleitung 5 ein Oxydationskatalysator 8 eingebaut ist. Hinter Rußfilter 7 und Oxydationskatalysator 8 vereinen sich die beiden Zweigleitungen 5, 6 zu einer Endleitung 9.

An der Teilungsstelle der Abgasleitung 4 ist eine Umschalteinrichtung 10 gemäß den Fig. 1 bis 3 in Form einer einfachen Schwenkklappe vorgesehen, die wechselweise die Zweigleitung 6 oder die Umgehungsleitung 5 sperrt. Die Betätigung der Umschalteinrichtung 10 erfolgt über ein Stellglied 11, das mit dem Hebel 12 der Einspritzpumpe 2 gekoppelt oder mit einer Steuereinrichtung 13 verbunden sein kann, der verschiedene, die Motorbelastung betreffende Betriebsgrößen eingegeben werden.

Fig. 2 zeigt eine nähere Ausbildung, wonach die beiden Zweigleitungen 5, 6 bzw. das Rußfilter 7 und der Oxydationskatalysator 8 dicht beisammen in wärmeleitender Verbindung in einem Gehäuse untergebracht sind.

Eine besonders zweckmäßige Konstruktion ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Dabei umschließt die Umgehungsleitung 5 mit dem Oxydationskatalysator 8 ringförmig die koaxiale Zweigleitung 6 mit dem Rußfilter 7. Als Umschalteinrichtung 10a dienen zwei drehschieberartig zusammenwirkende, gleichachsige Lochscheiben 14, 15, von denen die hintere Lochscheibe 14 feststehend und die vordere Lochscheibe 15 drehbar ist und deren Löcher 16, 17 der Zweigleitung 5 mit dem Rußfilter 7 und der Umgehungsleitung 6 mit dem Oxydationskatalysator 8 zugeordnet sind.

Die Scheibe 15 kann über die Welle 18 und den Kolbentrieb 19 verdreht werden, der das Stellglied darstellt. Die Beaufschlagung des Kolbentriebes 19 erfolgt von einer Druckmittelquelle 20 her über ein Magnetventil 21, dessen Steuereinrichtung 22 mit einem Temperaturfühler bzw. -schalter 23 in der Abgasleitung 4 verbunden ist.

In den Fig. 3 und 4 befindet sich die Umschalteinrichtung 10a in jener Drehstellung der beiden Scheiben 14, 15 in der die Umgehungsleitung 5 bzw. der Oxydationskatalysator 8 abgesperrt ist und die Zweigleitung 6 mit dem Rußfilter 7 vom Abgas durchströmt wird.

Claims

1. Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Dieselmotoren, bei der sich die Abgasleitung des Motors in zwei mittels einer Umschalteinrichtung wechselweise absperrbare Zweigleitungen teilt, von denen die eine über ein Rußfilter führt, hinter dem sich diese mit der anderen als Umgehungsleitung dienenden Zweigleitung zu einer Endleitung wieder vereint, wobei die über das Rußfilter führende Zweigleitung mit Hilfe der in Abhängigkeit von der Motorbelastung betätigbaren Umschalteinrichtung ab einer vorbestimmten Teillast und bei Vollast des Motors geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß hinter der Umschalteinrichtung (10; 10a) in der Umgehungsleitung (5) ein Oxydationskatalysator (8) eingebaut ist und
daß die Zweigleitung (6) mit dem Rußfilter (7) und die Umgehungsleitung (5) mit dem Oxydationskatalysator (8) in wärmeleitender Verbindung angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (5) mit dem Oxydationskatalysator (8) und die Zweigleitung (6) mit dem Rußfilter (7) einander umschließend koxial angeordnet sind, wobei die Umschalteinrichtung (10a) drehschieberartig aus zwei gleichachsigen, gegeneinander verdrehbaren Lochscheiben (14, 15) besteht, deren Löcher (16, 17) der Zweigleitung (6) mit dem Rußfilter (7) und der Umgehungsleitung (5) mit dem Oxydationskatalysator (8) zugeordnet und wechselweise zur Deckung bringbar sind.