DE4100367A1 - Regeneratable internal combustion exhaust gas soot filter - with wound ceramic elements and fuel burners - Google Patents

Regeneratable internal combustion exhaust gas soot filter - with wound ceramic elements and fuel burners

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Abstract

Soot filter for purificn. of I.C. engine exhaust gases, comprising filter candles arranged with axes parallel to each other, and each having a closed end and a clean gas outlet end, operating with radial flow from outside to inside, of heat resistant ceramic yarn, hollow former spiral wound, and with a filter housing having at the closed end of the candles, at least one feed plenium and at the other end at least one clean gas collection heads, and being novel in that at least these adjacent candles (13,14,15,16) surround a distributor tube (26,28), that the distributor tube extends for the full length of the candles (13,14,15,16), and a hot gas steam is introduced into the distributor tube by means of a burner (24), and where the distributor tube (26,28) has orifices (27) along its full length through which the hot gas issues to burn off the soot deposits from the adjacent filter candles (13,14,15,16). USE/ADVANTAGE - Compact exhaust gas soot removal unit, particularly for diesel engines, requiring reduced heat input for soot burn off.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a soot filter for cleaning the Exhaust gas flow of an internal combustion engine according to the preamble of Claim 1.

Ein solcher Rußfilter ist aus der DE-PS 30 07 742 bekannt. Eine Möglichkeit zur Reinigung solcher Filter durch Abbrennen des auf den Filterkerzen angesammelten Rußes ist dort nicht angegeben.Such a soot filter is known from DE-PS 30 07 742. A Possibility to clean such filters by burning the soot accumulated on the filter candles is not there specified.

Eine WO-OS 88 09 865 beschreibt eine Abgasreinigungsvorrichtung für Dieselmotoren, bei welcher ein Keramikmonolit vorgesehen ist, welcher von außen her aufgeheizt wird. Ein Nachteil dieser Anordnung ist zum einen darin zu sehen, daß das gesamte Rußfilter und insbesondere das Gehäuse einer sehr hohen thermischen Belastung ausgesetzt ist. Außerdem muß die Regeneration während einer Stillstandsphase des Dieselmotors erfolgen. Ein kontinuierlicher Betrieb des Dieselmotors ist deshalb mit der darin vorgestellten Lösung nicht möglich.A WO-OS 88 09 865 describes an exhaust gas purification device for diesel engines in which a ceramic monolite is provided which is heated from the outside. One disadvantage of this On the one hand, the arrangement can be seen in the fact that the entire Soot filter and in particular the housing of a very high one is exposed to thermal stress. In addition, the Regeneration during a standstill phase of the diesel engine respectively. A continuous operation of the diesel engine is therefore not possible with the solution presented in it.

Es ist weiterhin aus der EP A2 2 83 240 ein Rußfilter bekannt, welches zwei Rußfilterkammern aufweist. Durch diese Zwei-Kammer-Bauweise besteht die Möglichkeit, eine Kammer zu regenerieren während die andere Kammer mit dem Abgasstrom beaufschlagt wird. Auch hier ist ein Brenner zum Erhitzen der zu regenerierenden Kammer vorgesehen. Nachteilig wirkt sich bei diesem Gegenstand ebenfalls die hohe thermische Belastung des Rußfilters während der Regenerationsphase aus.A soot filter is also known from EP A2 2 83 240, which has two soot filter chambers. Through this  Two-chamber design gives the option of one chamber regenerate while the other chamber with the exhaust gas flow is applied. Here too is a burner for heating the provided to regenerate chamber. Adversely affects this subject also the high thermal load of the Soot filter during the regeneration phase.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein Rußfilter zu schaffen, welches eine kompakte Bauweise aufweist und eine möglichst geringe Heizenergie für die Regenerationsphase benötigt und damit die Filterkerzen und das Gehäuse möglichst wenig thermisch belastet.The invention is therefore based on the object To avoid disadvantages and to create a soot filter, which has a compact design and the smallest possible Heating energy required for the regeneration phase and thus the Filter candles and the housing as little thermal as possible charged.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnenden Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This task is based on the generic term of Main claim solved by its characteristic features. Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims included.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention is based on a Embodiment explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Rußfilters, Fig. 1 is a sectional view of a soot filter,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Filterkerzen des in Fig. 1 dargestellten Rußfilters. Fig. 2 is a plan view of the filter cartridges of the soot filter shown in Fig. 1.

Das Rußfilter besteht aus einem Gehäuse 10. Dieses Gehäuse weist eine Einströmöffnung 11 für den vom Dieselmotor kommende Abgasstrom, und eine Ausströmöffnung 12 auf, über welche das gereinigte Abgas das Filter verläßt. In dem Gehäuse 10 befinden sich Filterkerzen 13, 14, 15, 16, die an ihrer oberen Stirnseite geschlossen sind und an ihrem unteren Ende mit deren inneren Öffnung mit dem Reingassammelraum 17 in Verbindung stehen. Im oberen Bereich des Gehäuses 10 befindet sich eine Trennwand 18. Diese Trennwand 18 ist mit zwei Öffnungen 19, 20 versehen. Jede dieser Öffnungen führt in eine der beiden durch eine Zwischenwand 21 getrennten Filterkammer 22, 23. Eine Einrichtung zur Erzeugung eines Heizgasstroms, beispielsweise ein Brenner 24, welcher mit Dieselkraftstoff betrieben wird, ist im oberen Bereich des Gehäuses angeordnet und befindet sich mit seiner Ausströmöffnung 25 unmittelbar über einem Verteilerrohr 26. Dieses Verteilerrohr ist, wie in Fig. 2 dargestellt, von Filterkerzen umgeben und weist eine Form auf, die es gestattet, Heizgas bis unmittelbar an jede der in der Filterkammer 22 angeordneten Filterkerzen zu leiten. Das Verteilerrohr 26 ist mit einer Vielzahl von Bohrungen 27 versehen. Über diese Bohrungen strömt das Heizgas an die einzelnen Filterkerzen. In der Filterkammer 23 der Fig. 2, sind zwei unterschiedliche Varianten zur Zuführung des Heizgases dargestellt. Im oberen Teil der Filterkammer 23 ist ein Verteilerrohr 28 gezeigt. Dieses Verteilerrohr wird von einem Kranz von Filterkerzen umgeben. Das Verteilerrohr 28 ist durch seinen runden Querschnitt besonders einfach in der Herstellung. Durch geeignete Anordnung der Filterkerzen wird ein günstiges Zündverhalten des Rußes auf den Filterkerzen sichergestellt. Im unteren Bereich der Filterkammer 23 befindet sich kein Verteilerrohr. Hier ist die Anordnung der Filterkerzen derart gewählt, daß sich zwischen den Filterkerzen ein Innenraum 29 bildet. In diesen Innenraum wird der Heizgasstrom als gerichteter Strahl eingeführt und erhitzt somit die den Innenraum umschließenden Filterkerzen 15, 16, 32, 33, 34. Durch eine geeignete Ausgestaltung der Brennerdüse des Brenners 24 ist die Erzeugung eines gerichteten Heizgasstroms, welcher die Filterkerzen auf ihre gesamten Länge gleichmäßig erwärmt, möglich.The soot filter consists of a housing 10 . This housing has an inflow opening 11 for the exhaust gas stream coming from the diesel engine, and an outflow opening 12 through which the cleaned exhaust gas leaves the filter. In the housing 10 there are filter candles 13 , 14 , 15 , 16 , which are closed on their upper end face and are connected at their lower end to the inner opening of the clean gas collecting space 17 . A partition 18 is located in the upper area of the housing 10 . This partition 18 is provided with two openings 19 , 20 . Each of these openings leads into one of the two filter chambers 22 , 23 separated by an intermediate wall 21 . A device for generating a heating gas flow, for example a burner 24 , which is operated with diesel fuel, is arranged in the upper region of the housing and is located with its outflow opening 25 directly above a distributor pipe 26 . As shown in FIG. 2, this distributor pipe is surrounded by filter candles and has a shape which allows heating gas to be led directly to each of the filter candles arranged in the filter chamber 22 . The distributor pipe 26 is provided with a multiplicity of bores 27 . The heating gas flows through these holes to the individual filter cartridges. In the filter chamber 23 of FIG. 2, two different variants for supplying the heating gas are shown. A distributor pipe 28 is shown in the upper part of the filter chamber 23 . This manifold is surrounded by a ring of filter cartridges. The distributor tube 28 is particularly simple to manufacture due to its round cross section. A suitable ignition of the soot on the filter cartridges is ensured by a suitable arrangement of the filter cartridges. There is no distributor pipe in the lower region of the filter chamber 23 . Here, the arrangement of the filter cartridges is selected such that an interior space 29 is formed between the filter cartridges. The heating gas flow is introduced into this interior as a directed jet and thus heats the filter candles 15 , 16 , 32 , 33 , 34 surrounding the interior. A suitable design of the burner nozzle of the burner 24 enables a directed heating gas flow to be generated, which heats the filter candles uniformly over their entire length.

Die Wirkungsweise des Rußfilters wird nachfolgend beschrieben.The operation of the soot filter is described below.

Zunächst sind beide Öffnungen 19, 20 geöffnet, die Ventilklappen 30, 31 sind angehoben. Das Abgas strömt durch beide Filterkammern, der darin enthaltene Ruß lagert sich an der Oberfläche der Filterkerzen ab. Hat sich der Durchflußwiderstand des Filters auf einen bestimmten Grenzwert erhöht, dann wird die Ventilklappe 30 geschlossen. Das Abgas strömt nunmehr nur noch durch die Filterkammer 23. Über den Brenner 24 wird Heizgas auf die das Verteilerrohr 26 umgebende Filterkerzen geführt bis der Ruß auf diesen Filterkerzen zu glimmen beginnt, und somit der Abbrennvorgang eingeleitet wird.First, both openings 19 , 20 are open, the valve flaps 30 , 31 are raised. The exhaust gas flows through both filter chambers, the soot contained in it deposits on the surface of the filter cartridges. If the flow resistance of the filter has increased to a certain limit value, the valve flap 30 is closed. The exhaust gas now only flows through the filter chamber 23 . Via the burner 24 , heating gas is passed onto the filter candles surrounding the distributor pipe 26 until the soot begins to glow on these filter candles, and thus the burning process is initiated.

Nachdem das Abbrennen des Rußes erfolgt, wird der Brenner abgeschaltet und Frischluft der Filterkammer 22 zugeführt. Diese Frischluft sorgt dafür, daß der Abbrennvorgang aufrechterhalten bleibt bis der Ruß vollständig auf den Filterkerzen abgebrannt ist. Nachdem der Regenerationsvorgang in dieser Filterkammer beendet ist, wird die Ventilklappe 30 geöffnet und die Ventilklappe 31 geschlossen. Nunmehr strömt das Abgas durch die Filterkammer 22, während die Regeneration in der Filterkammer 23 eingeleitet wird. Oberhalb dieser Filterkammer können ein oder mehrere Brenner angeordnet sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Brenner 24 an einem Schwenkarm zu Lagern und über das jeweilige Verteilerrohr der zu regenerierenden Filterkerzen zu bewegen.After the soot has burned off, the burner is switched off and fresh air is supplied to the filter chamber 22 . This fresh air ensures that the burning process is maintained until the soot has completely burned off on the filter cartridges. After the regeneration process in this filter chamber has ended, the valve flap 30 is opened and the valve flap 31 is closed. The exhaust gas now flows through the filter chamber 22 while the regeneration is initiated in the filter chamber 23 . One or more burners can be arranged above this filter chamber. But there is also the possibility of mounting the burner 24 on a swivel arm and moving it over the respective distributor pipe of the filter candles to be regenerated.

Vorteile dieses Rußfilters sind zum einen die Möglichkeit, einen Brenner mit relativ geringer Heizleistung einzusetzen, da nicht der mit hoher Geschwindigkeit durch das Rußfilter strömende Abgasstrom des Motors erhitzt werden muß, sondern lediglich die geringe Menge des zum Aufheizen oder zum Zünden der Filterkerzen benötigte Heizgas. Da die Aufheizung mittels des Heizgases nur im Inneren der jeweiligen Filterkammer erfolgt und das Verteilerrohr mit Filterkerzen umgeben ist, wird das Gehäuse der Filterkammer und auch das gesamte Rußfilter nur sehr gering thermisch belastet. Damit bleibt die Gehäusetemperatur während des Regenerationsvorgangs niedrig.The advantages of this soot filter are the possibility use a burner with a relatively low heating output, because not at high speed through the soot filter flowing exhaust gas flow from the engine must be heated, but only the small amount to heat or ignite heating gas required by the filter candles. Since the heating means of the heating gas only inside the respective filter chamber takes place and the distributor pipe is surrounded by filter candles, becomes the housing of the filter chamber and also the whole The soot filter is only very slightly thermally stressed. That leaves the Housing temperature low during the regeneration process.

Zum Umschalten der Ventilklappen und zum Steuern des Brenners ist eine einfache Steuereinrichtung zweckmäßig, die beispielsweise in Abhängigkeit von dem Durchflußwiderstand die Ventilklappen 30, 31 und den Brennerbetrieb aktiviert.To switch the valve flaps and to control the burner, a simple control device is expedient which, for example, activates the valve flaps 30 , 31 and the burner operation depending on the flow resistance.

BezugszeichenlisteReference symbol list

10 Gehäuse
11 Einströmöffnung
12 Ausströmöffnung
13 Filterkerze
14 Filterkerze
15 Filterkerze
16 Filterkerze
17 Reingassammelraum
18 Trennwand
19 Öffnung
20 Öffnung
21 Zwischenwand
22 Filterkammer
23 Filterkammer
24 Brenner
25 Ausströmöffnung
26 Verteilerrohr
27 Bohrungen
28 Verteilerrohr
29 Innenraum
30 Ventilklappen
31 Ventilklappen
32 Filterkerze
33 Filterkerze
34 Filterkerze 10 housing
11 inflow opening
12 outflow opening
13 filter candle
14 filter candle
15 filter candle
16 filter candle
17 Clean gas collecting room
18 partition
19 opening
20 opening
21 partition
22 filter chamber
23 filter chamber
24 burners
25 outflow opening
26 manifold
27 holes
28 manifold
29 interior
30 valve flaps
31 valve flaps
32 filter candle
33 filter candle
34 filter candle

Claims (5)

1. Rußfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine mit 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 der anderen Stirnseite mindestens eine Reingassammelkammer aufweist, in die die Reingasausströmöffnungen einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei benachbart liegende Filterkerzen (13, 14, 15, 16) ein Verteilerrohr (26, 28) umschließen, daß dieses Verteilerrohr (26, 28) sich über die gesamte Länge der Filterkerzen (13, 14, 15, 16) erstreckt und mittels eines Brenners (24) ein Heizgasstrom in das Verteilerrohr (26, 28) eingeführt wird, und wobei das Verteilerrohr (26, 28) über seine gesamte Länge Öffnungen (27) aufweist, durch welche der Heizgassstrom austritt und den auf den benachbart liegenden Filterkerzen (13, 14, 15, 16) angesammelten Ruß zündet.1.Soot filter for cleaning the exhaust gas flow of an internal combustion engine with mutually parallel axes, closed on one end side and provided on the other end side with a clean gas outflow opening, which during operation is radially flowed from the outside inwards, made of heat-resistant ceramic yarns wound into hollow cylinders in a coil-like manner and with a filter housing which has at least one inflow chamber on the closed end faces of the filter candles and at least one clean gas collection chamber on the other end face, into which the clean gas outflow openings open, characterized in that at least three adjacent filter candles ( 13 , 14 , 15 , 16 ) have a distributor pipe ( 26 , 28 ) enclose that this distributor pipe ( 26 , 28 ) extends over the entire length of the filter candles ( 13 , 14 , 15 , 16 ) and a heating gas stream is introduced into the distributor pipe ( 26 , 28 ) by means of a burner ( 24 ), and the distribution Errohr ( 26 , 28 ) over its entire length has openings ( 27 ) through which the heating gas flow exits and ignites the soot accumulated on the adjacent filter candles ( 13 , 14 , 15 , 16 ). 2. Rußfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine mit 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 der anderen Stirnseite mindestens eine Reingassammelkammer aufweist, in die die Reingasausströmöffnungen einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei benachbart liegende Filterkerzen (13, 14, 15, 16) ein Innenraum (29) umschließen, daß dieser Innenraum (29) sich über die gesamte Länge der Filterkerzen (13, 14, 15, 16) erstreckt und mittels eines Brenners (24) ein Heizgasstrom in den Innenraum (29) eingeführt wird, und wobei der Heizgassstrom den auf den benachbart liegenden Filterkerzen (13, 14, 15, 16) angesammelten Ruß zündet.2.Soot filter for cleaning the exhaust gas flow of an internal combustion engine with mutually parallel axes, closed on one end face and provided on the other end face with a clean gas outflow opening, which during operation is radially flowed from the outside inwards, made of heat-resistant ceramic yarns wound into hollow cylinders and with a filter housing , which has at least one inflow chamber on the closed end faces of the filter candles and at least one clean gas collection chamber on the other end face, into which the clean gas outflow openings open, characterized in that at least three adjacent filter candles ( 13 , 14 , 15 , 16 ) have an interior space ( 29 ) enclose that this interior ( 29 ) extends over the entire length of the filter cartridges ( 13 , 14 , 15 , 16 ) and a heating gas flow is introduced into the interior ( 29 ) by means of a burner ( 24 ), and the heating gas flow to the neighbors The soot lying on the filter candles ( 13 , 14 , 15 , 16 ) ignites soot. 3. Rußfilter nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (10) wenigstens zwei Filterkammern (22, 23); aufweist und eine Umschaltklappe (30, 31) vorgesehen ist, welche den Abgasstrom in jeweils eine Filterkammer (22, 23) einleitet, wobei in der nicht vom Abgas durchströmten Filterkammer eine Regeneration der Filterkerzen (13, 14, 15, 16) erfolgt.3. soot filter according to claim 1 or 2, characterized in that the filter housing ( 10 ) at least two filter chambers ( 22 , 23 ); and a switchover flap ( 30 , 31 ) is provided, which introduces the exhaust gas flow into a filter chamber ( 22 , 23 ), the filter cartridges ( 13 , 14 , 15 , 16 ) being regenerated in the filter chamber not flowed through by the exhaust gas. 4. Rußfilter nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zünden des Rußes mittels des Brenners (24) dieser abgeschaltet wird und dem zu regenerierenden Bereich des Rußfilters Frischluft zugeführt wird, zur Aufrechterhaltung des Verbrennungsvorgangs.4. Soot filter according to one of the preceding claims, characterized in that after the soot is ignited by means of the burner ( 24 ), the burner ( 24 ) is switched off and fresh air is supplied to the region of the soot filter to be regenerated, in order to maintain the combustion process. 5. Rußfilter nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (24) auf einem Schwenkarm angeordnet ist, und mittels dieses Schwenkarms nacheinander an das jeweilige Verteilerrohr (26, 28), das von den zu regenerierenden Filterkerzen (13, 14, 15, 16) umschlossen wird oder an den Innenraum (29) ankoppelbar ist.5. Soot filter according to one of the preceding claims, characterized in that the burner ( 24 ) is arranged on a swivel arm, and by means of this swivel arm one after the other to the respective distributor pipe ( 26 , 28 ), which of the filter candles to be regenerated ( 13 , 14 , 15th , 16 ) is enclosed or can be coupled to the interior ( 29 ).
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