DE4134949C2 - Vorrichtung zur Wartung und Regenerierung eines Rußfilters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wartung und Rege­ nerierung eines Rußfilters gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Aus der JP 61-223215 ist ein in der Abgasleitung einer Brenn­ kraftmaschine angeordneter Rußabbrennfilter bekannt, der zur Regeneration, d. h. zum Ausbrennen mit erhitzter Frischluft entgegen der normalen Durchströmrichtung durchgeblasen wird, wobei während dieser Phase die Regenerationsabgase stromab des Fil­ ters in die Abgasleitung zurückgeführt und die Motorabgase um das Filter herumgeleitet werden. Dabei ist es nachteilig, daß mit den Regenerationsabgasen die Verbrennungsrückstände sowie vom Filter abgelöste unverbrannte Rußbestandteile ins Freie ab­ geführt werden und damit die Wirkung des Filters bezüglich des Schutzes der Umwelt vor diesen Schadstoffen teilweise aufge­ hoben wird.

Weiterhin ist aus der DE 37 09 671 A1 ein Partikelfilter mit mehreren getrennten Filterelementen in einem Filtergehäuse be­ kannt, an dem eine periodische Reinigung der Filterelemente vorgesehen ist, indem nacheinander jeweils mindestens ein Fil­ terelement während des Betriebes der Brennkraftmaschine ent­ gegen der Strömungsrichtung der Abgase mit Druckluft durchbla­ sen wird. Die Regenerationsabgase werden dabei mit den Motorabgasen durch die in normaler Strömungsrichtung arbeiten­ den Filterelemente abgeführt.

An diesem Filtersystem ist es neben der aufwendigen und groß­ bauenden Ausführung nachteilig, daß sich bei dem Durchblasen des zu regenerierenden Filterelementes ein Großteil der von diesem betreffenden Filterelement abgelösten Rußpartikel an die anderen, in normaler Strömungsrichtung durchströmten Filter­ elemente absetzt, so daß diese zusätzlich bzw. nach bereits durchgeführter Reinigung erneut beladen werden und dadurch eine annähernd vollständige Beseitigung des Rußes auch bei mehrma­ liger Wiederholung des Reinigungsvorganges kaum erreichbar ist. Im weiteren werden die sich im Partikelfilter ansammelnden nicht brennbaren Verunreinigungen und Aschen während der Rei­ nigungsvorgänge immer wieder aufgewirbelt und setzen sich ebenfalls an den Filterelementen ab, so daß der Beladungsgrad und in der Folge davon der durch das Partikelfilter erzeugte und sich nachteilig auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine auswirkende Abgasgegendruck trotz der periodischen Regenerati­ onen allmählich, im Extremfall bis zur Unbrauchbarkeit des Partikelfilters ansteigt.

An den genannten Lösungen ist es weiterhin nachteilig, daß keine Möglichkeit zur Feststellung des Beladungszustandes sowie der Funktionsfähigkeit des Partikelfilters vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in einer Werk­ statt einsetzbare Vorrichtung zu schaffen, die es bei minimaler Belastung der Umwelt mit Verbrennungsrückständen und Rußparti­ keln ermöglicht, eine Regeneration und Reinigung eines Rußfil­ ters derartig durchzuführen, daß das Rußfilter annähernd seine ursprüngliche Durchlaßfähigkeit wiedererlangt und mittels der ein Rußfilter auf seine Durchlaßfähigkeit geprüft werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen der Patentansprüche 1 und 7 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kenn­ zeichnen.

Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Wartung und Rege­ nerierung eines Rußfilters beschrieben, durch die es ermöglicht wird, in periodischen Abständen, z. B. während eines Serviceauf­ enthaltes in einer Werkstatt das Rußfilter von Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor zu regenerieren und zu überprüfen. Es ist be­ sonders vorteilhaft, daß es durch diese Vorrichtung möglich wird, Rußpartikel, nichtbrennbare Verunreinigungen und Aschen fast vollständig aus dem Rußfilter zu entfernen und um­ weltgerecht zu entsorgen und dadurch einer Verschlechterung des motorischen Wirkungsgrades infolge eines sich bei zunehmender Beladung des Rußfilters vergrößernden Abgasgegendruckes vorzu­ beugen.

Für die dazu erforderlichen Anschlußmöglichkeiten ist an den Abgasanlagen nur ein minimaler Bauaufwand erforderlich, wobei die Vorrichtung als Werkstattgerät betreibbar wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung in der zur Regenerierung installierten Anordnung,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung in der zur Reinigung installierten Anordnung,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer vereinfachten Vorrich­ tung zur Reinigung,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung in der zur Filterdiagnose installierten Anordnung,

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung des Gerätes zur Wartung und Diagnose.

In den Fig. 1, 2 und 4 ist ein Teil einer Abgasanlage mit einem Rußfilter 1 dargestellt, der aus einem durchströmbaren Filter­ element 2 und einem Filtergehäuse 3 besteht und in den ein von der Brennkraftmaschine kommendes Eingangsrohr 4 einmündet, so­ wie an dem ein weiterführendes Ausgangsrohr 5 angebracht ist. Über verschließbare Serviceöffnungen 6, 7 in dem Ein- bzw. Aus­ gangsrohr 4, 5 ist ein in Fig. 5 näher dargestelltes Gerät 8 zur Wartung und Diagnose entsprechend der in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten Möglichkeiten anschließbar. Die Serviceöffnungen 6, 7 können entsprechend der baulichen Gestaltung des Rußfilters 1 auch am Filtergehäuse 3 selbst angebracht sein.

Zur Regeneration wird das Gerät 8 zur Wartung und Diagnose über ein Verbindungsrohr 9 an die motorseitige Serviceöffnung 6 entsprechend Fig. 1 angeschlossen. Dabei schließt eine in das Eingangsrohr 4 hineinragende und zum Rußfilter 1 offene Druck­ düse 10 das Eingangsrohr 4 in Richtung zur Brennkraftmaschine relativ dicht ab. In dem Gerät 8 zur Wartung und Diagnose wird zur Einleitung der Regenerationsphase Luft auf eine Temperatur aufgeheizt, die über der Entzündungstemperatur der Rußpartikel liegt. Diese Luft wird über das Verbindungsrohr 9 in Strö­ mungsrichtung der Abgase durch das Rußfilter 1 geblasen, wo­ durch sich die Rußpartikel im Filterelement 2 entzünden und infolge der für die Verbrennung zur Verfügung stehenden relativ großen Luftmenge abbrennen. Nach der Zündung der Rußpartikel kann die Regeneration mit kalter Luft fortgesetzt werden, da es sich um einen exothermen Vorgang handelt. Hierzu wird der im Gerät 8 zur Wartung und Diagnose vorhandene Lufterhitzer 20 abgeschaltet. Durch eine intensive Verbrennung, insbesondere bei einem hohen Beladungsgrad mit Rußpartikeln, kann es zu sehr hohen Verbrennungstemperaturen kommen, wobei das Rußfilter 1 beschädigt bzw. zerstört wird. Zum Schutz vor derartig hohen kritischen Temperaturen wird während der Regenerationsphase die Temperatur des Verbrennungsvorganges mittels eines in die aus­ gangsseitige Serviceöffnung 7 eingebrachten Temperatursensors 11 gemessen. Bei Erreichen einer festgelegten Temperatur, die unterhalb der kritischen Temperatur für den entsprechenden Ruß­ filtertyp liegt, wird der Vorgang des Abbrennens der Rußpartikel abgebrochen, indem die Zufuhr von Frischluft unterbrochen und ein inertes Gas, z. B. Kohlendioxyd oder Stickstoff, zugeführt wird. Nach Abkühlung des Rußfilters 1 kann der Ausbrennvorgang fort­ gesetzt bzw. erneut eingeleitet werden.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 2 kann in einem zweiten Arbeitsschritt zum Entfernen der Verunreinigungen aus dem Ruß­ filter 1 das Verbindungsrohr 9 an die ausgangsseitige Service­ öffnung 7 angeschlossen werden, wobei in diesem Falle die Druckdüse 10 das Ausgangsrohr 5 in Richtung zum Auspuffende relativ dicht abschließt. An die motorseitige Serviceöffnung 6 wird über ein, das Eingangsrohr 4 mittels einer Druckdüse 10 in Richtung zur Brennkraftmaschine ebenfalls relativ dicht ab­ schließendes Ableitungsrohr 12 eine Verbindung zu einem Staub­ fangbehälter 13 hergestellt. Mittels des durch das Gerät 8 zur Wartung und Diagnose erzeugten bzw. bereitgestellten Druck­ luftstromes wird nun das Rußfilter 1 entgegen der normalen Durchströmrichtung der Abgase durchgeblasen. Erforderlichen­ falls kann der Luftstrom ebenfalls aufgeheizt werden. Durch den das Rußfilter 1 mit hoher Geschwindigkeit durchströmenden Luftstrom werden die sich im und (in normaler Strömungsrich­ tung) vor dem Filterelement 2 angesammelten nicht verbrannten Rußpartikel, Aschen und nichtbrennbaren Verunreinigungen ent­ gegen der normalen Durchströmrichtung der Abgase ausgeblasen und im Staubfangbehälter 13 aufgefangen.

Die Reinigung eines Rußfilters 1 ist entsprechend der Darstel­ lung in Fig. 3 in einer vereinfachten Form ohne das Gerät 8 zur Wartung und Diagnose möglich. Dazu wird eine die beiden Servi­ ceöffnungen 6, 7 verbindende Umgehungsleitung 14 um das Rußfil­ ter 1 installiert, die die gesamte Menge der Auspuffgase der Brennkraftmaschine entgegen der normalen Durchströmrichtung durch das Rußfilter 1 leitet und dadurch die Rußpartikel, Aschen und nichtbrennbaren Verunreinigungen aus dem Rußfilter 1 herausbläst, wobei zwischen der motorseitigen Serviceöffnung 6 und dem Rußfilter 1 eine Entsorgungsöffnung 15 in dem Ein­ gangsrohr 4 angeordnet ist, an die über das Ableitungsrohr 12 der Staubfangbehälter 13 angeschlossen ist, der die festen Partikel aus den Abgasen herausfiltert.

Dabei schließen in das Eingangs- und Ausgangsrohr 4, 5 hinein­ ragende Druckdüsen 10 die Durchgänge zwischen der motorseitigen Serviceöffnung 6 und der Entsorgungsöffnung 15 sowie zwischen der ausgangsseitigen Serviceöffnung 7 und dem weiterführenden Ausgangsrohr 5 in Richtung zum Auspuffende relativ dicht ab.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 4 kann weiterhin der Zu­ stand des Rußfilters 1 anhand seiner Durchströmbarkeit diag­ nostiziert werden, indem der Druckabfall der Abgase beim Durch­ strömen des Rußfilters 1 bei unter definiertem Drehzahl- und Lastzustand laufender Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dazu werden an beiden Serviceöffnungen 6, 7 Druckmeßleitungen 16 an­ geschlossen, deren Druckdifferenz durch das Gerät 8 zur Wartung und Diagnose gemessen und ausgewertet wird.

Die Prüfung kann gleichermaßen dadurch erfolgen, daß statt der Nutzung von Motorabgasen zur Messung der Durchströmbarkeit des Rußfilters 1 eine definierte Luftmenge aus dem Gerät 8 zur Wartung und Diagnose über das Verbindungsrohr 9 in die motor­ seitige Serviceöffnung 6 zugeführt und der Druckabfall der zu­ geführten Luft beim Durchströmen des Rußfilters 1 ermittelt wird.

Bei einer ausreichend genau zugemessenen Menge von Motorabgasen oder von Luft aus dem Gerät 8 zur Wartung und Diagnose ist es gleichfalls möglich, eine hinreichend genaue Prüfung der Durchströmbarkeit des Rußfilters 1 lediglich durch eine Messung des sich vor dem Filter 1 im Eingangsrohr 4 aufbauenden Stau­ druckes durchzuführen.

In der Auswertung dieser Messung deuten zu große Druckdifferen­ zen bzw. ein zu großer Staudruck auf einen zu hohen Beladungs­ zustand des Rußfilters 1 hin, der durch Abarbeiten oder Wieder­ holen der Arbeitsschritte "Regenerieren" und "Reinigen bzw. Ausblasen" beseitigt werden kann.

Eine zu geringe Druckdifferenz bzw. ein zu geringer Staudruck deutet auf einen defekten (durchgebrannten) und auszutauschen­ den Rußfilter 1 hin.

Bei dem Gerät 8 zur Wartung und Diagnose 8 handelt es sich um ein Werkstattgerät, welches im wesentlichen alle zur Durchfüh­ rung der beschriebenen Arbeitsschritte erforderlichen Einrich­ tungen in einem Gehäuse 17 beinhaltet. Für die Bereitstellung der für das "Ausbrennen" und "Ausblasen" erforderlichen Druck­ luft ist in dem Gerät 8 zur Wartung und Diagnose entweder ein interner Drucklufterzeuger 18 vorhanden, der durch ein ausrei­ chend starkes Gebläse oder einen Kompressor gebildet ist oder es ist ein Anschluß an eine externe Druckluftquelle z. B. an ein Druckluftnetz einer Werkstatt vorhanden. Die erzeugte oder zu­ geleitete Druckluft wird über ein Druckluftventil 19 und einen regelbaren Lufterhitzer 20 in das Verbindungsrohr 9 geleitet. Alternativ zur Druckluft ist mittels eines weiteren Ventiles 21 aus einem Vorratsbehälter 22 das zum Abbrechen des Ausbrennvor­ ganges erforderliche inerte Gas in das Verbindungsrohr 9 ein­ leitbar. Der interne Drucklufterzeuger 18, die Ventile 19, 21 und der Lufterhitzer 20 werden über eine Meß- und Regeleinheit 23 in der Art angesteuert, daß entweder beide Ventile 19 und 21 geschlossen oder nur eines der beiden Ventile 19 oder 21 geöffnet sein kann und wobei der Lufterhitzer 20 nur bei ein­ geschaltetem internen Drucklufterzeuger 18 und geöffnetem Druckluftventil 19 einschaltbar ist. Diese Schaltung kann vor­ teilhaft in Verbindung mit dem Temperatursensor 11 gesteuert werden.

Weiterhin ist in dem Gerät 8 zur Wartung und Diagnose eine Differenzdruck-Meßeinrichtung 24 oder eine Staudruck-Meßein­ richtung vorhanden, an die die Druckmeßleitungen 16 ange­ schlossen sind.

Die für die Überwachung der Arbeitsschritte relevanten Daten, z. B. die Temperatur und der Druck der über das Verbindungsrohr 9 dem Rußfilter 1 zugeführten Luftmenge, der Druck des inerten Gases und die Abgastemperatur können mittels entsprechender Anzeigen 25 zur manuellen Steuerung bzw. zur Überwachung der automatischen Steuerung des Gerätes 8 zur Wartung und Diagnose angezeigt werden. Weiterhin ist eine für die Beurteilung des Zustandes des Rußfilters 1 erforderliche Anzeige 25 des Meß­ wertes der Differenzdruck-Meßeinrichtung 24 bzw. Staudruck-Meß­ einrichtung an dem Gerät 8 zur Wartung und Diagnose angebracht.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Wartung und Regenerierung eines aus einem Filtergehäuse und mindestens einem Filterelement bestehenden Rußfilters, der in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und durch Abbrennen der Rußpartikel sowie durch Ausblasen mittels eines Gasstromes entgegen der Strömungsrich­ tung der Abgase zu reinigen ist, und welche eine Luftver­ sorgungseinrichtung und einen zuschaltbaren Lufterhitzer auf­ weist, gekennzeichnet dadurch, daß die Luftversorgungseinrichtung und der Lufterhitzer (20) in einem von der Abgasanlage getrennten, über mindestens ein Ver­ bindungsrohr (9) an die Abgasanlage anschließbares Gerät (8) angeordnet sind, welches einen Vorratsbehälter (22) für ein inertes Gas zum Unterbrechen des Abbrennvorganges im Rußfilter (1), sowie eine Meß- und Regeleinheit (23) zur Steuerung der in dem Gerät (8) enthaltenen Einrichtungen umfaßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Vorrichtung einen Staubfangbehälter (13) aufweist, der über ein Ableitungsrohr (12) an die Abgasanlage anschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß in der Abgasleitung sowohl stromauf als auch stromab des Rußfilters (1) eine Serviceöffnung zum Anschluß des Verbin­ dungsrohres (9) bzw. des Ableitungsrohres (12) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Meß- und Regeleinheit (23) einen Temperaturfühler zur Messung der Abgastemperatur aufweist, wobei die Zuführung der Verbrennungsluft bzw. des inerten Gases in Abhängigkeit der Temperatur der Abgase gesteuert wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meß- und Regeleinheit (23) eine über Druckmeßleitungen (16) an die Abgasanlage anschließbare Meßeinrichtung (24) zur Messung des Druckes bzw. des Differenzdruckes in der Abgasan­ lage vor und nach dem Filterelement (2) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die stromauf und stromab des Rußfilters (1) angeordneten Serviceöffnungen (6, 7) durch eine Umgehungsleitung (14) mit­ einander verbindbar sind, wobei der Staubfangbehälter (13) an eine zwischen der stromauf des Rußfilters (1) angeordneten Serviceöffnung (6) und dem Filterelement (2) angeordneten Ent­ sorgungsöffnung (15) anschließbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem an einer Serviceöffnung (6, 7) bzw. Entsorgungsöff­ nung (15) anschließbaren Ende des Verbindungs- bzw. Ablei­ tungsrohres (9, 12) jeweils eine Druckdüse (10) anbringbar ist, mittels der eine durchströmbare Verbindung von den Serviceöff­ nungen (6, 7) bzw. von der Entsorgungsöffnung (15) in jeweils eine Richtung des Eingangs- bzw. Ausgangsrohres (4, 5) sperrbar ist.