DE4138306A1 - Vorrichtung zur reinigung von abgasen von dieselbrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen von Dieselbrennkraftmaschinen gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 38 08 075 ist eine Rußfiltervorrichtung mit einem Filtersystem bekannt, bei dem das Filtersystem mit Leiteinrichtungen ausgestattet ist. Diese Leiteinrich­ tungen haben die Aufgabe, den Abgasstrom von der Brenn­ kraftmaschine von dem Reinigungsgasstrom, der von einer Heißgasquelle erzeugt wird, zu trennen, damit dieses Rei­ nigungsgas nicht in das dort strömende Abgas eingeleitet wird.

Diese Leiteinrichtungen sind nachteilig, da sie zum einen einen erhöhten Bau- und Materialaufwand darstellen und zum anderen Materialprobleme aufwerfen. Diese Materialprobleme entstehen dadurch, daß auf den beiden Seiten der Leitein­ richtungen stark unterschiedliche und sich zeitlich schnell ändernde Temperaturen herrschen, was zu einer Be­ schädigung des Filtersystems führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen von Dieselbrennkraftmaschinen bereitzustellen, die einfach gebaut ist und eine zuver­ lässige Regeneration gewährleistet sowie die genannten Nachteile vermeidet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgeschla­ gen, daß zwischen der Eingangsseite des Filterkörpers und der Gasquelle eine der Gasquelle zugeordnete Düsenan­ ordnung vorgesehen ist, die zumindest einen axial auf zumindest eine Teilfäche des Filterkörpers gerichteten Freistrahl erzeugt.

Durch diese Düsenanordnung wird der Freistrahl erzeugt, der die Eigenschaft hat, aus seiner Umgebung ein Medium (Abgas) anzusaugen und in Richtung der Strahlachse zu be­ schleunigen. Dabei findet in vorteilhafter Weise längs des Strahlweges eine Vermischung zwischen dem Medium, das den Strahl ursprünglich bildet (Regenerationgas), und dem um­ gebenden Medium (Abgas) statt. Die Vermischungsfront des Freistrahles dringt senkrecht zur Strahlachse von außen nach innen vor. Aus den geometrischen Gegebenheiten der Düsenanordnung ist die örtliche Temperatur, die Geschwin­ digkeit und die Zusammensetzung der Mischung von Regenera­ tionsgas und Abgas in jeder Querschnittsfläche zwischen der Düsenanordnung und der Eingangsseite des Filterkörpers bestimmbar. Damit ist auch in Abhängigkeit von der Strahl­ länge der Flächenanteil der Querschnittsfläche des Strah­ les bestimmbar, innerhalb dessen die Regenerationsbe­ dingungen für den Filterkörper eingehalten werden. Dadurch ist eine einfach gebaute Vorrichtung zur Reinigung von Ab­ gasen von Dieselbrennkraftmaschinen gegeben, bei der durch eine entsprechende geometrische Ausbildung der Düsenanord­ nung eine zuverlässige Regeneration des Filterkörpers ge­ währleistet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und sind in der nachfolgen­ den Zeichnungsbeschreibung näher beschrieben.

Die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer tra­ pez-ähnlich ausgebildeten Düsenanordnung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Einzel­ düse,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Mehr­ fachdüse,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Mantel­ strahldüse.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer trapez-ähnlich ausgebildeten Düsenanordnung. Ein einer Dieselbrennkraftmaschine zugeordnetes Filtersystem, wel­ ches im Auslaßbereich der Dieselbrennkraftmaschine ange­ ordnet ist, weist einen Filterkörper 1 auf. Dem Filterkör­ per 1 werden auf einer Eingangsseite 2 die mit Rußparti­ keln beladenen Abgase der Dieselbrennkraftmaschine zuge­ führt, die in Form eines Abgasstromes 3 dargestellt sind. Dem Eingangsbereich des Filterkörpers 1 ist eine Gasquelle 4 zur Erzeugung von Regenerationsgas zugeordnet. Hierbei kann es sich um eine elektrisch betriebene Gasquelle oder eine andere zur Erzeugung von Regenerationsgas (Heißgas) ausgebildete Gasquelle handeln. Das von der Gasquelle 4 erzeugte Regenerationsgas wird als Freistrahl 5 auf eine Regenerationsfläche 6 des Filterkörpers 1 geblasen. Die Erzeugung des Freistrahles 5 findet in der Weise statt, daß das von der Gasquelle 4 erzeugte Regenerationsgas durch eine trapez-ähnlich ausgebildete Einzeldüse 7 der Eingangsseite 2 des Filterkörpers 1 zugeführt wird. Da die Gasquelle 4 (bzw. die Einzeldüse 7) und der Filterkörper 1 relativ zueinander bewegbar sind, erfolgt die Zufuhr von Regenerationsgas von der Gasquelle zu der Einzeldüse 7 über einen Ringraum 8, der gegenüber dem Filterkörper 1 entsprechend abgedichtet ist und die Eingangsseite 2 um­ schließt. Wie in Fig. 1 angedeutet, besteht der Filterkör­ per 1 aus mehreren Filterelementen oder aus einem einzigen Filterelement. Diese Filterelemente können in vorteilhaf­ ter Weise bei der Reinigung einer großen Abgasmenge (beispielsweise auf Prüfständen oder bei Großmotoren) aus­ wechselbar in einer entsprechend ausgebildeten Trägervor­ richtung (beispielsweise ein zylindrisches Trägerrohr) an­ geordnet werden.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Einzeldüse. Die in Fig. 1 gezeigten und beschriebenen Kom­ ponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die in Fig. 2 darge­ stellte Einzeldüse 7 weist einen runden Querschnitt auf, so daß sich durch den von der Einzeldüse 7 erzeugten Frei­ strahl 5 die Regenerationsfläche 6 mit rundem Querschnitt ergibt.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Mehrfachdüse. Gegenüber den in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten und mit den gleichen Bezugsziffern versehenen Komponenten ist die Düsenanordnung als Mehrfachdüse 10 ausgebildet. Der Mehrfachdüse 10, die beispielsweise drei gezeigte Durchlässe mit rundem Querschnitt aufweist, wird das von der Gasquelle 4 erzeugte Regenerationsgas (schematische Darstellung durch den mit 4 bezeichneten Pfeil) zugeführt. Durch diese Ausbildung der Mehrfachdüse 10 werden drei kreisförmige Freistrahlen 5.1 erzeugt, die die Regenera­ tionsfläche 6 nahezu vollständig bedecken. In vorteilhaf­ ter Weise sind die Achsen der von der Mehrfachdüse 10 er­ zeugten Freistrahlen 5.1 gegenüber einer Längsachse des Filterkörpers 1 bzw. der Mehrfachdüse 10 nach außen ge­ neigt. Dadurch läßt sich in vorteilhafter Weise eine Ver­ größerung der Regenerationsfläche 6 bei gegebener Strahl­ länge der Freistrahlen 5.1 erreichen.

Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Mantelstrahldüse. Eine mit 11 bezeichnete Mantelstrahldüse ist derart ausgebildet, daß sie mittig einen runden Durch­ laß aufweist, der von weiteren Durchlässen mit rundem Querschnitt und einem weiteren Durchlaß mit einem teil­ ellipsen-förmigen Querschnitt aufweist. Durch diese in Fig. 4 gezeigte Ausbildung der Mantelstrahldüse 11 ergeben sich mehrere kreisförmige Kreisstrahlen 5.1, die von einem mantelförmigen Freistrahl 5.2 und einem Kernstrahl 5.3 er­ gänzt werden und die Regenerationsfläche 6 abdecken. Durch diese Ausbildung ist eine Variation der Menge an eingezo­ genem umgebenden Medium (Abgasstrom 3) und damit die für die Regeneration wirksame Regenerationsfläche 6 gegeben. Durch geeignete Wahl des Volumenstromverhältnisses zwi­ schen den kreisförmigen Freistrahlen 5.1, dem mantelförmi­ gen Freistrahl 5.2 und dem Kernstrahl 5.3 ist die Ver­ mischung und damit zum Beispiel der Temperaturverlauf über den Strahlquerschnitt beliebig einstellbar, in dem die Mantelstrahldüse 11 (beziehungsweise deren Durchlässe) entsprechend geometrisch ausgebildet sind. Weitere geome­ trische Ausbildungen der Düsenanordnung und der Durchlässe der Düsenanordnung sowie Kombinationen der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausbildungen der Düsenanordnung (Einzel­ düse 7, Mehrfachdüse 10, Mantelstrahldüse 11) lassen wei­ tere Einstellungen der Freistrahlen zu, so daß sich damit der Temperaturverlauf über der Filterfläche des Filterkör­ pers 1 vom Zentrum der Regenerationszone bis zur Bela­ dungszone der Temperaturwechselbeständigkeit des Filterma­ terials in vorteilhafter Weise anpassen läßt. Damit lassen sich Beschädigungen des Filterkörpers 1 durch starke Temperaturunterschiede vermeiden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Re­ lativbewegung zwischen dem Filterkörper 1 und der der Gas­ quelle 4 zugeordneten Düsenanordnung in Abhängigkeit er­ faßter Betriebsgrößen der Vorrichtung und der Dieselbrenn­ kraftmaschine von einer Elektronikeinheit steuer- bzw. re­ gelbar. Diese Elektronikeinheit stellt in Abhängigkeit der erfaßten Betriebsgrößen das Drehzahl- und Zeitverhältnis zwischen Beladung und Regeneration so ein, daß das gesamte Filtersystem im optimalen Druckbereich (Abgasgegendruck) betrieben werden kann und dadurch der Filterflächenbedarf minimiert wird. Schwankungen der Rußpartikel im Abgasstrom der Dieselbrennkraftmaschine, die beispielsweise durch Lastwechsel hervorgerufen werden, lassen sich durch Rege­ lung der Filterdrehzahl und der Regenerationsgasmenge aus­ gleichen.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur auf das Gebiet der Dieselbrennkraftmaschinen bezieht, sondern das als we­ sentlicher Aspekt der Erfindung die Verwendung der Vor­ richtung an verfahrenstechnischen Anlagen denkbar ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen von Diesel­ brennkraftmaschinen, wobei einem Filterkörper (1) eines Filtersystems auf einer Eingangsseite (2) der mit Rußpar­ tikeln beladene Abgasstrom (3) der Dieselbrennkraftmaschi­ ne zugeführt wird und eine relativ zu dem Filterkörper (1) bewegbare Gasquelle (4) Regenerationsgas erzeugt, das dem zumindest teilweise mit Rußpartikeln beladenen Filterkör­ per (1) zur Regeneration zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eingangsseite (2) des Filterkörpers (1) und der Gasquelle (4) eine der Gasquelle (4) zugeordnete Düsenanordnung vorgesehen ist, die zumindest einen axial auf zumindest eine Teilfäche (6) des Filterkörpers (1) gerichteten Freistrahl (5) erzeugt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung als Einzel­ düse (7) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldüse (7) einen tra­ pezförmigen Querschnitt zur Erzeugung eines trapezförmigen Querschnittes des Freistrahles (5) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung als Mehr­ fachdüse (10) ausgebildet ist, die mindestens zwei Frei­ strahlen (5.1) erzeugt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung, insbeson­ dere die Mehrfachdüse (10) derart ausgebildet ist, daß die Achsen der von der Düsenanordnung erzeugten Freistrahlen (5.1) gegenüber einer Längsachse des Filterkörpers (1) ge­ neigt sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenanordnung als Mantel­ strahldüse (11) derart ausgebildet ist, daß zumindest zwei Freistrahlen (5.1, 5.2, 5.3) unterschiedlicher Ausbildung erzeugt werden.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen dem Filterkörper (1) und der der Gasquelle (4) zugeordne­ ten Düsenanordnung in Abhängigkeit erfaßter Betriebsgrößen der Vorrichtung und der Diesel-Brennkraftmaschine von einer Elektronikeinheit steuer- bzw. regelbar ist.