DE4306284A1 - - Google Patents

Description

Die Vorrichtung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von festen Verbrennungsrück­ ständen, wie Ruß aus Abgasen von Verbrennungskraft­ maschinen, insbesondere für Dieselmaschinen.

Vor allem Abgase von Dieselmaschinen weisen einen größeren Anteil von unvollständigen festen Verbrennungs­ rückständen, wie Ruß, auf. Seit bekannt ist, daß solche Abgasanteile negative Einflüsse auf Lebewesen ausüben, war man bemüht, die Ursachen für die Bildung von solchen festen Verbrennungsrückständen durch konstruktive Maß­ nahmen im Bereich der Verbrennungskraftmaschinen selbst zu beseitigen, was technisch aber sehr schwierig ist und was bis heute nicht zufriedenstellend gelöst werden konnte.

Es wird daher als das zu lösende technische Problem an­ gesehen, unverbrannte Feststoffrückstände aus den Abgasen, insbesondere von Dieselmaschinen weitgehend ab­ zuscheiden und es ist somit Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Abscheiden von solchen Rückständen in Gasen, insbesondere in Abgasen von Dieselmaschinen an­ zugeben, die das vorstehende Problem mit weitgehend ein­ fachen technischen Mitteln löst und auch eine leichte Umrüstung vorhandener Dieselmaschinen ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und der nachstehenden Beschreibung mit Lösungsbeispielen für das vorstehende technische Problem. Dabei beziehen sich die Ansprüche 5 bis 14 auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abscheidung bzw. Beseitigung von festen Verbren­ nungsrückständen aus Verbrennungskraftmaschinen vorgesehen, wobei diese Rückstände nachstehend ohne jede Einschränkung mit Ruß bezeichnet werden.

Erfindungsgemäß werden die Abgase durch ein bewegtes Filter geleitet, in dem die festen Verbrennungsrück­ stände (Rußteilchen) kurzzeitig weitgehend zurückge­ halten werden. Anschließend werden die Rückstände mit der angesaugten Frischluft und der zusätzlich zugeführten Druckluft aus dem Filter wieder ausgeblasen und zusammen mit der Frischluft in den Verbrennungsraum der Kraftmaschine zur Nachverbrennung zurückgeführt. Da­ bei besteht die Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens u. a. aus einem drehbaren Filter mit einem ring­ zylindrischen Querschnitt innerhalb eines zylindrischen Gehäuses, an das stirnseitig mit radialem Abstand von­ einander die Abgas- und die Luftansaugleitungen ange­ schlossen sind, wobei die Abgasleitung an einen ersten und die Ansaugleitung an einen zweiten Innenraum des Ge­ häuses angeschlossen ist, der gegenüber dem ersten Innenraum abgedichtet ist. An den von der Ansaugleitung mit Frischluft beaufschlagten zweiten Innenraum ist eine Druckluftquelle zum Ausblasen der festen Verbrennungs­ rückstände aus dem Filter angeschlossen, die vorher über die Abgasleitung in dem Filter zur Ablage gekommen sind, als dieser sich im ersten Innenraum befand.

Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist. Hierin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung für Diesel­ maschinen zur Abscheidung von Rußteilchen im Abgas;

Fig. 2 einen Längsschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Stirnansicht eines zylinderförmig gestalteten Filters;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Druck­ luftkammer von der rechten Seite aus ge­ sehen;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Druck­ luftkammer nach Fig. 4 von der linken Seite aus gesehen; und

Fig. 6 einen Schnitt nach den Linien A-A in Fig. 5.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Gehäuse bezeichnet. Das Gehäuse 1 besitzt eine zylindrische Gestalt. Zu- und abführende Abgasrohre 2 und 2 sind einander gegenüberliegend an der Frontseite 1a des Gehäuses 1 bzw. an seiner Rückseite 1b befestigt. Außerdem sind zu- und abführende Ansaugrohre 3 und 3 einander gegenüberliegend an der Frontseite 1a bzw. an der Rückseite 1b des Gehäuses 1 angebracht. Die Abgasrohre 2, 2 und die Ansaugrohre 3, 3 befinden sich an der Front- bzw. der Rückseite des Gehäuses und verlaufen geradlinig parallel zur Umfangsfläche des Gehäuses.

Ein Filter 4 (Fig. 2), der entlang der inneren Umfangs­ fläche des Gehäuses 1 im Betrieb langsam gedreht wird, ist an einer zentralen Welle 5 gehalten, die an den Front- und Rückseiten 1a und 1b des Gehäuses 1 drehbar gelagert ist. Der im Querschnitt zylinderringförmige Filter 4 besitzt eine Vielzahl von porenartigen axialen Kanälen 4a, 4a . . . , die gegenüber den Abgasrohren 2, 2 und den Ansaugrohren 3, 3 offen sind. Das heißt, die Kanäle 4a, 4b . . . liegen bei einer Rotation des Filters 4 nicht gleichzeitig gegenüber den Abgasrohren 2, 2 und den Ansaugrohren 3, 3, deren offene Durchmesser jeweils dem radialen Durchmesser des Filters entsprechen.

Das eine zuführende Abgasrohr 2 und das eine abführende Ansaugrohr 3 an der Stirnwand 1a des Gehäuses 1 ist je­ weils an den Verbrennungsraum einer Dieselmaschine (nicht gezeigt) angeschlossen. Das andere abführende Ab­ gasrohr 2 und das andere zuführende Ansaugrohr 3 an der Rückseite 1b des Gehäuses 1 ist jeweils zur Atmosphäre hin offen. Die Ansaugrohre 3 sind derart ausgebildet, daß Luft der Atmosphäre mit hoher Geschwindigkeit ange­ saugt und der Dieselmaschine aufgegeben werden können.

Um die Luftansaugleitung zu erhöhen, befindet sich ein im wesentlichen halbkreisförmiger Druckluftbehälter 6 in der Nähe der Ansaugrohre 3, die von der Dieselmaschine abgewandt liegen. Der Druckluftbehälter 6 besitzt eine zentrale Druckluftkammer 6a, die an ihrer einen Stirn­ seite 6b offen ist. Ein kurzer zentraler Rohransatz 7 (Fig. 4) im Zentrum der Rückwand 6c des Druckluft­ behälters 6 ist mit einem Schlauch 9 verbunden, der an einem Kompressor 8 angeschlossen ist. In den Schlauch 9 ist ein Schaltventil 10 mit einer Schaltuhr 11 einge­ schaltet, die so ausgebildet und ausgelegt sind, daß der Luftdruck aus dem Kompressor 8 in Abhängigkeit vom Ver­ schmutzungsgrad des Filters gesteuert werden kann.

Der Druckluftbehälter 6 umfaßt mit seiner gebogenen Innenseite etwa die Hälfte der Außenfläche des Ansaug­ rohres 3 und erstreckt sich von der Rückseite 1b des Ge­ häuses 1 nach außen. Der Druckluftbehälter 6 ist mittels zweier Bolzen 12 an der Rückseite 1b des Gehäuses 1 be­ festigt. Gegenüber der offenen Stirnseite 6b des Druck­ luftbehälters 6 befinden sich an der Rückseite 1b des Gehäuses 1 mehrere düsenartige Öffnungen bzw. Kanäle 13, 13 . . . . Die Öffnungen 13, 13 . . . sind entlang eines halbkreisförmigen Bogens angeordnet, und wenn der Filter 4 gedreht wird, befinden sich die Öffnungen 13, 13 . . . gegenüber der einen Seite des Filters 4 (wie Fig. 3 zeigt) mit seinen offenen Kanälen 4a, 4a . . .

Über die Kanäle 13, 13 in der Rückseite 1b des Gehäuses 1 wird Gas bzw. Luft unter Druck in einen Teilraum 14 im Gehäuse 1 gedrückt. Die angesaugte atmosphärische Luft aus dem Ansaugrohr 3 wird ebenfalls in den Teilraum 14 geführt. Die atmosphärische Luft wird zusammen mit der Druckluft in die Kanäle 4a, 4a . . . des Filters 4 ge­ drückt. Die offene Stirnseite 6b des Druckluftbehälters 6 ist nahe der Stirnfläche der Kanäle 4a, 4a . . . des Filters 4 angeordnet und die Druckluft aus dem Druck­ luftbehälter 6 kann unter Druck direkt in die Kanäle 4a, 4a . . . des Filters gedrückt werden. Der Zwischenraum 14 wird durch einen radial inneren Gehäusewandabschnitt 15 von dem übrigen freien Innenraum des Gehäuses abgetrennt und gegenüber diesem mittels Dichtungen 16 abgedichtet. Ein Zwischenraum 14a, ähnlich dem Zwischenraum 14, ist auf der gegenüberliegenden Gehäuseseite vorhanden und durch Dichtungen 16b gegenüber dem angrenzenden freien Gehäuseinnenraum entsprechend abgedichtet. Mit 16b ist eine Dichtung bezeichnet, die an der Innenseite der zylinderischen Gehäusewand des Gehäuses 1 angeordnet ist. Mit 17 sind Lager für die Welle 5 bezeichnet, mit der der Filter 4 in das Gehäuse 1 drehbar angeordnet ist, wobei die Räume 14 und 14a von dem übrigen freien Innenraum des Gehäuses abgedichtet sind.

Wie vorstehend beschrieben, wird Abgas von der Diesel­ maschine über das Abgasrohr 2 in das Gehäuse 1 gedrückt, in dem sich der Filter 4 befindet. Dabei kommen eine An­ zahl der Filterkanäle 4a, 4a gegenüber der Eintritts­ öffnung des einen Abgasrohres 2 im Gehäuse 2 zu liegen. Das dem Gehäuse 1 auf seiner einen Seite zugeführte Ab­ gas gelangt über die Kanäle 4a, 4a . . . auf die gegen­ überliegende andere Seite des Gehäuses 1 und wird dort über das andere Abgasrohr 2 an die Atmosphäre abgegeben. Rußpartikel von unverbrannten Rückständen in dem Abgas bleiben dabei an den inneren Wänden der Filterkanäle 4a, 4a . . . hängen und werden nicht in die Atmosphäre ausge­ tragen.

Da der Filter 4 relativ langsam gedreht wird, gelangt der Filterabschnitt mit den Rußteilchen in den Filter­ kanälen in die abgedichteten Räume 14, 14a gegenüber den Ansaugrohren 3, 3, die den Abgasrohren diametral gegen­ überliegen.

Da die Ansaugrohre 3, 3 die atmosphärische Luft mit hoher Geschwindigkeit ansaugen, werden in den Filter­ kanälen 4a, 4a . . zurückgebliebende Rußteilchen durch die angesaugte Luft über das an der Stirnseite 1a des Gehäuses angeschlossene Ansaugrohr zusammen mit der angesaugten Luft weitgehend in die Dieselmaschine geblasen und dort verbrannt. Da der Druck der angesaugten Luft in dem Ansaugrohr an der Rückseite 1b des Gehäuses relativ niedrig ist, können die fester an den Innenwänden der Filterkanäle zur Anhaftung kommenden Rußteilchen von der angesaugten Luft nicht gelöst werden.

In einem solchen Fall wird Druckluft über den Kompressor 8 der Druckluftkammer 6 zugeführt. Die Druckluft gelangt über die düsenartigen Kanäle 13 in den abgedichteten Zwischenraum 14 des Gehäuses 1 und von dort in die mit Rußteilchen behafteten Kanäle 4a, 4a . . . des Filters 4, wobei die Rußteilchen vollständig von den Kanalwänden abgeblasen und in die Dieselmaschine über das diesel­ seitige Ansaugrohr 3 zurückgeführt werden, wo sie ver­ brannt werden. Rußteilchen aus dem Abgas werden damit zur vollständigen Verbrennung dem Verbrennungsraum der Dieselmaschine zurückgeführt, während das von Ruß­ teilchen weitgehend befreite Abgas an die Atmosphäre ab­ gegeben wird. Nach der Lehre der Erfindung kann damit der umweltverschmutzende Ausstoß von Rußteilchen aus unterschiedlichen Typen von Verbrennungskraftmaschinen entscheidend gesenkt werden. Die Erfindung ist im Prinzip auch für die Zurückhaltung und Entfernung von öligen Abgasteilchen von Zweitakt-Verbrennungsmaschinen geeignet.

Nach der Erfindung, wie sie vorstehend nur für ein Aus­ führungsbeispiel beschrieben ist, wird Ruß aus Abgasen, insbesondere von Dieselmaschinen in einem Filter kurz zeitig festgehalten, wobei der am Filter anhaftende Ruß durch zugeführte Druckluft zusammen mit der angesaugten atmosphärischen Luft zurück in die Dieselmaschine geblasen wird, wo die Rußteilchen verbrennen. Umweltver­ schmutzung durch Ruß aus Abgasen von Dieselmaschinen kann daher in vorteilhafter Weise weitgehend verhindert werden.

Für den Fachmann ist klar, daß das erläuterte Aus­ führungsbeispiel in verschiedener Weise abgewandelt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung dabei zu ver­ lassen.

Von besonderem Vorteil ist dabei, daß Brennkraft­ maschinen, insbesondere Dieselmaschinen ohne größeren Aufwand mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch nachträglich ausgerüstet werden können. Die zugeführte Druckluft kann in Abhängigkeit von dem Verschmutzungs­ grad des Filters mit festen Verbrennungsrückständen, insbesondere Rußteilchen, gesteuert werden.

Bei Störungen, z. B. Ausfall des Filterantriebes oder bei Verstopfung des Filters kann vorteilhafterweise eine Bypass-Leitung für das Abgas zur Atmosphäre und gegebenenfalls für die Frischluft zur Verbrennungskraftmaschine freigegeben werden, die jeweils den Filter umgehen, wobei dann der ungestörte Betrieb der Verbrennungskraftmaschine ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterbetrieben werden kann.

Claims (13)

1. Verfahren zur Abscheidung von festen Verbrennungsrückständen aus Abgasen von Ver­ brennungskraftmaschinen, insbesondere Rußteilchen in Ab­ gasen von Dieselmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase durch einen Filter geleitet werden, in dem die festen Verbrennungsrückstände kurzzeitig weit­ gehend zurückgehalten werden, bis sie durch die angesaugte Frischluft unterstützt von zugeführter Druckluft aus dem Filter wieder ausgeblasen und zusammen mit der Frischluft in den Verbrennungsraum der Diesel­ maschine zur Nachverbrennung zurückgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Filter zur Aufnahme der festen Ver­ brennungsrückstände aus den mit ihnen belasteten Abgasen an den Abgasen vorbeibewegt wird, der anschließend zur Reinigung und Rückführung der im Filter festgehaltenen festen Verbrennungsrückstände in den Brennraum der Verbrennungskraftmaschine an einer Druckluftquelle vorbeibewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der endlose Filter mit niedriger Ge­ schwindigkeit bewegt wird und daß der Druck der Druck­ luftquelle in Abhängigkeit von dem Verschmutzungsgrad eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei auftretenden Störungen des Filterbetriebes Bypass-Leitungen für das Abgas und/oder die angesaugte Frischluft zur Umgehung des Filters freigegeben werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Abgasleitung (2) der Verbrennungskraftmaschine zur Ab­ führung von mit den festen Verbrennungsrückständen belasteten Abgasen an die eine vorderseitige Stirnseite (1a) eines zylindrischen Gehäuses (1) angeschlossen ist, das zur Aufnahme eines Filters (4) ausgebildet ist, daß eine erste Luftansaugleitung (3) an die gegenüberliegende andere rückseitige Stirnseite (1b) des Filtergehäuses (1) angeschlossen ist, daß an die rückseitige Stirnseite (1b) eine zweite, mit der ersten fluchtende Abgasleitung (2) zur Ableitung des von den festen Verbrennungsrückständen befreiten Abgases zur Atmosphäre und an die vorderseitige Stirnfläche (1a) eine zweite Luftansaugleitung (3) zur Zuführung der an­ gesaugten Frischluft in den Verbrennungsraum der Ver­ brennungskraftmaschine und zur Durchführung der festen Verbrennungsrückstände aus dem Filter (4) angeschlossen ist, daß der Filter (4) in dem Filtergehäuse (1) drehbar gelagert ist, der eine Vielzahl von porenartigen Filter­ kanälen (4a, 4a . . . ) aufweist, die sich axial zwischen den beiden Stirnseiten des Filtergehäuses erstrecken und mit ihren beiderseitigen Enden nahe den Anschlußenden der Abgas- und Ansaugleitungen (2, 3) in den Stirnflächen (1a, 1b) liegen, und daß an der rückseitigen Stirnfläche (1b) des Gehäuses eine Druckluftquelle (6) zum Ausblasen der festen Verbrennungsrückstände aus den Filterkanälen in die zweite Ansaugleitung (3) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Abgasleitungen (2, 2) diametral zu den ersten und zweiten Ansaugleitungen (3, 3) liegen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abgasleitung (2) und die zweite Ansaugleitung (3) an der vorderseitigen Stirn­ fläche (1a) des Filtergehäuses (1) an eine Diesel­ maschine angeschlossen sind und daß die zweite Abgas­ leitung (2) und die erste Ansaugleitung (3) an der rück­ seitigen Stirnfläche (1b) des Filtergehäuses (1) zur Atmosphäre offen sind, wobei die Ansaugleitungen (2, 2) zur Zuführung von aus der Atmosphäre angesaugter Luft in die Dieselmaschine mit hoher Geschwindigkeit ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckluftquelle von einem Kompressor (8) gebildet ist, der an eine Druckluftkammer (6) ange­ schlossen ist, die im Bereich des Anschlusses der ersten Ansaugleitung (3) an der rückseitigen Stirnseite (1b) des Filtergehäuses gehalten ist und daß die Druckluft­ kammer (6) zur Erhöhung des Druckes der angesaugten Luft über düsenartige Öffnungen (13) in der rückseitigen Stirnseite (1b) des Filtergehäuses an einen Innenteil­ raum (14, 14a) des Filtergehäuses angeschlossen ist, an den die Ansaugleitungen (3, 3) angeschlossen sind und der von dem übrigen Innenraum des Gehäuses abgedichtet ist, an den die Abgasleitungen (2, 2) angeschlossen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Abdichtung des Innenteilraumes (14, 14a) gegenüber dem übrigen Gehäuseinnenraum eine erste radiale Umfangsdichtung (16b) zwischen der zylindrischen Innenwand des Gehäuses (1) und dem zylindrischen Außen­ mantel des als Zylinderring ausgebildeten Filters (4) vorgesehen ist, und daß weitere axiale Dichtungen (16, 16a) zwischen ersten radial äußeren Gehäusewandungen und Stirnseiten des Außenmantels und zwischen zweiten radial inneren Gehäusewandungen und der inneren Nabe als Träger des Filters (4) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der im Querschnitt zylinderringförmige Filter (4) aus einer Vielzahl von in Achsrichtung ver­ laufenden porenartigen Kanälen (4a, 4a . . . ) besteht, die derart ausgebildet sind, daß beim Durchströmen von mit festen Verbrennungsrückständen belasteten Abgasen die Verbrennungsrückstände an den Innenwänden der Kanäle haften bleiben und mittels zugeschalteter Druckluft wieder ausblasbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckluftkammer (6) im Querschnitt etwa halbkreisförmig ausgebildet ist, die die erste An­ saugleitung (3) im Anschlußbereich an der vorderseitigen Stirnfläche (1b) des Gehäuses (1) etwa hälftig umfaßt, daß die Druckluftkammer mit ihrer offenen Stirnfläche an der Gehäusestirnfläche (1b) befestigt ist, die entlang einer halbkreisförmigen Linie von mehreren düsenartigen Kanälen (13, 13 . . . ) durchdrungen ist, die die Druck­ luftkammer an den abgedichteten Innenteilraum (14) an­ schließen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der von den axialen Kanälen (4a, 4a . . . ) gebildete radiale Ringdurchmesser des zylinderring­ förmigen Filters (4) etwa gleich dem lichten Durchmesser der zylindrischen Anschlußenden der Abgasrohre (2, 2) und der Ansaugrohre (3, 3) an den Stirnflächen (1a, 1b) des Filtergehäuses (1) ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderring­ förmige Filter (4) im Gehäuse (1) jeweils einen vorbe­ stimmten axialen Abstand von den Stirnwänden (1a, 1b) wahrt.