DE9320917U1 - Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren - Google Patents
Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von VerbrennungsmotorenInfo
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Description
sk-
ra
MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
FRIEDRICHSHAFEN GMBH
Friedrichshafen, den 16,03.95
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von
Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
2^ Abgase aus der Verbrennung herkömmlicher Kraftsotffe in Dieselmotoren enthalten
Partikel. Die Annahme einer Gesundheitsgefahrdung durch die Partikel des Dieselmotors
fuhrt zu einer Herabsetzung der zulässigen Grenzwerte für die Partikelemission von
Dieselmotoren. Vorzugsweise werden daher Partikel bei einer Abgasnachbehandlung bei
erhöhten Temperaturen in einem Filter verbrannt.
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Bekannt ist (Willi. Polach, K.-H. Hagele: Erste Ergebnisse mit dem elektrostatischen
Rußabscheider an einem Pkw-Dieselmotor, SAE 845080) ein elektrostatisches Rußfilter,
das einem Dieselmotor nachgeschaltet ist und aus einem eletrostatischen Feld und einem
nachgeschalteten Zyklon besteht. In dem elektrostatischen Feld werden die normalerweise
sehr kleinen Rußpartikel zu größeren Teilchen umgeformt. Im Zyklon erfolgt die Separierung des Rußes und die Aufteilung des Abgasstromes in zwei Teilströme, wobei der
eine als Reingasstrom möglichst keine und der andere alle Rußpartikel enthalten soll. Das
elektrostatische Filter hat den Nachteil, relativ viel Bauraum zu benötigen. Die je nach
Betriebspunkt des Verbrennungsmotors mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften
^ 5 versehenen Abgaspartikel werden von dem elektrostatischen Filter unzureichend
ausgeschieden. Ein weiterer Nachteil ist die Entsorgung der Partikel, da im elektrostatischen
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Filter keine Partikel verbrannt werden, und daher alles Filtrat im Zyklon abgeschieden wird,
wo dann erhebliche Partikelmassen anfallen.
Aus der DE-OS 35 29 542 ist eine Anordnung eines Rußfilters im Abgassystem einer
Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader bekannt. Die Anordnung des Rußfilters
gemäß diesem Stand der Technik zwischen dem Auslaß der Brennkraftmaschine und dem
Abgasturbolader ermöglicht die Regeneration des Rußfilters ohne prozeßtemperaturerhöhende Maßnahmen, da das Rußfilter unmittelbar von dem heißen
Abgasstrom der Brennkraftmaschine beaufschlagt wird. Aufwendige Regenerationssysteme
zum Abbrand des gesammelten Rußes mit beispielsweise Brennern oder elektrischen Heizelementen sind nicht erforderlich.
Aus konstruktiven und thermodynamischen Gründen ist es jedoch bei einer Anordnung
gemäß diesem Stand der Technik erforderlich, ein möglichst kleines Rußfilter zu verwenden, wodurch die Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases im Rußfilter um ein bis
zwei Zehnerpotenzen höher als bei dem Abgasturbolader nachgeschalteten Rußfiitern
liegen. Bei hohen Abgastemperaturen wird der Ruß im Filter ausreichend abgebrannt. Bei
niedrigen Abgastemperaturen und niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases im
Rußfilter, z. B. im Leerlauf oder bei geringer Leistung des Motors, werden die Rußpartikel
nicht mehr verbrannt, sondern im Filter gesammelt. Theoretisch brennen die gesammelten
Rußpartikel nach Erhöhung der Motorlast und damit der Abgastemperatur wieder ab. Aber
bedingt durch die bei Teil- und Vollast des Motors hohen Strömungsgeschwindigkeiten des
Abgases im Rußfilter können die bei längerem Niederlastbetrieb zumindest teilweise im
Rußfilter angesammelten Partikel bei schneller Lastaufschaltung wieder aus dem Rußfilter
ausgetragen werden, so daß die besonders störenden Rußstöße bei Lastaufschaltung nicht
zuverlässig beseitigt sind, sondern unter Umständen sogar verstärkt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von
Verbrennungsmotoren zu schaffen, die das Abgas weitgehend von allen Partikeln reinigt,
Rußstöße bei Lastaufschaltung zuverlässig verhindert und die Entsorgung unverbrannter
Partikel vereinfacht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas
von Verbrennungsmotoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von
Verbrennungsmotoren weist einen vorgeschalteten Partikelfilter und einen nachgeschalteten
Fliehkraftabscheider auf. Das Partikelfilter benötigt minimalen Bauraum und kann innerhalb
bestehender Motorabmessungen integriert werden. In dem vorgeschalteten Partikelfilter
&dgr; werden bei Teil- und Vollast der Brennkraftmaschine die abgeschiedenen Rußpartikel ohne
zusätzliche Regenerationssysteme permanent auf der Filteroberfläche verbrannt, wohingegen bei niedriger Last des Verbrennungsmotors die Partikel eine bestimmte Zeit im
Partikelfilter verweilen können und dabei agglomerieren, d. h. die Partikeldurchmesser
werden durch Anlagern mehrerer kleiner Partikel vergrößert. Die hohen
* 0 Strömungsgeschwindigkeiten bei Lastaufschaltung oder bei Teil- und Vollast des
Verbrennungsmotors bewirken, daß die bei niedriger Last im Partikelfilter angesammelten
unverbrannten Partikel teilweise aus dem Partikelfilter ausgetragen werden. Die großen
Partikel werden im Fliehkraftabscheider mit hoher Gründlichkeit ausgeschieden, so daß die
Rußstöße im instationären Betrieb zuverlässig beseitigt sind. Da nur der im vorgeschalteten
5 Partikelfilter nicht abgebrannte Anteil der Partikelemässion des Verbrennungsmotors zum
Fliehkraftabscheider gelangt, sind die zur Entsorgung anfallenden Partikelmengen gering.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt des Verfahrens ist es, daß nicht brennbare
Partikelbestandteile (z. B. Asche) ebenfalls bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten aus dem
Partikelfilter ausgetragen und im Fliehkraftabscheider abgeschieden werden. Dadurch wird
dem Verstopfen des Filters vorgebeugt und die Standzeit verlängert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Fliehkraftabscheider
stromaufwärts und gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
5 stromabwärts des Abgasturboladers angeordnet.
Mit der Verwendung eines Zyklons fur den Fliehkraftabscheider weist die
erfindungsgemäße Vorrichtung keine beweglichen Teile auf und ist daher mit einem
minimalen Wartungsaufwand zu betreiben.
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Eine besonders raumsparende Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit
einem Partikelfilter zu erzielen, der innerhalb eines an dem Verbrennungsmotor angeordneten Abgassammeirohres enthalten ist.
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Ein besonders geeignetes Filtermedium für das beschriebene Verfahren ist keramisches
Garn, vorteilhafterweise in gestrickter Form. Grundsätzlich sind aber auch andere
Filtermedien einsetzbar.
Die Erfindung wird anhand von Ausfuhrungsbeispielen im folgenden beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Fliehkraftabscheider stromaufwärts
eines Abgasturboladers, und
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Fliehkraftabscheider stromabwärts
eines Abgasturboladers.
Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 von oben, der von einem Abgasturbolader 2
aufgeladen wird. Über ein Luftansaugrohr 3, einen Verdichter 4 und ein Luftansaugsammelsystem 5 wird dem Verbrennungsmotor 1 Luft zugeführt.
Ein Abgassammeirohr 6 ist an den Verbrennungsmotor 1 angeflanscht. An das
Abgassammeirohr 6 schließt ein Partikelfilter 7 an. Das Partikelfilter 7 kann über einen
Krümmer (nicht dargestellt) mit dem Abgassammeirohr 6 verbunden, oder gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung innerhalb des Abgassammeirohres
gehalten sein.
Das Partikeifilter 7 mündet in einen Fliehkraftabscheider 8, z. B. einen Zyklon, der
stromabwärts des Partikelfilters 7 angeordnet ist und über eine Abgasleitung 9 mit einer
stromabwärts angeordneten Abgasturbine 10 verbunden ist. Von der Abgasturbine 10
strömen die gereinigten Abgase über ein Auspuffsystem 11 ab. Die Partikel können auf
herkömmliche Weise aus dem Fliehkraftabscheider 8 entsorgt werden.
In Fig. 2 sind für entsprechende Bauteile die Bezugszeichen aus Fig. 1 gebraucht. Das
Partikelfilter 7 ist über eine Abgasleitung 12 direkt mit der Abgasturbine 10 verbunden. Von
der Abgasturbine 10 führt eine Abgasleitung 13 zu dem stromabwärts angeordneten
Fliehkraftabscheider 8, von dem das Auspuffsystem 11 die gereinigten Abgase weiterführt.
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Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zur Partikelabscheidung
Beil Teil- und Vollast werden die Partikel im Abgas des Verbrennungsmotors 1 bei
ausreichend hohen Abgastemperaturen im Partikelfilter 7 zurückgehalten und verbrannt, und
gereinigtes Abgas strömt in den Fliehkraftabscheider 8, die Abgasturbine 10 und das
Auspuffsystem 11.
Bei Leerlauf oder bei geringer Leistung des Verbrennungsmotors 1 werden die Rußpartikel
nicht mehr verbrannt, sondern es bildet sich eine Partikelschicht auf dem Filtermaterial,
* ^ wobei die Durchmesser der einzelnen Partikel durch Anlagern mehrerer kleiner Partikel
vergrößert sind. Die hohen Strömungsgeschwindigkeiten bei Lastaufschaltung oder bei Teil-
und Vollast des Verbrennungsmotors 1 bewirken, daß die bei niedriger Drehzahl im
Partikelfilter 7 angesammelten unverbrannten Partikel ausgeblasen werden, so daß dem
allmählichen Verstopfen des Partikelfilters 7 vorgebeugt ist, und dessen Standzeit ohne
Reinigung erheblich verlängert wird. Die großen Partikel werden im stromabwärts
angeordneten Fliehkraftabscheider 7 mit hoher Gründlichkeit ausgeschieden, so daß die
Rußstöße im Instationärbetrieb zuverlässig beseitigt sind. Da nur der im vorgeschalteten
Partikelfilter 7 nicht abgebrannte Anteil der Partikelemission des Verbrennungsmotors 1
zum Fliehkraftabscheider 7 gelangt, sind die zur Entsorgung anfallenden Partikelmengen
gering. Gereinigtes Abgas strömt durch das Auspuffsystem 11 ab.
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Claims (6)
1. Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren,
insbesondere von Dieselmotoren, mit einem Abgassammeirohr (6), einer Abgasturbine (10)
eines Abgasturboladers (2), die mit Abgas aus dem Abgassammeirohr (6) beaufschlagt wird,
und einem Partikelfilter (7) stromabwärts der Abgasturbine (10), dadurch gekennzeichnet,
daß ein Fliehkraftabscheider (8) stromabwärts des Partikelfilters (7) angeordnet ist.
2. Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren gemäß
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (8) stromaufwärts der
5 Abgasturbine (10) angeordnet ist.
3. Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren gemäß
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (8) stromabwärts der
Abgasturbine (10) angeordnet ist.
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4. Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren gemäß
Anspruch I5 dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (8) ein Zyklon ist.
5. Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren gemäß
3^ Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelfilter (7) im Abgassammeirohr (6)
enthalten ist.
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6. Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren gemäß
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermedium des Partikelfilters keramisches
Garn vei'wendet wird. 5
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4.-
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9320917U DE9320917U1 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren |
Applications Claiming Priority (2)
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| DE9320917U DE9320917U1 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren |
| DE4336847A DE4336847A1 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9320917U1 true DE9320917U1 (de) | 1995-05-04 |
Family
ID=25930791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9320917U Expired - Lifetime DE9320917U1 (de) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | Vorrichtung zur Partikelabscheidung im Abgas von Verbrennungsmotoren |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9320917U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2870566A1 (fr) * | 2004-05-21 | 2005-11-25 | Abderrezack Djenani | Dispositif et procede de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne suralimente en vue de leur depollution |
| DE102014209952A1 (de) | 2013-06-17 | 2014-12-18 | Ford Global Technologies, Llc | Abgasnachbehandlungsvorrichtung, sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung |
-
1993
- 1993-10-28 DE DE9320917U patent/DE9320917U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2870566A1 (fr) * | 2004-05-21 | 2005-11-25 | Abderrezack Djenani | Dispositif et procede de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne suralimente en vue de leur depollution |
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| DE102014209952B4 (de) | 2013-06-17 | 2018-07-19 | Ford Global Technologies, Llc | Abgasnachbehandlungsvorrichtung, sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung |
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