EP0395840B1 - Russfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Russfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0395840B1 EP90102261A EP90102261A EP0395840B1 EP 0395840 B1 EP0395840 B1 EP 0395840B1 EP 90102261 A EP90102261 A EP 90102261A EP 90102261 A EP90102261 A EP 90102261A EP 0395840 B1 EP0395840 B1 EP 0395840B1
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Definitions

  • 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.
  • soot filters are known from DE-A-30 07 642. A possibility for cleaning such filters by burning off the soot accumulated on the filter candles is not specified there.
  • the present invention is concerned with the last-mentioned type of cleaning of the filter cartridges by means of electrical energy and has set itself the task of improving the cleaning by saving energy with little design effort.
  • the clear distance of all adjacent filter cartridges from one another is 2 to 4% of the mean outer diameter of the filter cartridges and in each cavity formed from at least three filter cartridges an elongated interruption of the exhaust gas flow generated by the internal combustion engine being at a standstill or by separating filter cartridge groups switchable electric radiator is arranged.
  • the burning off of the deposited soot is advantageously supported in that a device for supplying a small amount of air into the inflow chamber is provided for burning off the soot when the exhaust gas flow is interrupted, which is 2 to 6%, preferably 4%, of the full-load exhaust gas amount.
  • the structure is simple in that the device consists of a blower.
  • the burning off of the soot also at the locations distant from the radiators is advantageously supported in that the ceramic yarn is coated with a catalytic material which promotes the oxidation of the deposited soot, for example copper oxide or iron oxide.
  • a soot filter 10 has a cylindrical filter housing 11 with a housing jacket 12, with a base 13 and with a cover 14.
  • a feed connector 15 for the exhaust gases of the internal combustion engine opens into the base 13.
  • a discharge pipe 16 opens out, through which the cleaned exhaust gases are released.
  • a transverse wall 20 divides the interior of the filter housing 11 into an inflow chamber 21 and a clean gas collection chamber 22.
  • Filter candles 30 fixed on the transverse wall 20 consist of heat-resistant, wound in a coil-like manner into hollow cylinders Ceramic yarn with a roughened surface.
  • the filter candles 30 are combined in groups so that three (FIG. 2) or four (FIG. 3) or five (FIG. 4) come to rest with their axes on a circular ring 31, 32, 33. Otherwise, the filter candles 30 are each arranged parallel to one another and are closed by end disks 34 on the one end with which they protrude into the inflow chamber 21.
  • the filter candles 30 On the opposite end, which is fixed on the transverse wall 20, the filter candles 30 have clean gas outflow openings 35 which open into the clean gas collection chamber 22.
  • the filter cartridges 30 are arranged in such a way that the clear distance A of all adjacent filter cartridges from one another is 3% of the average filter cartridge outer diameter D.
  • an elongate electric heating element 37 is arranged in each cavity 36 formed from three filter candles 30.
  • the radiators 37 are fixed to a grating 39 and attached to the transverse wall 20 at the end facing the discharge nozzle 16.
  • An electrical line 40 leads to a control unit, not shown.
  • the cavity 42 is formed by four filter candles and in the exemplary embodiment in FIG. 4 the cavity 43 is formed by five filter candles.
  • the spacing of the adjacent filter cartridges 30 from one another is 3% of the average filter cartridge outer diameter.
  • An elongated electric heating element 37 is also arranged in the cavities 42, 43.
  • a device 50 consisting of a fan is provided, which has a communication with the inflow chamber 21 via an inflow channel 51.
  • a shut-off valve 52 is arranged in the inflow channel 51 in order to be able to open or close the inflow channel.
  • the blower is designed such that it can supply an amount of air which is 4% of the full-load exhaust gas amount of the internal combustion engine when the shut-off valve 52 is open.
  • the ceramic yarn is coated with copper oxide to promote the oxidation of the deposited soot.
  • the exhaust gases flow through the supply connection 15 into the inflow chamber 21 of the soot filter 10, cross the filter candles radially from the outside inwards and leave the soot filter 10 after flowing through the clean gas outflow openings 35 and the clean gas collection chamber 22 through the discharge connection 16.
  • the butterfly valve 52 is closed.
  • soot particles settle on their surface. If the deposited soot layer has reached a predetermined thickness and the flow resistance has thereby increased to a predetermined value, current is supplied to the radiators 37 when the internal combustion engine is stopped by a suitable control device through the electrical line 40.
  • the radiators 37 heat up and, via the air surrounding them, the soot filter layer on the filter candles 30, which have already been heated up by the previous operation of the internal combustion engine. Finally, the soot layer begins to burn off from the locations closest to the radiators 37.
  • the blower device 50 is switched on with the radiators 37, which is 4% of the full-load exhaust gas quantity of the internal combustion engine when it is open Butterfly valve 52 is conveyed as air through the inflow chamber 21 through the filter candles 30.
  • shutting down the internal combustion engine it can also be provided to separate groups of filter candles by means of appropriately arranged butterfly valves.
  • two of the soot filters 10 shown in FIGS. 1 and 2 can be provided, one of which is separated from the exhaust gas flow of the internal combustion engine via a valve device in order to burn off the soot that has been deposited.

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  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Rußfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige Rußfilter sind aus der DE-A-30 07 642 bekannt. Eine Möglichkeit zum Reinigen solcher Filter durch Abbrennen des auf den Filterkerzen angesammelten Rußes ist dort nicht angegeben.
  • Für das Abbrennen des Rußes auf den Filtereinsätzen von Rußfiltern wurden unterschiedliche Verfahren bekannt. Hierzu zählen das Beseitigen des Rußes durch Mikrowellen (DE-A-30 24 539), durch Anordnung einer Zündvorrichtung und Zufuhr von Kraftstoff, wobei das Filter unterteilt sein kann und abwechselnd gereinigt wird (DE-A 37 25 587), durch Aufbringen von Zündhilfsstoffen auf dem abgesetzten Ruß, um dessen Zündtemperatur zu verringern (DE-C-31 11 228) und durch Aufheizen mittels elektrischer Energie (DE-A-37 12 333 und US-A-4 478 618).
  • Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der zuletzt genannten Art der Abreinigung der Filterkerzen mittels elektrischer Energie und hat sich die Aufgabe gestellt, die Abreinigung durch Einsparen von Energie bei geringem konstruktiven Aufwand zu verbessern.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der lichte Abstand aller benachbarten Filterkerzen voneinander 2 bis 4 % des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers beträgt und in jedem aus mindestens drei Filterkerzen gebildeten Hohlraum ein langgestreckter, bei durch Stillstand der Brennkraftmaschine oder durch Abtrennen von Filterkerzengruppen erzeugter Unterbrechung des Abgasstromes einschaltbarer elektrischer Heizkörper angeordnet ist.
  • Bei einer derartigen Anordnung der Filterkerzen mit verhältnismäßig geringem gegenseitigen Abstand und den in den Hohlräumen angeordneten Heizkörpern ergibt sich eine gute Wärmeisolation durch die den Heizkörper umgebenden Filterkerzen selbst. Ist erst einmal das Abbrennen des abgesetzten Rußes bei Unterbrechung des Abgasstromes durch die elektrischen Heizkörper in deren Nähe in Gang gesetzt, so brennt der Ruß von selbst auch an den übrigen Filterkerzenoberflächen weiter.
  • Vorteilhaft wird das Abbrennen des abgesetzten Rußes dadurch unterstützt, daß eine Einrichtung zum Zuführen einer geringen Luftmenge in die Zuströmkammer für das Abbrennen des Rußes bei unterbrochenem Abgasstrom vorgesehen ist, die 2 bis 6 %, vorzugsweise 4 % der Vollastabgasmenge beträgt.
  • Nach einem weiteren Vorschlag ergibt sich ein einfacher Aufbau dadurch, daß die Einrichtung aus einem Gebläse besteht.
  • Das Abbrennen des Rußes auch an den den Heizkörpern entfernten Stellen wird vorteilhaft dadurch unterstützt, daß das Keramikgarn mit einem das Oxydieren des abgesetzten Rußes fördernden katalytischen Material, beispielsweise mit Kupferoxyd oder Eisenoxyd überzogen ist.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Rußfilter der Erfindung
    • Figur 2 einen Schnitt nach Linie 2 - 2 der Figur 1
    • Figur 3 eine andere Anordnung der Filterkerzen und
    • Figur 4 eine weitere geänderte Anordnung der Filterkerzen.
  • Ein Rußfilter 10 hat ein zylindrisches Filtergehäuse 11 mit einem Gehäusemantel 12, mit einem Boden 13 und mit einem Deckel 14. In den Boden 13 mündet ein Zuführstutzen 15 für die Abgase der Brennkraftmaschine ein. Aus dem Deckel 14 mündet ein Abführstutzen 16 aus, durch den die gereinigten Abgase ins Freie gelangen. Eine Querwand 20 unterteilt das Innere des Filtergehäuses 11 in eine Zuströmkammer 21 und eine Reingassammelkammer 22.
  • An der Querwand 20 festgelegte Filterkerzen 30 bestehen aus hitzebeständigem, zu Hohlzylindern spulenartig aufgewickeltem Keramikgarn, dessen Oberfläche aufgerauht ist. Die Filterkerzen 30 sind so zu Gruppen zusammengefaßt, daß jeweils drei (Figur 2) oder vier (Figur 3) oder fünf (Figur 4) mit ihren Achsen auf einem Kreisring 31, 32, 33 zu liegen kommen. Im übrigen sind die Filterkerzen 30 jeweils parallelachsig zueinander angeordnet und an der einen Stirnseite, mit der sie in die Zuströmkammer 21 hineinragen, durch Endscheiben 34 geschlossen. An der gegenüberliegenden, an der Querwand 20 festgelegten Stirnseite weisen die Filterkerzen 30 Reingasausströmöffnungen 35 auf, die in die Reingassammelkammer 22 einmünden.
  • Die Filterkerzen 30 sind so zueinander angeordnet, daß der lichte Abstand A aller benachbarten Filterkerzen voneinander 3% des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers D beträgt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 ist in jedem aus drei Filterkerzen 30 gebildeten Hohlraum 36 ein langgestreckter elektrischer Heizkörper 37 angeordnet. An dem dem Zuführstutzen 15 zugewandten Ende sind die Heizkörper 37 an einem Gitter 39 festgelegt und an dem dem Abführstutzen 16 zugewandten Ende an der Querwand 20 befestigt. Eine elektrische Leitung 40 führt zu einem nicht dargestellten Steuergerät.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 wird der Hohlraum 42 durch vier Filterkerzen und bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 der Hohlraum 43 durch fünf Filterkerzen gebildet. Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2 beträgt der Abstand der benachbarten Filterkerzen 30 voneinander 3% des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers. In den Hohlräumen 42, 43 ist ebenfalls ein langgestreckter elektrischer Heizkörper 37 angeordnet.
  • Wie aus der Figur 1 ersichtlich, ist eine aus einem Gebläse bestehende Einrichtung 50 vorgesehen, die über einen Zuströmkanal 51 kommunizierende Verbindung mit der Zuströmkammer 21 hat. In dem Zuströmkanal 51 ist eine Absperrklappe 52 angeordnet, um den Zuströmkanal öffnen oder schließen zu können. Das Gebläse ist so ausgelegt, daß es bei geöffneter Absperrklappe 52 eine Luftmenge zuführen kann, die 4% der Vollastabgasmenge der Brennkraftmaschine beträgt.
  • Um das Oxydieren des abgesetzten Rußes zu fördern, ist das Keramikgarn mit Kupferoxyd überzogen.
  • Beim Betrieb der Brennkraftmaschine strömen die Abgase durch den Zuführstutzen 15 in die Zuströmkammer 21 des Rußfilters 10, durchqueren die Filterkerzen radial von außen nach innen und verlassen das Rußfilter 10 nach Durchströmen der Reingasausströmöffnungen 35 und der Reingassammelkammer 22 durch den Abführstutzen 16. Die Absperrklappe 52 ist geschlossen. Beim Durchqueren der Filterkerzen 30 setzen sich auf deren Oberfläche Rußpartikel ab. Hat die abgesetzte Rußschicht eine vorgegebene Dicke erreicht und ist dadurch der Durchflußwiderstand auf einen vorgegebenen Wert angewachsen, so wird durch ein geeignetes Steuergerät Strom durch die elektrische Leitung 40 den Heizkörpern 37 bei Stillstand der Brennkraftmaschine zugeführt. Die Heizkörper 37 erwärmen sich und über die sie umgebende Luft auch die Rußfilterschicht auf den Filterkerzen 30, die vom vorausgegangenen Betrieb der Brennkraftmaschine bereits aufgeheizt sind. Schließlich beginnt die Rußschicht von ihren den Heizkörpern 37 am nächsten gelegenen Stellen aus abzubrennen. Um diesen Vorgang zu unterstützen, wird mit den Heizkörpern 37 die Gebläseeinrichtung 50 eingeschaltet, die 4% der Vollastabgasmenge der Brennkraftmaschine bei geöffneter Absperrklappe 52 als Luft über die Zuströmkammer 21 durch die Filterkerzen 30 befördert.
  • Anstelle die Brennkraftmaschine stillzusetzen, kann auch vorgesehen sein, Filterkerzengruppen über entsprechend angeordnete Absperrklappen abzutrennen. So können beispielsweise zwei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Rußfilter 10 vorgesehen sein, von denen jeweils einer zum Abbrennen des abgesetzten Rußes über eine Ventileinrichtung von dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine abgetrennt wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 10 Rußfilter
    • 11 Filtergehäuse
    • 12 Gehäusemantel
    • 13 Boden
    • 14 Deckel
    • 15 Zuführstutzen
    • 16 Abführstutzen
    • 20 Querwand
    • 21 Zuströmkammer
    • 22 Reingassammelkammer
    • 30 Filterkerze
    • 31 Kreisring
    • 32 Kreisring
    • 33 Kreisring
    • 34 Endscheibe
    • 35 Reingasausströmöffnung
    • 36 Hohlraum
    • 37 Heizkörper
    • 39 Gitter
    • 40 Elektrische Leitung
    • 42 Hohlraum
    • 43 Hohlraum
    • 50 Gebläse-Einrichtung
    • 51 Zuströmkanal
    • 52 Absperrklappe

Claims (4)

  1. Rußfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine mit Gruppen aus drei bis fünf auf einem Ring 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 den anderen Stirnseiten mindestens eine Reingassammelkammer aufweist, in die die Reingasausströmöffnungen einmünden, dadurch gekennzeichnet, daß der lichte Abstand (A) aller benachbarten Filterkerzen (30) voneinander 2 bis 4 % des mittleren Filterkerzenaußendurchmessers (D) beträgt und in jedem aus mindestens drei Filterkerzen (30) gebildeten Hohlraum (36; 42; 43) ein langgestreckter, bei durch Stillstand der Brennkraftmaschine oder durch Abtrennen von Filterkerzengruppen erzeugter Unterbrechung des Abgasstromes einschaltbarer elektrischer Heizkörper (37) angeordnet ist.
  2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (50) zum Zuführen einer geringen Luftmenge in die Zuströmkammer (21) für das Abbrennen des Rußes bei unterbrochenem Abgasstrom vorgesehen ist, die 2 bis 6 %, vorzugsweise 4 % der Vollastabgasmenge beträgt.
  3. Rußfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) aus einem Gebläse besteht.
  4. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikgarn mit einem das Oxydieren des abgesetzten Rußes fördernden katalytischen Material, beispielsweise mit Kupferoxyd oder Eisenoxyd überzogen ist.
EP90102261A 1989-05-05 1990-02-06 Russfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0395840B1 (de)

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