EP0549851B1 - Russfilter für Dieselmotoren - Google Patents

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EP0549851B1
EP0549851B1 EP92108822A EP92108822A EP0549851B1 EP 0549851 B1 EP0549851 B1 EP 0549851B1 EP 92108822 A EP92108822 A EP 92108822A EP 92108822 A EP92108822 A EP 92108822A EP 0549851 B1 EP0549851 B1 EP 0549851B1
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soot
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cartridges
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Friedrich Wilhelm Brinkmann
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ERNST-Apparatebau GmbH and Co
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    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/20—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a flow director or deflector
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • Y10S55/00—Gas separation
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    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Definitions

  • the invention relates to a soot filter for diesel engines with tubular filter cartridges, through the wall of which the exhaust gas passes from the outside inwards and the soot is deposited on the outer wall of the tube in order to be burned off there by a burner after formation of a layer (e.g. EP 0 442 318).
  • a soot filter for diesel engines with tubular filter cartridges through the wall of which the exhaust gas passes from the outside inwards and the soot is deposited on the outer wall of the tube in order to be burned off there by a burner after formation of a layer (e.g. EP 0 442 318).
  • soot filters With such soot filters, it has been shown that the soot layer deposited on the outside of the soot filter is not burned off uniformly by the burner. In particular, the soot layers deposited on the filter candles located further out are insufficiently burned off in the areas which are further away from the burner.
  • the particle filter has filter cartridges, which consist of a support tube with an occupancy of filter material.
  • the support tubes are conical.
  • the filter material is preferably used in such a way that the filter candles are cylindrical, ie there is a greater amount of filter material on the inlet side than on the outlet side.
  • conical filter cartridges are extremely difficult and can only be produced at high cost.
  • the construction is also complex and complicated, since the holding plates carrying the filter candles have to be designed differently from one another due to the different diameter of the support tubes of the filter candles at their support points.
  • a non-prepublished EP 04 72 008 also discloses a particle filter for exhaust gases from internal combustion engines that can be regenerated by free burning.
  • the particle filter has filter cartridges arranged between an inlet chamber and an outlet funnel in a housing between holding plates, the filter cartridges being provided with exhaust gas passage openings.
  • the filter candles each consist of a support tube, which is covered with filter material. Filter cartridges are distributed equidistantly across the cross section of the housing, the filter cartridges having different active lengths. The active length is determined by the different length of the filter material.
  • a disadvantage of this particle filter is that the filter material has to be cut in webs of different widths before it can be placed around the support tubes. Accordingly, several different filter cartridges must be provided for each particle filter, these being complicated and expensive to manufacture.
  • the object of the invention is to improve a soot filter of the type mentioned in such a way that the soot layers on the filter candles are burned off evenly and as completely as possible.
  • the flow resistance through the filter candle is greater in a first region closer to the burner or the flame entry than in a second region further away from the burner.
  • This change in the flow resistance of the filter cartridges causes the soot layers on the filter cartridges to burn off evenly, so that the soot filter is used optimally and the loading times can be extended, i.e. the time intervals between two burns can be chosen larger. It also significantly increases the life of the soot filter.
  • a structurally particularly simple embodiment exists when a part narrowing the inner cavity is arranged between the two regions in the inner cavity of the filter candles.
  • the part can be a coaxial ring disk or a coaxial socket.
  • the bushing or the tube in the inner cavity of the filter candles or on the outside in the first area there is a bushing or a tube which extends over the length of the first area and has openings in the wall which increase the flow resistance.
  • the bushing or the tube can have a wall made of a mesh or of a sieve material.
  • a further alternative can consist in that the throughflow openings or the throughflow opening channels of the first area have a greater flow resistance than that of the second area.
  • the flow opening or the flow opening channels of the first area can have a smaller cross section than that of the second area.
  • the filter candles that lie further outside have a first region that is shorter in the longitudinal direction of the filter candles than the ones that lie further inside.
  • the first region extends over the entire length of the filter candles.
  • the part narrowing the inner cavity can be arranged at the end of the filter candle.
  • the soot filter has a housing 1 with a lateral tangentially arranged inlet 2 and a coaxially arranged outlet 3.
  • the inlet leads into an annular space 4 which surrounds a burner 5.
  • the flame gases emanating from the burner 5 are deflected by a guide plate 6 and guided into the filter space 7, in which a larger number of filter candles 8 extend parallel to one another and axially parallel to the housing 1.
  • the filter candles 8 are depth filters with ceramic windings 9 on perforated metal tubes 10.
  • the tubes 10 are closed on the end facing the burner and open with the opposite ends in a collecting space 11, which can be surrounded by a silencer 12 the outlet 3 leads.
  • the exhaust gases of the diesel engine pass through the inlet 2 into the annular space 4 and from there via the combustion chamber 4a into the filter space 7. They flow through the filter space 7 and penetrate the cylindrical walls 8a of the filter candles 8, in order to then flow through the interior of the filter candles 8 into the collecting space 11 and to the outlet 3.
  • the soot present in the exhaust gases settles in the ceramic windings 9 and on the outside as a layer which is not shown in the drawing.
  • annular disk 14 or a bushing is coaxially fastened, which forms a flow resistance.
  • This ring disk 14 divides the filter candle 8 into a first area 15 and a second area 16, the flow resistance of the filter candle 8 being greater in the area 15 closer to the burner 5 than in the second area 16 facing away from the burner 5.
  • a tube can also be located in the inner cavity 8b of the area 15, which extends over the length of the first area and has openings in the wall in order to increase the flow resistance.
  • the tube can consist of a mesh or a screen surface.
  • such a tube can be arranged on the outside of tube 10 in the first region 15 between tube 10 and winding 9.
  • the throughflow openings or the throughflow channels of the first region 15 can have a smaller cross section than that of the second region 16.
  • the metal tubes 10 forming the filter interior cavity can be drawn in, in particular in a ring shape, at the location for forming the increased flow resistance.
  • the length of the first area 15 can be chosen very differently for the filter candles 8. It is particularly advantageous if the first area 15 in the filter candles 8 lying further outside is shorter than that in the candles lying further inside.
  • the first region 15 extends over its entire length, so that the annular disk 14 is attached to the outlet of the filter cartridge 8. This also ensures that the flow resistance of all filter cartridges is approximately the same. It can be advantageous here that the annular disks 14 have openings of different sizes in order to achieve the desired flow resistance in the different filter cartridges 8.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rußfilter für Dieselmotoren mit rohrförmigen Filterkerzen, durch deren Wandung von außen nach innen das Abgas hindurchtritt und der Ruß sich an der Rohraußenwand ablagert, um dort nach Bildung einer Schicht durch einen Brenner abgebrannt zu werden (z.B. EP 0 442 318).
  • Bei solchen Rußfiltern hat es sich gezeigt, daß die auf die Rußfilteraußenseite abgesetzte Rußschicht nicht gleichmäßig durch den Brenner abgebrannt wird. Insbesondere die auf den weiter außen liegenden Filterkerzen abgesetzten Rußschichten werden in den Bereichen, die vom Brenner weiter entfernt liegen ungenügend abgebrannt.
  • Ein derartiger, durch Freibrennen regenerierbarer Partikelfilter für Abgase von Brennkraftmaschinen ist auch der nicht vorveröffentlichten EP 05 07 116 zu entnehmen. Der Partikelfilter weist Filterkerzen auf, die aus einem Tragrohr mit einer Belegung von Filtermaterial bestehen. Die Tragrohre sind konisch ausgebildet. Die Belegung mit Filtermaterial erfolgt vorzugsweise derart, daß die Filterkerzen Zylinderform aufweisen, d. h. eintrittsseitig erfolgt eine stärkere Belegung mit Filtermaterial als austrittsseitig. Derartige konische Filterkerzen sind jedoch äußerst schwierig und nur mit hohem Kostenaufwand zu fertigen. Auch ist die Konstruktion aufwendig und kompliziert, da die die Filterkerzen tragenden Halteplatten durch den unterschiedlichen Durchmesser der Tragrohre der Filterkerzen an deren Auflagepunkten voneinander verschieden gestaltet sein müssen.
  • Durch die nicht vorveröffentlichte EP 04 72 008 ist ebenfalls ein durch Freibrennen regenerierbarer Partikelfilter für Abgase von Brennkraftmaschinen bekannt. Der Partikelfilter hat zwischen einer Eintrittskammer und einem Austrittstrichter in einem Gehäuse zwischen Halteplatten angeordnete Filterkerzen, wobei die Filterkerzen mit Abgasdurchtrittsöffnungen versehen sind. Die Filterkerzen bestehen jeweils aus einem Tragrohr, welches mit Filtermaterial belegt ist. Über den Querschnitt des Gehäuses sind Filterkerzen äquidistant verteilt, wobei die Filterkerzen unterschiedliche aktive Länge haben. Die aktive Länge wird dabei durch die unterschiedliche Längserstreckung der Filtermaterialbelegung bestimmt. Nachteilig bei diesem Partikelfilter ist, daß das Filtermaterial in unterschiedlich breiten Bahnen geschnitten werden muß, bevor es um die Tragrohre gelegt werden kann. Für jeden Partikelfilter sind demnach mehrere voneinander unterschiedliche Filterkerzen vorzusehen, wobei diese kompliziert und teuer in ihrer Herstellung sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rußfilter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die auf den Filterkerzen befindlichen Rußschichten gleichmäßig und möglichst vollständig abgebrannt werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest bei einigen, insbesondere den weiter außen liegenden Filterkerzen der Durchströmwiderstand durch die Filterkerze in einem, dem Brenner oder dem Flammeneintritt näher gelegenen ersten Bereich größer ist als in einem vom Brenner entfernter liegenden zweiten Bereich.
  • Durch diese Veränderung der Durchströmwiderstände der Filterkerzen gelingt ein gleichmäßiger Abbrand der auf den Filterkerzen befindlichen Rußschichten, so daß der Rußfilter optimal genutzt wird und die Beladezeiten verlängert werden können, d.h. die zeitlichen Abstände zwischen zwei Abbränden können größer gewählt werden. Es erhöht sich damit auch die Lebensdauer des Rußfilters wesentlich.
  • Eine konstruktiv besonders einfache Ausführung besteht dann, wenn in dem Innenhohlraum der Filterkerzen ein den Innenhohlraum verengendes Teil zwischen beiden Bereichen angeordnet ist. Hierbei kann das Teil eine koaxiale Ringscheibe oder eine koaxiale Buchse sein.
  • Alternativ wird vorgeschlagen, daß in dem Innenhohlraum der Filterkerzen oder an der Außenseite im ersten Bereich eine Buchse oder ein Rohr liegt, die bzw. das sich über die Länge des ersten Bereiches erstreckt und Öffnungen in der Wandung aufweist, die den Durchströmwiderstand erhöhen. Hierbei kann die Buchse oder das Rohr eine Wandung aus einem Geflecht oder aus einem Siebmaterial besitzen.
  • Eine weitere Alternative kann darin bestehen, daß die Durchströmöffnungen, bzw. die Durchströmöffnungskanäle des ersten Bereiches einen größeren Durchströmwiderstand aufweisen als die des zweiten Bereiches. Hierbei können die Durchströmöffnung, bzw. die Durchströmöffnungskanäle des ersten Bereiches einen kleineren Querschnitt aufweisen als die des zweiten Bereiches.
  • Bei allen Ausführungsbeispielen ist es besonders vorteilhaft, wenn die Filterkerzen, die weiter außen liegen, einen in Längsrichtung der Filterkerzen kürzeren ersten Bereich besitzen, als die weiter innen liegenden. Darüberhinaus wird bei allen Ausführungsbeispielen vorteilhafterweise vorgeschlagen, daß bei weiter innen, insbesondere im Zentrum angeordneten Filterkerzen der erste Bereich sich über die gesamte Länge der Filterkerzen erstreckt. Hierbei kann bei weiter innen, insbesondere im Zentrum liegenden Filterkerzen das den Innenhohlraum verengende Teil am Ende der Filterkerze angeordnet sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem koaxialen Längsschnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben:
  • Der Rußfilter weist ein Gehäuse 1 auf, mit einem seitlichen tangential angeordneten Einlaß 2 und einem koaxial angeordnetem Auslaß 3. Der Einlaß führt in einen Ringraum 4, der einen Brenner 5 umgibt. Die vom Brenner 5 ausgehenden Flammgase werden durch eine Leitplatte 6 umgelenkt und in den Filterraum 7 geführt, in dem sich eine größere Anzahl von Filterkerzen 8 parallel zueinander und Achsparallel zum Gehäuse 1 erstrecken.
  • Die Filterkerzen 8 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel Tiefenfilter mit keramischen Wicklungen 9 auf gelochten Metallrohren 10. Die Rohre 10 sind auf dem, dem Brenner zugekehrtem Ende verschlossen und münden mit den gegenüberliegenden Enden in einem Sammelraum 11, der von einem Schalldämpfer 12 umgeben sein kann und zu dem Auslaß 3 führt.
  • Die Abgase des Dieselmotors gelangen durch den Einlaß 2 in den Ringraum 4 und von dort über die Brennkammer 4a in den Filterraum 7. Sie durchströmen den Filterraum 7 und durchdringen die zylindrischen Wände 8a der Filterkerzen 8, um danach durch das Innere der Filterkerzen 8 hindurch in den Sammelraum 11 und zum Auslaß 3 zu strömen. Hierbei setzt sich der in den Abgasen befindliche Ruß in den keramischen Wicklungen 9 und an der Außenseite als eine Schicht ab, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
  • Im Innenhohlraum 8b, zumindest bei weiter außen liegenden Filterkerzen 8, ist eine Ringscheibe 14 oder eine Buchse koaxial befestigt, die einen Durchströmwiderstand bildet. Diese Ringscheibe 14 teilt die Filterkerze 8 in einen ersten Bereich 15 und einen zweiten Bereich 16 auf, wobei in dem, dem Brenner 5 nähergelegenen Bereich 15 der Durchströmwiderstand der Filterkerze 8 größer ist als in dem zweiten, dem Brenner 5 abgewandten Bereich 16.
  • Hierdurch wird erreicht, daß die Flammgase weiter in den Filterraum 7 hineinreichen und damit auch die weiter hinten liegenden Rußschichten erreichen und abbrennen. Dieser vorteilhafte Effekt wird auf konstruktiv besonders einfache und die Filterkerzenwände optimal nutzende Weise durch Ringscheiben 14 erreicht. Im folgenden werden hierzu alternative Ausführungen beschrieben, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind:
    Statt der Ringscheibe 14 kann auch ein Rohr im Innenhohlraum 8b des Bereiches 15 einliegen, das sich über die Länge des ersten Bereiches erstreckt und Öffnungen in der Wandung aufweist, um den Durchströmwiderstand zu erhöhen. Hierbei kann das Rohr aus einem Geflecht oder einer Siebfläche bestehen. In einer weiteren Alternative kann ein solches Rohr auf der Außenseite des Rohres 10 im ersten Bereich 15 zwischen Rohr 10 und Wicklung 9 angeordnet sein. Ferner ist es aber auch möglich, daß die Durchströmöffnungen, bzw. die Durchströmkanäle des ersten Bereiches 15 einen kleineren Querschnitt aufweisen als die des zweiten Bereiches 16.
  • In einer weiteren alternativen Ausführung können die den Filterinnenhohlraum bildenden Metallrohre 10 an der Stelle zum Bilden des erhöhten Durchströmwiderstandes nach innen insbesondere ringförmig eingezogen sein.
  • Die Länge des ersten Bereiches 15 kann sehr unterschiedlich bei den Filterkerzen 8 gewählt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei den weiter außen liegenden Filterkerzen 8 der erste Bereich 15 kürzer ist als der bei den weiter innen liegenden Kerzen. Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich bei der ersten koaxialen Filterkerze der erste Bereich 15 über ihre gesamte Länge, so daß die Ringscheibe 14 am Austritt der Filterkerze 8 befestigt ist. Hierdurch wird auch erreicht, daß der Durchströmwiderstand aller Filterkerzen etwa gleich ist. Von Vorteil kann hierbei sein, daß die Ringscheiben 14 unterschiedlich große Öffnungen besitzen, um den jeweils gewünschten Durchströmwiderstand bei den verschiedenen Filterkerzen 8 zu erreichen.

Claims (10)

  1. Rußfilter für Dieselmotoren mit rohrförmigen Filterkerzen (8), durch deren Wandung von außen nach innen das Abgas hindurchtritt und der Ruß sich an der Rohraußenwand ablagert, um dort nach Bildung einer Schicht durch einen Brenner (5) abgebrannt zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige, insbesondere die in einem Gehäuse (1) zu dessen Gehäuseinnenwand hin angeordneten Filterkerzen (8) ein den Innenhohlraum (8b) der Filterkerze (8) verengendes Teil (14) haben, wobei das verengende Teil (14) den Durchströmwiderstand zwischen Filterraum (7) und dem Innenhohlraum (8b) der Filterkerze (8) in einem dem Brenner (5) oder dem Flammeneintritt näher gelegenen ersten Bereich (15) der Filterkerze (8) gegenüber dem Durchströmwiderstand in einem dem Brenner (5) oder Flammeneintritt entfernter liegenden zweiten Bereich (16) der Filterkerze (8) vergrößert.
  2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil eine koaxiale Ringscheibe (14) oder eine koaxiale Buchse ist.
  3. Rußfilter für Dieselmotoren mit rohrförmigen Filterkerzen (8), durch deren Wandung von außen nach innen das Abgas hindurchtritt und der Ruß sich an der Rohraußenwand ablagert, um dort nach Bildung einer Schicht durch einen Brenner (5) abgebrannt zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige, insbesondere die in einem Gehäuse (1) zu dessen Gehäuseinnenwand hin angeordneten Filterkerzen (8) in ihrem Innenhohlraum (8b) oder an ihrer Außenseite in einem dem Brenner (5) oder dem Flammeneintritt näher gelegenen ersten Bereich eine Buchse oder ein Rohr haben, die bzw. das Öffnungen in der Wandung aufweist, die den Durchströmwiderstand gegenüber dem Durchströmwiderstand in einem dem Brenner (5) oder Flammeneintritt entfernter liegenden zweiten Bereich (16) erhöht.
  4. Rußfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Filterinnenhohlraum bildenden Metallrohre (10) an der Stelle zum Bilden des erhöhten Durchströmwiderstandes nach innen insbesondere ringförmig eingezogen sind.
  5. Rußfilter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse oder das Rohr eine Wandung aus einem Geflecht oder aus einem Siebmaterial besitzen.
  6. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnungen, bzw. die Durchströmöffnungskanäle des ersten Bereiches (15) einen größeren Durchströmwiderstand aufweisen als die des zweiten Bereiches (16).
  7. Rußfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmöffnung, bzw. die Durchströmöffnungskanäle des ersten Bereiches (15) einen kleineren Querschnitt aufweisen als die des zweiten Bereiches (16).
  8. Rußfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkerzen (8), die weiter außen liegen, einen in Längsrichtung der Filterkerzen kürzeren ersten Bereich (15) besitzen, als die weiter innen liegenden.
  9. Rußfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei weiter innen, insbesondere im Zentrum angeordneten Filterkerzen (8) der erste Bereich (15) sich über die gesamte Länge der Filterkerzen erstreckt.
  10. Rußfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei weiter innen, insbesondere im Zentrum liegenden Filterkerzen (8) das den Innenhohlraum (8b) verengende Teil am Ende der Filterkerze (8) angeordnet ist.
EP92108822A 1992-01-03 1992-05-26 Russfilter für Dieselmotoren Expired - Lifetime EP0549851B1 (de)

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BR (1) BR9203807A (de)
CZ (1) CZ283739B6 (de)
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DK (1) DK0549851T3 (de)
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