EP0554499B1 - Russfilter mit Ringraum - Google Patents

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EP0554499B1
EP0554499B1 EP92103705A EP92103705A EP0554499B1 EP 0554499 B1 EP0554499 B1 EP 0554499B1 EP 92103705 A EP92103705 A EP 92103705A EP 92103705 A EP92103705 A EP 92103705A EP 0554499 B1 EP0554499 B1 EP 0554499B1
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ERNST-Apparatebau GmbH and Co
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/025—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using fuel burner or by adding fuel to exhaust
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    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/0335—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with exhaust silencers in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

Definitions

  • the invention relates to a soot filter for diesel engines with a burner and a combustion chamber, which burns off the soot layers deposited on the filter candles, the engine exhaust gases being passed through a tangential inlet into an annular space surrounding the burner, from which they reach the filter chamber via the combustion chamber , wherein a cylindrical perforated wall is arranged between the annular space and the combustion chamber, through which the exhaust gases pass radially into the combustion chamber and a partition extends to the cylindrical perforated wall of the combustion chamber, which separates the annular space from an expansion chamber or the filter space.
  • soot filter In a soot filter, it is known to introduce the exhaust gas of the diesel engine through a tangential inlet into an annular space which surrounds the burner and from which the exhaust gases flow to the filter space.
  • the exhaust gases circulating in the annular space disturb the gases entering through the inlet, so that considerable turbulence is created which increases the overall flow resistance of the soot filter.
  • a soot filter device for diesel engines is known from EP 0 306 743, which has a cylindrical housing that has a radial or tangential inlet for the engine exhaust gases at one end.
  • the exhaust gas inlet leads into an annular distribution chamber which surrounds the main burner chamber of the burner.
  • the engine exhaust gases pass through the inlet into the annular space surrounding the burner, from which they pass through the combustion chamber into the filter space, the area of the annular space into which the exhaust gases enter from the area of the annular space into which the exhaust gases flow after complete flow through the Annulus, is separated by a wall.
  • a catalyst for the conversion of hydrocarbons and for the reduction of nitrogen oxides which has an annular inflow housing into which the exhaust gases are led through a tangential inlet, whereby a radial partition wall in the annular space in the area of the inlet connection piece is sprinkled in this way is that the circulating exhaust gases are stopped after a complete flow through the annular space on the partition and can no longer flow through the area of the inlet port.
  • a disadvantage of the devices or catalysts described above is that the flow resistance is relatively high and, due to the construction, the sound generated by the burner disproportionately escapes through the inlets and causes disturbing noises.
  • This object is achieved in that the area of the annular space into which the exhaust gases enter are separated from the area of the annular space into which the exhaust gases pass after the annular space has completely flowed through by a baffle arranged in the annular space.
  • a baffle ensures that the exhaust gas stream entering the annular space through the inlet is not exposed to any additional turbulence and can therefore flow through the annular space relatively undisturbed, in order then to leave the annular space at the baffle at the latest and to reach the filter space. This results in a uniform flow in front of, in and behind the annular space, so that the overall flow resistance of the soot filter is significantly reduced.
  • Such a low flow resistance of the overall system leads to the considerable advantage that correspondingly more soot can be deposited, since a thicker layer of soot can be present before the pressure is no longer sufficient to flow through the soot filter. This means that it can burn off at longer intervals and the service life of the soot filter is longer.
  • the soot filter has optimal sound absorbing properties. on the one hand this is due to the fact that the annular space forms a large, uniform calming space which, together with the expansion chamber which follows thereafter, achieves high sound absorption values.
  • 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 coaxially surrounds a burner 5.
  • the cylindrical perforated wall 5b of the combustion chamber 5a is coaxially surrounded by a cylindrical second perforated wall 5c and the annular space 5d is open between two perforated walls towards the expansion chamber 4a.
  • the flame gases emerging from the burner 5 are deflected by a conical guide plate 6, which is located in an expansion chamber 4a. From there, the gases are led into the filter chamber 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 filter 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 is surrounded by a silencer 12 and to which 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 5a into the filter space 7. They flow through the filter space 7 and penetrate the cylindrical walls 8a of the filter candles 8 and then through the interior of the filter candles 8 to flow 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.
  • a guide plate 13 is attached tangentially to the cylindrical perforated wall of the combustion chamber 5a.
  • the baffle 13 separates the area 14 of the annular space 4, into which the exhaust gases enter, from the area 15 of the annular space 4, into which the exhaust gases pass after the annular space has completely flowed through.
  • the baffle 13 is so inclined to the impinging flow that the exhaust gas flow is led to the filter chamber 7 or to the expansion chamber 4a.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Rußfilter für Dieselmotoren mit einem Brenner und einer Brennkammer, der die auf den Filterkerzen abgesetzten Rußschichten abbrennt, wobei die Motorenabgase durch einen tangentialen Einlaß in einen, den Brenner umgebenden Ringraum geführt werden, von dem sie über die Brennkammer in den Filterraum gelangen, wobei zwischen dem Ringraum und der Brennkammer eine zylindrische Lochwand angeordnet ist, durch die die Abgase radial in die Brennkammer gelangen und sich eine Trennwand bis zur zylindrischen Lochwand der Brennkammer erstreckt, die den Ringraum von einer Expansionskammer oder dem Filterraum trennt.
  • Es ist bekannt, bei einem Rußfilter das Abgas des Dieselmotors durch einen tangentialen Einlaß in einen Ringraum einzuführen, der den Brenner umgibt und von dem die Abgase zum Filterraum strömen. Die im Ringraum kreisenden Abgase stören hierbei die durch den Einlaß eingehenden Gase, so daß erhebliche Verwirbelungen entstehen, die den gesamten Durchströmungswiderstand des Rußfilters erhöhen.
  • So ist insbesondere aus der EP 0 306 743 eine Rußfiltervorrichtung für Dieselmotoren bekannt, welche ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das an einem Ende einen radialen oder tangentialen Einlaß für die Motorabgase hat. Der Abgaseinlaß führt in eine ringförmige Verteilerkammer, die die Hauptbrennerkammer des Brenners umgibt. Die Motorenabgase gelangen durch den Einlaß in den, den Brenner umgebenden Ringraum, von dem sie über die Brennkammer in den Filterraum gelangen, wobei der Bereich des Ringraums, in den die Abgase eintreten von dem Bereich des Ringraums, in den die Abgase nach vollständigem Durchströmen des Ringraums gelangen, durch eine Wand getrennt ist.
  • Es ist ferner aus der DE 40 12 411 ein Partikelfilter für Motorenabgase bekannt, bei dem die Motorenabgase durch einen tangentialen Einlaß in einen den Brenner umgebenden Ringraum geführt werden, von dem sie über die Brennkammer, in den Filterraum gelangen, wobei der Bereich des Ringraums, in dem die Abgase eintreten, von dem Bereich des Ringraums, in den die Abgase nach vollständigem Durchströmen des Ringraums gelangen, durch eine Wand getrennt ist. Das Zuströmgehäuse ist dabei spiralförmig ausgebildet.
  • Weiterhin ist aus der WO 86/04525 ein Katalysator zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen und zur Reduktion von Stickoxyden bekannt, der ein ringförmiges Zuströmgehäuse hat, in das die Abgase durch einen tangentialen Einlaß geführt werden, wobei eine radiale Trennwand im Ringraum im Bereich des Eingangsstutzens so angerodnet ist, daß die kreisenden Abgase nach einem vollständigen Durchströmen des Ringraums an der Trennwand gestoppt werden und den Bereich des Einlaßstutzens nicht mehr durchströmen können.
  • Nachteilig bei den oben beschriebenen Vorrichtungen bzw. Katalysatoren ist, daß der Durchströmwiderstand relativ hoch ist und bedingt durch die Konstruktionen der vom Brenner erzeugte Schall durch die Einlässe unverhältnismäßig stark austritt und störende Geräusche verursacht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem Rußfilter der eingangs genannten Art einen möglichst niedrigen Gesamtdurchströmungswiderstand und eine hohe Schalldämpfung zu erreichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Bereich des Ringraums, in den die Abgase eintreten, von dem Bereich des Ringraumse, in den die Abgase nach vollständigem Durchströmen des Ringraums gelangen, durch ein im Ringraum angeordnetes Leitblech getrennt sind.
  • Durch ein Leitblech wird dafür gesorgt, daß der durch den Einlaß in den Ringraum gelangende Abgasstrom keinen zusätzlichen Verwirbelungen ausgesetzt ist und damit den Ringraum verhältnismäßig ungestört durchströmen kann, um dann spätestens beim Leitblech den Ringraum zu verlassen und zum Filterraum zu gelangen. Damit wird eine gleichmäßige Strömung vor, in und hinter dem Ringraum erreicht, so daß der gesamte Durchströmungswiderstand des Rußfilters wesentlich herabgesetzt wird. Ein solch geringer Durchströmungswiderstand des Gesamtsystems führt zu dem erheblichen Vorteil, daß entsprechend mehr Ruß abgelagert werden kann, da eine dickere Rußschicht aufliegen kann, ehe der Druck zum Durchströmen des Rußfilters nicht mehr ausreicht. Somit kann ein Abbrennen in größeren Zeitabständen erfolgen und die Lebensdauer des Rußfilters ist höher.
  • Der Rußfilter hat optimale schalldämpfende Eigenschaften. dies rührt zum einen daher, daß der Ringraum einen großen gleichmäßigen Beruhigumgsraum bildet, der zusammen mit der danach folgenden Expansionskammer hohe Schalldämpfwerte erreicht. Hierzu trägt auch das eingangsseitige Leitblech und die Strömungsteilung durch die zweite Ringkammer bei, die zwischen den zwei zylindrischen Lochblechen besteht.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1:
    Einen axialen Längsschnitt durch den Rußfilter und
    Figur 2:
    einen axialen Längsschnitt durch das Gehäuse im Bereich des Brenners
    Figur 3:
    einen Schnitt durch den Rußfilter nach III-III in Figur 1.
  • 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 koaxial umgibt. Die zylindrische Lochwand 5b der Brennkammer 5a ist von einer zylindrischen zweiten Lochwand 5c koaxial umgeben und der Ringraum 5d ist zwischen zwei Lochwänden zur Expansionskammer 4a hin offen.
  • Die vom Brenner 5 ausgehenden Flammgase werden durch eine konische Leitplatte 6 umgelenkt, die sich in einer Expansionskammer 4a befindet. Die Gase werden von dort 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 Metallfilterrohren 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 ist 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 5a 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.
  • In dem Ringraum 4 ist ein Leitblech 13 tangential zur zylindrischen Lochwand der Brennkammer 5a befestigt. Das Leitblech 13 trennt den Bereich 14 des Ringraums 4, in den die Abgase eintreten, von dem Bereich 15 des Ringraums 4, in den die Abgase nach vollständigem Durchströmen des Ringraums gelangen. Hierbei ist das Leitblech 13 derart schräg zur auftreffenden Strömung gestellt, daß der Abgasstrom zum Filterraum 7 bzw. zur Expansionskammer 4a hingeführt wird.

Claims (5)

  1. Rußfilter für Dieselmotoren mit einem Brenner (5) und einer Brennkammer (5a), der die auf den Filterkerzen (8) abgesetzten Rußschichten abbrennt, wobei die Motorenabgase durch einen tangentialen Einlaß (2) in einen, den Brenner (5) umgebenden Ringraum (4) geführt werden, von dem sie über die Brennkammer (5a) in den Filterraum (7) gelangen, wobei zwischen dem Ringraum (4) und der Brennkammer (5a) eine zylindrische Lochwand (5b, 5c) angeordnet ist, durch die die Abgase radial in die Brennkammer (5a) gelangen und sich eine Trennwand bis zur zylindrischen Lochwand (5b, 5c) der Brennkammer (5a) erstreckt, die den Ringraum (4) von einer Expansionskammer (4a) oder dem Filterraum (7) trennt, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (14) des Ringraums (4), in den die Abgase eintreten, von dem Bereich (15) des Ringraums, in den die Abgase nach vollständigem Durchströmen des Ringraums gelangen, durch ein im Ringraum (4) angeordnetes Leitblech (13) getrennt sind.
  2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblech (13) tangential zur zylindrischen Lochwand (5b, 5c) der Brennkammer (5a) angeordnet ist.
  3. Rußfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitblech (13) derart schräg zur auftreffenden Strömung gestellt ist, daß der Abgasstrom zum Filterraum (7) hingeführt wird.
  4. Rußfilter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Lochwand (5b) von einer zylindrischen zweiten Lochwand (5c) koaxial umgeben ist und der Ringraum (5d) zwischen den zwei Lochwänden zur Expansionskammer (4a) hin offen ist.
  5. Rußfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwand, die den Ringraum (4) von der Expansionskammer (4a) oder dem Filterraum (7) trennt, radial vom Gehäuse (1) bis zur zylindrischen zweiten Lochwand (5c) erstreckt.
EP92103705A 1992-02-01 1992-03-04 Russfilter mit Ringraum Expired - Lifetime EP0554499B1 (de)

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BR (1) BR9203675A (de)
CZ (1) CZ363892A3 (de)
DE (3) DE4202960A1 (de)
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HU (1) HUT66635A (de)
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