DE202009010390U1 - Device for load-independent loading of a diesel soot particle filter with compressed air - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum lastunabhängigen Beaufschlagen eines Diesel-Rußpartikelfilters mit Druckluft, um beim Abbrennen der im Partikelfilter gesammelten Rußpartikel den Filterwiderstand zu überwinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein zweiwelliger, trockenlaufender Rotationsverdichter vom Typ Verdrängermaschine ist, der als Wälzkolbenverdichter mit zwei sich in einem Zylindergehäuse (1) gegeneinander abwälzenden Kolben (10, 11), insbesondere in Form eines Klauenverdichters mit kleinem Bauraum, ausgestaltet ist und eine Luftaustrittsöffnung (13) mit einem zum Erzielen eines kleinen geometrischen Verdichtungsverhältnisses im Sinn einer geringen inneren Verdichtung angepassten Querschnitt aufweist.Apparatus for load-independent loading of a diesel soot particle filter with compressed air, in order to overcome the filter resistance when burning off the soot particles collected in the particulate filter, characterized in that the apparatus is a two-shaft, dry-running rotary compressor of the positive displacement type, which is a two-piston rotary compressor in a cylinder housing ( 1) against each other rolling piston (10, 11), in particular in the form of a claw compressor with a small space, designed and having an air outlet opening (13) adapted to achieve a small geometric compression ratio in the sense of a low internal compression cross-section.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum lastunabhängigen Beaufschlagen eines Diesel-Rußpartikelfilters mit Druckluft, um beim Abbrennen der im Partikelfilter gesammelten Rußpartikel den Filterwiderstand zu überwinden, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for load-independent application a diesel particulate filter with compressed air to burn when collected in the particulate filter soot to overcome the filter resistance, according to the preamble of Claim 1.
Gemäß den heutig gültigen Abgasverordnungen, die in zunehmendem Ausmaß weltweit gültig werden, ist die als Zielvorstellung ausgestaltete Vorschrift enthalten, dass die in den Abgasen von Dieselmotoren zwangsläufig enthaltenen Stickoxide (NOx) sowie insbesondere die Diesel-Rußpartikelfilter weitgehend, wenn nicht sogar vollständig entfernt bzw. wirkungslos gemacht werden müssen.According to today valid Emission regulations, which are becoming increasingly valid worldwide, is the provision designed as an objective, that inevitably contained in the exhaust gases of diesel engines Nitrogen oxides (NOx) and in particular the diesel particulate filters largely, if not completely removed or ineffective must be made.
Die hierzu bereits bekannten Vorrichtungen unterliegen sämtlich dem erschwerenden Erfordernis, dass sie bei all solchen Dieselmotoren zuverlässig funktionieren sollen, deren Leistungsbereich sich von 30 KW bis 1,5 MW erstreckt und deren Anwendungsbereich sowohl Fahrzeuge bzw. anderweitige Geräte betrifft, die straßengebunden sowie straßenfern (onroad/offroad) einsetzbar sind.The this already known devices are all subject to the aggravating requirement that they apply to all such diesel engines reliable should work, whose power range is from 30 KW to 1.5 MW and its scope covers both vehicles and other devices concerns the road bound as well as off the street (onroad / offroad) can be used.
Um das gewünschte Ziel der Entfernung von Diesel-Rußpartikelfiltern aus den Dieselabgasen zu erreichen, wird typischerweise in der Abgasleitung ein Partikelfilter in Form eines Keramikfilters angeordnet, der die auf ihn auftreffenden Partikelfilter zuverlässig auffängt und in sich ansammelt. Hierbei setzt sich natürlicherweise der Keramikfilter nach einer bestimmten Zeit zu, so dass der Filterwiderstand dementsprechend ansteigt. Demgemäß wird nach einer bestimmten Zeit, beispielsweise jeweils nach einem Zeitraum von 8 Stunden, ein Regenerationsprozess eingeleitet, der im Wesentlichen darin besteht, dass mittels eines Brenners die Temperatur vor dem Keramikfilter angehoben wird, worauf der im Keramikfilter angesammelte Ruß abbrennt und somit die hier befindlichen Ruß-Partikelfilter so lange verbrannt werden, bis der Filter wieder frei wird.Around the wished The aim of removing diesel particulate filters from the diesel exhaust Typically, a particulate filter will typically be found in the exhaust pipe arranged in the form of a ceramic filter, which impinges on him Particle filter reliable fields and accumulates in itself. This is naturally the ceramic filter after a certain time too, so the filter resistance accordingly increases. Accordingly, after a certain time, for example after a period of time By 8 hours, a regeneration process initiated, essentially It is that by means of a burner, the temperature before the ceramic filter is raised, whereupon the soot accumulated in the ceramic filter burns and thus the soot particulate filters located here are burned so long until the filter becomes free again.
Für die Einleitung dieses Verbrennungsvorganges wird ein zusätzlicher Luftstrom benötigt, der mittels verschiedener Vorrichtungen zum lastunabhängigen Beaufschlagen des Partikelfilters erzeugt wird und einen derartigen Druck aufweisen muss, dass bei maximaler Partikelfilterbeladung und beim Abbrennen der hier gesammelten Rußpartikel der Filterwiderstand immer überwunden werden kann.For the introduction This combustion process, an additional air flow is required by means of various devices for load-independent acting on the particulate filter is generated and must have such a pressure that at maximum particle filter loading and when burning the collected here soot the filter resistance is always overcome can be.
Bisher ist auf dem Markt noch keine derartige Vorrichtung bekannt, welche die in diesem Zusammenhang auftretenden zahlreichen Erfordernisse für einen einwandfreien Betrieb in zufriedenstellender Weise erfüllt. Diese Erfordernisse bestehen unter anderem in Folgendem:
- – Die Drucklufterzeugungsvorrichtung muss über einen weiten Regelbereich betreibbar sein, der sich über einen Bereich im Verhältnis von bis zu 1:20 erstrecken und insbesondere maximale Drehzahlen von bis zu 12.000 U/min erreichen kann.
- – Die Vorrichtung muss eine hohe Regelgüte, bezogen auf den Luftmassenstrom, aufweisen, d. h. eine feine Regelbarkeit besitzen, um in der gewünschten Weise stets einen konstanten Luftmassenstrom zu erzeugen.
- – Die Vorrichtung muss eine hohe Lebensdauer haben und über deren gesamte Lebensdauer gleichwohl eine hohe Regelgenauigkeit aufweisen.
- – Aufgrund der vorherrschenden rauen Anforderungen muss die Vorrichtung über einen weiten Bereich der Umgebungstemperatur, insbesondere von –40°C bis 100° C, betreibbar sein.
- – Aus Kostengründen soll die Vorrichtung einen geringen Bauraum aufweisen und gleichzeitig preiswert sowie robust sein.
- – Aufgrund der bei den Dieselmotoren vorherrschenden lediglich niedrigen Versorgungsspannung von 12 bzw. 24 V muss die Vorrichtung gleichwohl einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad aufweisen.
- – Die Vorrichtung muss eine hohe Belastbarkeit besitzen und demgemäß vibrations- sowie stoßfest ausgestaltet sein.
- – Schließlich soll die Vorrichtung aufgrund der an sie gestellten außerordentlich vielfältigen Anforderungen im Betrieb bis zu 45° neigbar sein, ohne dass Betriebsstörungen auftreten (s. hierzu beisp. den Einsatz von Dieselmotoren in Baustellenmaschinen usw.).
- - The compressed air generating device must be operable over a wide control range, which can extend over a range in the ratio of up to 1:20 and in particular can reach maximum speeds of up to 12,000 rev / min.
- - The device must have a high control quality, based on the air mass flow, ie, have a fine controllability to always produce in the desired manner, a constant air mass flow.
- The device must have a long service life and nevertheless have a high control accuracy over its entire service life.
- Due to the prevailing harsh requirements, the device must be operable over a wide ambient temperature range, in particular from -40 ° C to 100 ° C.
- - For cost reasons, the device should have a small space and at the same time be inexpensive and robust.
- - Due to the prevailing in diesel engines only low supply voltage of 12 or 24 V, the device must nevertheless have an extremely high efficiency.
- - The device must have a high load capacity and accordingly designed to be vibration and shockproof.
- - Finally, the device should be tilted up to 45 ° due to the extremely diverse demands placed on it without malfunctions occurring (see, for example, the use of diesel engines in construction site machines, etc.).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Vorrichtung der gattungsgemäßen Art in preiswerter, robuster, geringer Baugröße derart auszugestalten, dass sie sämtliche der vorgenannten Erfordernisse im Verbund erfüllt.Of the The invention is therefore based on the object, the device of generic type in inexpensive, robust, small size to design such that all of them meets the aforementioned requirements in the composite.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.These The object is achieved by the invention having the features of the claim 1 solved. Advantageous embodiments thereof are described in the further claims.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, als Vorrichtung zum lastunabhängigen Beaufschlagen eines Diesel-Rußpartikelfilters mit Druckluft einen zweiwelligen, trockenlaufenden Rotationsverdichter vom Typ Verdrängermaschine vorzusehen; dieser ist als Wälzkolbenverdichter mit zwei sich in einem Zylindergehäuse gegeneinander abwälzenden Kolben, insbesondere in Form eines Klauenverdichters mit kleinem Bauraum, ausgestaltet, und weist eine Luftaustrittsöffnung auf, deren Querschnitt zum Erzielen eines kleinen geometrischen Verdichtungsverhältnisses im Sinn einer geringen inneren Verdichtung angepasst ist.The invention is based on the idea of providing a two-shaft, dry-running rotary compressor of the positive displacement type as a device for load-independent loading of a diesel soot particle filter with compressed air; this is designed as Wälzkolbenverdichter with two in a cylinder housing against each other rolling piston, in particular in the form of a claw compressor with a small space, designed, and has an air outlet opening whose cross section to achieve a small geometric compression ratio in the sense of a low internal Ver seal is adjusted.
Vorteilhafterweise sind die Kolben des Klauenverdichters fliegend gelagert. Hierbei weist die Lagerung der Klauenkolben bzw. deren Wellen ein Festlager sowie ein Loslager auf.advantageously, the pistons of the claw compressor are cantilevered. in this connection has the bearing of the claw pistons or their shafts a fixed bearing and a floating bearing.
Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Wellenlagern derart gering gehalten, dass der Klauenverdichter bis zu 45° neigbar ist, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Wellenlager mit Öl überflutet werden.Preferably is the distance between the shaft bearings kept so low that the claw compressor tiltable up to 45 ° without the There is a risk that the shaft bearings will be flooded with oil.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Klauenverdichter als Antrieb einen bürstenlosen permanenterregten Synchronmotor aufweist.Special Benefits arise when the claw compressor as a drive brushless has permanent magnet synchronous motor.
Zweckmäßigerweise ist der Antrieb des Klauenverdichters gleichfalls fliegend gelagert.Conveniently, The drive of the claw compressor is also stored on the fly.
Der erfindungsgemäße Klauenverdichter ist weiterhin derart ausgestaltet, dass er über einen weiten Regelbereich im Verhältnis 1:20 antreibbar und insbesondere maximale Drehzahlen von bis zu 12.000 U/min erreichen kann.Of the Claw compressor according to the invention is further configured such that it has a wide control range in relation to 1:20 drivable and in particular maximum speeds of up to 12,000 RPM can reach.
Besondere bauliche Vorteile ergeben sich schließlich, wenn der Klauenverdichter aus mehreren lösbar miteinander verbundenen Untereinheiten gebildet ist, insbesondere einem Kolbenzylindergehäuse, welches die Klauenkolben beinhaltet, einem Getriebegehäuse mit Getriebedeckel, einem Motorgehäuse für den Synchronmotor und einer Motorsteuereinheit.Special Structural advantages eventually arise when the claw compressor from several solvable formed interconnected subunits, in particular a piston-cylinder housing, which includes the claw piston, a transmission housing with Gearbox cover, a motor housing for the Synchronous motor and a motor control unit.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Drucklufterzeugungsvorrichtung, insbesondere in Form eines Klauenverdichters, lassen sich sämtliche der vorerwähnten Erfordernisse im Verbund erfüllen, so dass es hierdurch möglich ist, unabhängig vom Betriebszustand des jeweiligen Dieselmotors den gewünschten Regenerationsprozess zuverlässig einzuleiten bzw. durchzuführen.by virtue of the embodiment of the invention the compressed air generating device, in particular in the form of a claw compressor, can all be the aforesaid Meet requirements in the network, so that makes it possible is, independent From the operating condition of the respective diesel engine the desired Regeneration process reliable initiate or carry out.
Die Erfindung wird im Folgenden in Form eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The Invention will be described below in the form of an embodiment with reference to the Drawing closer explained. This shows in:
Wie
aus der Zeichnung ersichtlich, ist die erfindungsgemäße Drucklufterzeugungsvorrichtung als
Klauenverdichter mit außerordentlich
kleinem Bauraum ausgestaltet; dieser ist aus mehreren lösbar miteinander
verbundenen Untereinheiten zusammengesetzt, und zwar beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
aus einem Zylindergehäuse
Sämtlich dieser
Untereinheiten
Das
Zylindergehäuse
Die
Klauenkolben
Die
Welle
Der
Antrieb der Welle
Der
zwischen Getriebedeckel
Aufgrund
der rauen Einsatzbedingungen des Klauenverdichters sollte verhindert
sein, dass das im Ölraum
Hinsichtlich vorstehend nicht im Einzelnen näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird abschließend ausdrücklich auf die Ansprüche sowie die Zeichnung verwiesen.Regarding not closer in detail Illustrated Finally, features of the invention are expressly based on the claims the drawing referenced.
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
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Representative=s name: KANDLBINDER, MARKUS, DIPL.-PHYS., DE |