DE3723478A1 - Vorrichtung fuer die abscheidung von russ aus dem abgas eines verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Diesel­ motors.

Die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors geschieht in der Praxis mit Hilfe von Filtern in Form von Oberflächen­ filtern oder Tiefenfiltern oder mit Hilfe von Zyklonabscheidern, die zumeist zu Registern zusammengeschaltet sind. Bei Filtern müssen Ver­ stopfungen in Kauf genommen werden, die aufwendige Reinigungsmaß­ nahmen oder das Austauschen von Filterpatronen erforderlich machen. Bei Zyklonabscheidern stört das verhältnismäßig große Grenzkorn, welches bei 30 µm liegt. Daher muß bei Einsatz von Zyklonabscheidern die feinkörnige Fraktion des Russes zunächst durch Koagulation ver­ größert werden. Dazu sind aufwendige Maßnahmen, z.B. in Form von Koagulationselektroden, die an eine Sprühspannung angeschlossen sind, erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die auch die feinkörnige Rußfraktion abscheidet sowie funktionssicher und ohne Verstopfung arbeitet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus mäanderförmigen Strö­ mungskanälen mit Außenbögen und Innenbögen bildenden Wandelementen und Rußfangschächten im wesentlichen runden Schachtquerschnitts, wobei die Rußfangschächte in Strömungsrichtung im Anschluß an die Außen­ bögen angeordnet sind, mit einem längslaufenden Eintrittsspalt entgegen der Strömungsrichtung der Abgase offen sind und strömungskanalseitig die Innenbögen bilden. Dabei können im Bereich der Eintrittsspalte an die Rußfangschächte Strömungsleitfahnen angeschlossen sein. Nach be­ vorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Wandelemente und die Rußfangschächte vertikal angeordnet. Mäanderförmig bezeichnet einen wellenförmigen Strömungsverlauf oder daraus abgewandelte Strö­ mungsverläufe.

Die Auslegung der Strömungskanäle und der Rußfangschächte erfolgt im Rahmen der Erfindung so, daß die Drallströmung, die sich in den Ruß­ fangschächten bildet, eine ausreichende kinetische Energie aufweist, um die Rußpartikel in der Abgasströmung durch Zentrifugalkraft an die Wand der Rußfangschächte zu bringen, so daß die Rußpartikel absinken. Es versteht sich, daß die Rußfangschächte zumindest an einer Seite offen sind, so daß der eintretende Abgasstrom die Rußfangschächte durchströmen kann. Er tritt nach unten und/oder oben aus den Ruß­ fangschächten aus. Bei der Auslegung sind im übrigen die Mengen­ ströme und die aerodynamischen Grundgesetze zu berücksichtigen.

Bewährt hat sich eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Ruß­ fangschächte einen Durchmesser aufweisen, der etwa der Breite der Strömungskanäle entspricht. Die Anzahl der Strömungskanäle wird so eingerichtet, daß die zu behandelnden Abgasmengenströme aufgenommen werden. Dabei kann, wenn in Abhängigkeit von der Drehzahl des Ver­ brennungsmotors die Mengenströme stark schwanken, eine Ausführung zweckmäßig sein, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Strömungs­ kanäle eintrittsseitig von einer Steuereinrichtung betätigbare Verschluß­ elemente aufweisen und die Anzahl der offenen Strömungskanäle nach Maßgabe der Drehzahl des Verbrennungsmotors von der Steuereinrich­ tung veränderbar ist.

Der in den Rußfangschächten abgeschiedene Ruß sinkt in den Rußfang­ schächten nach unten. Dort kann der abgeschiedene Ruß gesammelt wer­ den. Es liegt im Rahmen der Erfindung, unter den Rußfangschächten eine Rußverbrennungskammer anzuordnen, die zumindest eine an eine Brennspannungsquelle angeschlossene Zünd- und Stützelektrode aufweist, die die Rußverbrennung zündet und unterstützt.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß mit Hilfe der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors der Ruß abgeschieden werden kann, wobei auch sehr feine Rußpartikel zur Abscheidung kommen. Die Rußfangschächte funktionieren dabei zwar zweckmäßig, überraschenderweise treten je­ doch die Grenzkornprobleme nicht auf, die bei Zyklonabscheidern in Kauf genommen werden müssen. Das beruht darauf, daß die Rußfang­ schächte einen entsprechend geringen Durchmesser aufweisen und in den Rußfangschächten sich Strömungsverhältnisse einstellen, die die Abscheidung der feineren Rußpartikel unterstützen. Die Länge der Strömungskanäle und damit die Anzahl der Rußfangschächte und deren Durchmesser werden so eingerichtet, daß das aus der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung austretende Abgas ausreichend frei von Ruß ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine Rußverbrennungskammer, die unter der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet werden kann, ausschnittsweise, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 2 bei abge­ nommenem Oberteil.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors bestimmt. Sie besteht aus mäanderförmigen Strömungskanälen 1 mit Außenbögen 2 und Innenbögen 3 bildenden Wandelementen 4 und aus Rußfangschächten 5 die im Ausführungsbeispiel einen runden Schachtquerschnitt aufweisen. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Rußfangschächte 5 in Strömungsrichtung der Abgase im Anschluß an die Außenbögen 2 angeordnet sind. Sie weisen einen längslaufenden Ein­ trittsspalt 6 auf, der entgegen der Strömungsrichtung der Abgase offen ist. Sie bilden im übrigen strömungskanalseitig die Innenbögen 3. An die Rußfangschächte 5 schließen im Ausführungsbeispiel eintrittsseitig Strömungsleitfahnen 7 an. Die Höhe der Wandelemente 4 und damit der Strömungskanäle 1 und der Rußfangschächte 5 richtet sich nach den Gegebenheiten. Im allgemeinen beträgt sie ein Vielfaches der Breite B der Strömungskanäle 1.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfin­ dung sind die Wandelemente 4 und Rußfangschächte 5 vertikal angeord­ net. Die Rußfangschächte 5 sind oben und unten offen. Sie besitzen im Ausführungsbeispiel, aber nicht beschränkend, einen Durchmesser D, der etwa der Breite B der Strömungskanäle 1 entspricht.

Links in der Fig. 1 erkennt man, wie die Abgase zugeführt werden. Sie treten über einen Abgaszuführungsstutzen 8 ein und verteilen sich auf die verschiedenen Strömungskanäle 1. Man erkennt, daß die Möglichkeit besteht, die Strömungskanäle 1 eintrittsseitig mit von einer Steuerein­ richtung betätigbaren Verschlußelementen 9 auszuführen und die Anord­ nung so zu treffen, daß die Anzahl der offenen Strömungskanäle 1 nach Maßgabe der Drehzahl des Verbrennungsmotors und damit des Abgas­ mengenstromes veränderbar ist.

In den Rußfangschächten 5 sinkt der abgeschiedene Ruß nach unten. Er wird unten aufgefangen, beispielsweise in eine Rußsammelkammer einge­ führt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, unter den Rußfang­ schächten 5 eine Rußverbrennungskammer 10 anzuordnen, die zumindest eine an eine Brennspannungsquelle angeschlossene Zünd- und Stützelek­ trode 11 aufweist. Die Fig. 2 und 3 erläutern eine solche Rußverbren­ nungskammer 10. Man erkennt einen Rußeintrittsstutzen 12 im Deckel 13 der Rußverbrennungskammer 10. An einen solchen Rußeintrittsstutzen 12 kann ein Rußfangschacht oder können mehrere Rußfangschächte angeschlossen sein. Die Zünd- und Stützelektroden 11 sind isoliert an­ geordnet. Der abgeschiedene Ruß lagert sich zwischen den Zünd- und Stützelektroden 11 ab. Die Zünd- und Stützelektroden 11 sind an eine Brennspannungsquelle angeschlossen. Hat sich der Ruß in vorgegebener Höhe abgelagert, so erfolgt die Zündung eines Lichtbogens, der zur Rußverbrennung führt. Während der Rußverbrennung funktioniert die Elektrode weiter als Stützelektrode für die Verbrennung. Es versteht sich, daß die Abgase ausreichend Sauerstoff mitführen.

Claims (5)

1. Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors,
bestehend aus mäanderförmigen Strömungskanälen (1) mit Außen­ bögen (2) und Innenbögen (3) bildenden Wandelementen (4) und Rußfangschächten (5) im wesentlichen runden Schachtquer­ schnitts,
wobei die Rußfangschächte (5) in Strömungsrichtung der Abgase im Anschluß an die Außenbögen (2) angeordnet sind, mit einem längslau­ fenden Eintrittsspalt (6) entgegen der Strömungsrichtung der Abgase offen sind und strömungskanalseitig die Innenbögen (3) bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Wandelemente (4) und die Rußfangschächte (5) vertikal angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Ruß­ fangschächte (5) einen Durchmesser (D) aufweisen, der etwa der Breite (B) der Strömungskanäle (1) entspricht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Strö­ mungskanäle (1) eintrittsseitig von einer Steuereinrichtung betätigbare Verschlußelemente (9) aufweisen und die Anzahl der offenen Strömungs­ kanäle (1) nach Maßgabe der Drehzahl des Verbrennungsmotors von der Steuereinrichtung veränderbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei unter den Rußfangschächten (5) eine Rußverbrennungskammer (10) angeordnet ist, die zumindest eine an eine Brennspannungsquelle angeschlossene Zünd- und Stützelektrode (11) aufweist.