DE8621939U1 - Dieselrußfilter - Google Patents
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Description
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Dieselrußfilter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
Das erfindungsgemäße Dieselrußfilter entfernt aus den Bit Ruß beladenen Abgasen einer
Dieselmotoranlage Rußpartikel. Damit wird eine Gefahrenquelle für die Umgebung einer
solchen Anlage bzw. die in ihrer Nähe befindlichen Personen entschärft bzw.
beseitigt. Dieselrußpartikel haben nämlich einerseits aufgrund ihrer stofflichen
Zusammensetzung eine große Oberfläche, an der sich zahlreiche chemische Substanzen,
darunter auch die als Karzinogen bekannten chemischen Verbindungen anlagern, welche bei
der Verbrennung des Dieselkraftstoffes in der Brennkraftmaschine freigesetzt werden.
Andererseits sind die Rußpartikel klein und daher lungengängig. Darauf beruht ihre
erhebliche Gesundheitsschädlichkeit. Abgesehen hiervon ist die Verschmutzung und die
Kontaminierung der umgebenden Atmosphäre durch die Rußpartikel von Dieselinotorahlagerii nicht
tolerierbar.
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Die Erfindung ist anwendbar auf Kraftfahrzeuge und Verkehrsmittel, die mit Dieselmotoren
Ausgerüstet sind, läßt sich aber auch auf stationäre Dieselmotoren anwenden. Das
Zylindergehäuse wird im allgemeinen in das Äuspuf fsassssirchr sinsr solchen Dieselmotoränlage
eingebaut. Das erfolgt so, daß alle Abgase durch den Abgaseinführungsstutzen des Gehäuses
einströmen und die von den Rußpartikeln befreiten Abgase durch den Abgasabfuhrungsstutzen das
Gehäuse verlassen. Das keramische Gitter besteht Vorzugsweise aus einem Monoblock von poröser
Struktur, z.B. aus Magnesium-Aluminium-Silikat und an ihren Enden verschlossenen Kanälen, welche
die einströmenden Abgase durch die Foren des Honoblocks zwingen, in denen die Rußpartikel
hängenbleiben. Solche keramischen Filter verstopfen nicht, weil sich der Ruß durch Abbrennen beseitigen
läßt, sobald sich im Filter eine ausreichend hohe Temperatur eingestellt hat. In dem erfindungsgemäßen
Dieselrußfilter lassen sich die für die Verbrennung der Rußpartikel erforderlichen, relativ hohen
Temperaturen auf unterschiedliche Weise sicherstellen: Neben motorinternen Maßnahmen mit dem
Ziel einer Erhöhung der Abgastemperatur und-Maßnahmen im keramischen Gitter mit dem Ziel der
Absenkung der Verbrennungstemperaturen kommen bei dem erfindungsgemäßen Dieselrußfilter auch besondere
Wärmequellen zur Erhöhung der Abgastemperatur in Betracht.
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Die Anwendung von Dieselrüßfiltern insbesondere
auf dem Gebiet der Nutzfahrzeugmotoren hängt
wesentlich davon ab, wie die geforderte Abscheidung der Rußpartikel die Filter ohne
nennenswerte Leistungseinbußen und ohne ^7»&Iacgr;«·&Tgr;»*·&kgr;·»&igr;*«&Iacgr;'*&bgr;**&Agr;«»'«&agr;«1&Oacgr; ÄrtTn4-avtin/t »v» XtvsxG^r&bgr;&Iacgr;·&Lgr;"&Rgr;·&Rgr; Tnt*vrti*~>
stellt werden kann« Die Anforderungen, die der Gesetzgeber an die Reinhaltung der Luft stellt,
verschärfen sich. Sie haben für Dieselmotoranlagen Emissionswerte erreicht, welche eine Absenkung der
Emissionen nur mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtunc?
gestattet. Setzt man hierfür Dieselrußfilter ein und erhöht man deren Abscheidungswirkungsgrad entsprechend, so muß
gleichwohl die Erhöhung des Filterwiderstandes in Grenzen gehalten werden, um den Gegendruck
der Auspuffanlage nicht zu stark anwachsen zu lassen.
Die Erfindung geht von einem vorbekannten Dieselrußfilter aus. Hierbei münden beide
Abgasstutzen axial in das zylindrische, mit konischen Deckeln versehene Blechgehäuse. In
diesem ist der walzenförmige Monolit mit axial
angeordneten Gitterkanälen koaxial angeordnet. Die Filterwirkung beruht daher allein auf der
Porengröße des Keramikfilters. Bei starken Rußanfall wird das Gitter entsprechend
hoch beansprucht, wodurch entsprechend häufig abgebrannt werden muß. Da grundsätzlich im
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Dieselmotor relativ niedrige Temperaturen erzeugt
werden, erreichen die Abgase nur bei Vollast oder im oberen Teillastbereich die für die selbsttätige
Verbrennung der Rußpartikel notwendigen Temperaturen, die regelmäßig bei 500 bis 600 Grad C
liegen. Infolgedessen muß der Filterwiderstand zur Erhöhung der Abgastemperatur dienen,
vergrößert aber gleichzeitig den Gegendruck der Auspuffanlagen und wirkt daher leistungsmindernd.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abscheidungswirkungsgrad des als bekannt
vorausgesetzten Dieselrußfilters zu verbessern, ohne daß dadurch die Motorleistung nennenswert
herabgesetzt wird.
Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung führt die tangentiale Einströmung der Abgase in den dem Gitter
vorgeschalteten, innen rotationssymmetrischen Keramikhöhlkörper durch die Bewegungsenergie der
Abgase zu einer Drallströmung, weiche infolge der
Massenbeschleunigung die Rüßpartikel nach außen treibt, die auf der inneren Oberfläche des
Keramikhohlkörpers abgebremst und abgelagert werden. Das gilt wegen der höheren Masse
vorzugsweise für die gröberen Rußpartikel, die deshalb das keramische Gitter nicht erreichen, so
daß in diesem vorzugsweise die feineren Rußpartikel abgeschieden werden. In dem
erfindungsgemäßen Dieselrußfilter findet demnach
eine Vorklassierung der Rußpartikel statt, die eine erhebliche Erhöhung des Abscheidungswirkungsgrades
insbesondere bei den in den Abgasen enthaltenen kleinsten und wegen ihrer Lungengängigkeit
auch gefährlichsten Rußpartikel zur Folge hat.
Die auf der Innenwand des hohlzylindrischen/ keramischen Monoblocks zurückgehaltenen Rußpartikel
werden bei entsprechender Abgastemperatur verbrannt. Dadurch tritt die Regeneration des
Dieselrußfilters auch im Bereich der Vorklassierung ein. Diese entzieht der
Strömungsenergie der Abgase nur einen geringen Anteil und verbraucht daher auch nur ein geringes
Druckgefälle. Deswegen verursacht das erfindungsgemäße Dieselrußfilter keine nennenswerte
Herabsetzung der Motorleistung/ obwohl es andererseits eine wesentliche Verbesserung des
Abscheidungswirkungsgrades herbeiführt.
Vorzugsweise und mit den Merkmalen d&s Patentanspruches
2 vergrößert man die Zentripedal« beschleunigung im Keramikhohlkörper in
Stromungsrichtung, um dadurch ein größeres
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Komspektrum der gröberen Rußpartikel abdecken zu können. In dieser Ausfuhrungsform der Erfindung
werden beginnend von der Einströmseite im Hohlraum des Keramikkörpers bis zu dem diesen verschließenden
keramischen Gitter gröbere Fartikel mit zunehmender geringerer Korngröße abgeschieden.
\ Kit- den Merkmalen des Patentanspruches 3 wird in
dem erfindungsgemäßen Dieselrußfilter die sich bei einer offenen Einströmseite bildende, entgegengerichtete
Axialströmung unterdrückt und gleichzeitig eine Isolierung nach außen geschaffen, die erhebliche
Abgastemperaturen ohne Schaden für die Auspuffanlage zuläßt. Das beruht darauf, daß die anstehenden
Abgase mit deja keramischen Deckel zurückgehalten
werden.
Die vorgenannte Ausführungsform der Erfindung eignet eich auch besonders für Maßnahmen, welche eine
Erhöhung der Abgastemperatur unbeschadet einer etwaigen Modifizierung der Dieselbrennkraftmaschine
ermöglichen. Die Zusatzheizung läßt sich dann als Strahlungsheizung ausführen, weil die Wärme
ebenfalls durch den keramischen Deckel zurückgehalten wird.
Eine besonders vorteilhafte ausführungsform der
Erfindung ist in Anspruch 4 dargestellt. Trotz
der auf die Rußpartikel einwirkenden Zentripedalkrafte,
die die schweren Partikel auf der Innenfläche des Keramikhohlkorpers abscheiden, verbleiben immer
noch zu viele Rußpartikel in der achselnahen Zone des Innenraumes des Hohlkörpers. Diese nicht
abgeschiedenen Teilchen gelangen auf das keramische Gitter und setzen dieses sehr
schnell zu. Daher ist bei dieser alternativen Ausführungsform in der Mitte d<£s Gehäuses
ein sogenannter Verdrängerkegel eingebaut/ um den herum ein spiralförmiger Kanal vom
Abgaseinführungsstutzen bis in den freien Raum unterhalb des keramischen Gitters
angeordnet ist. Dieser Kanal sorgt dafür, daß so gut wie alle Rußpartikel am Keramikhohlkörper
abgeschieden werden. Zum Abbrand der abgeschiedenen Partikel ist in dem Kanal eine Zusatzaufheizvorrichtung
vorgesehen. Gemäß dem Anspruch besteht diese Zusatzaufheizvorrichtung aus einer in dem Kanal verlegten Heizspirale,
Die Einzelheiten, weiteren Merkaale und andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen
anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen
Fig. 1 das erfindungsgemäße Dieselrußfilter im Längsschnitt (erste Alternative) und
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1, welche im Schnitt längs der Linie
H-II der Fig* I gehalten ist*
Fig. 3 das erfindungsgemäße Dieselrußfilter im
Längsschnitt (zweite Alternative).
In einem aus Blech bestehenden Gehäuse (1), welches rotationssymmetrisch zur Achse (14) ausgebildet
ist, befindet sich ein Keraroikhohlkörper (2),
welcher ebenfalls innen, jedoch auch außen rotationssymmetrisch ausgebildet ist und daher
das Blechgehäuse (1) auskleidet. Am Gehäuse (1) befindet sich ein Abgaseinführungsstutzen (6),
welcher tangential in das Gehäuse und in den Hohlraum (3) des Keramikhohlkörper &egr; (2) mündet.
In axialer Richtung weist dagegen der am gegenüberliegenden Gehäuseende angeordnete
Abgasabführungsstutzen (15). Vor dem Abgasabführungsstutzen (15) ist ein keramisches
Gitter (4) angeordnet. Das keramische Gitter bildet einen Deckel, welches den kleineren
Querschnitt des rotatidnssymmetrischen Keramikhohlkörpers
(2) verschließt. In dem keramischen Gitter sind Axialkanäle ausgebildet, deren Enden
verschlossen sind. Dadurch werden die Abgase,
welche in Richtung des Pfeiles (9) der Fig. 2 eintreten und das Dieselrußfilter in Richtung
des Pfeiles (10) der Fig. 1 verlassen', durch die
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!Poren des keramischen Körpers gezwungen, welcher den Deeksl bildet.
Dem axialen Abgasabführungsstutzen (15) gegenüber ist ein keramischer Deckel (8) angeordnet. Dieser
ist geschlossen porig ausgeführt und verschließt den Hohlraum (3) des Keramikhohlkörpers (2).
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist der den größeren Querschnitt des keramischen
Hohlkörpers (2) verschließende Deckel (8) mit einer elektrischen Zusatzheizung versehen. Diese
besteht aus einem Glühdraht (13), welcher in dem Deckel (8) verankert ist und einem Anschluß (12)
für die elektrische Stromquelle.
Anstelle der dargestellten Zusatzeinrichtung kann auch eine brennstoffbeheizte Heizung vorgesehen
werden.
Der Keramikhohlkörper (2) ist ebenso wie der Deckel (8) geschlossenporig ausgebildet. Die von einem
Dieselmotor kommenden, mit Ruß beladenen Abgase passieren den Abgaseinführungsstutzen (6) mit hoher
Geschwindigkeit. Durch die tangentiale Anordnung des Abgaseinführungsstutzens (6) wird den mit Ruß
beladenen Abgasen eine Rotationsbewegung aufgeprägt, welche aus der Fig. 2 ersichtlich und infolge
der Verjüngung des Hohlraumes (3) durch die beschriebene rotationssymmetrische Form noch
verstärkt ist.
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Die hierdurch auf die Rußpartikel aufgebrachte Eentripedalbeschleunigung führt zur Abscheidung
der spezifisch schwereren Rußpartikel auf der Oberfläche des Keramikhohlkörpers (2), sobald die
Rußpartikel die Oberfläche erreichen, auf der sie abgebremst werden. Die feineren Rußpartikel, die
die Oberfläche des Keramikhohlkörpers (2) nicht erreichen, gelangen mit den Abgasen in das keramische
Gitter (4), in dem sie abgeschieden werden.
Mit zunehmender Abscheidung der feineren Rußpartikel auf der Porenoberfläche des keramischen Gitters (4)
steigt der Widerstand des Dieselrußfilters an. Dadurch wächst die Abgastemperatur. Sobald die
Selbstentzündungstemperatur des Rußes erreicht ist, verbrennen die abgeschiedenen Rußpartikel
auf dem Keramikhohlkörper (2) und in dem keramischen Gitter (4). Das gilt auch für den sich hiernach
weiter ablagernden Ruß.
Der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff
wird dem Abgas vor Eintritt in den Filter beigemischt, sofern nicht schon die Abgase hinreichend
Sauerstoffmengen enthalten. Die vorgesehene Zusatzheizeinrichtung (12, 13)
gewährleistet, daß die Prozeßtemperatur schneller erreicht wird.
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Die Fig. 3 stellt eine alternative Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes dar* Dieser Filter
besteht wie der Filter gemäß Fig. 1 ebenfalls aus einem Gehäuse (1), welches rotationssymmetrisch
zur Achse (14) ausgebildet ist. Darin befindet sich ein Keramikhohlkörper (2), der das Blechgehäuse
(1) auskleidet. Am Gehäuse (1) befindet sich ein Abgaseinführungsstutzen (6), welcher
tangential in das Gehäuse mündet, weiterhin ist ebenfalls ein keramisches Gitter (4)
vorgesehen, welches als Deckel den kleineren Querschnitt des Keramikhohlkörpers (2) verschließt.
Der größere Querschnitt des Keramikhohlkörpers wird von dem Deckel (8) verschlossen. In die zur Achse (14) zeigende
Wand des Keramikhohlkörpers (2) ist ein spiralförmig verlaufender Kanal (24), der einerseits am Abgaseinführungsstutzen (6)
mündet, andererseits in einem Raum (22) unterhalb des keramischen Gitters (4).
Der zur Achse (14) hin offene Kanal (24) wird von der Außenfläche (21) eines kegelförmigen Keramikkörpers
(20) verschlossen, dessen 3asis auf dem Deckel (8) steht und dessen oberes
Ende den Raum (22) unterhalb des keramischen Gitters (4) nach unten abschließt. Xn den Kanal (24) ist diesem
folgend ein Heizdraht (26)
eingelegt. Dieser Heizdraht dient als Zusatzaufheizvorrichtung. Die in den Abgaseinführungsstutzen
(6} eingeleiteten Abgase werden in den Kanal eingeführt und bewegen sich mit hoher
Geschwindigkeit auf spiralförmiger Bahn in Richtung des keramischen Filters (4). Somit
ist gewährleistet, daß kein Abgaspartikel in die strömungsberuhigte Zone in der Nähe der
Mittellängsachse gerät, so daß praktisch alle Rußpartikel infolge der Zentripedalkraft
auf der Wand des Keramikhohlkörpers (2) abgeschieden werden* Somit ißt eine längere
Lebensdauer und Einsatzbereitschaft insbesondere des keramischen Gitters (4) gewährleistet.
4t· *
Claims (9)
1. Dieselrußfilter, bestehend aus einem 6ehav.se mit einem Abgaseinführungsund
einem axialen Abgasabführungsstutzen, sowie einem von den Abgasen durchströmten,
zwischen den Stutzen ausgebildeten keramischen Gitter, welches Rußpartikel
zurückhält, deren Ansammlung ±ss. kerami=
sehen Gitter durch Verbrennung mit Hilfe einer Aufheizung beseitigt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) einen tangentialen Abgaseinführungsstutzen (6)
aufweist, welcher in einen Keramikhohlkörper (2) mündet, und daß das keramische Gitter
(4) zwischen dem Keramikhohlkörper(2) 'jnd
dem Abgasabführungsstutzen (15) angeordnet ist.
2. Dieselrußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrißlinie des
Hohlraumlängsschnittes des Keramikhohlkörpers (2) trapezförmig ist und das keramische
Gitter (4) als Deckel zuii Verschluß des kleineren Querschnitts des keramischen
Hohlkörpers (2) ausgebildet ist.
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3. Dieselrußfilter nach einem der Ansprüche oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
tangentiale Abgaseinführungsstutzen (6) unter einem keramischen Deckel (8) zum Verschluß des größeren Querschnitts des
keramischen Hohlkörpers (2) mündet.
4. Dieselrußfilter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Gehäuse (1) koaxial ein sich vom Deckel (8) nach oben konisch verjüngender
Keramikkörper (20) angeordnet ist, dessen Außenfläche (21) eine Wand eines vom Abgaseinführungsstutzen
(6) spiralförmig zu einem Raum (22) unterhalb des keramischen Gitters (4) verlaufenden Kanals (24) in der Keramikhohlkörperwand
bildet und in dem Kanal eine Zusatzaufheizvorrichtung (26) vorgesehen ist.
5. Dieselrußfilter nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zusatzaufheizvorrichtung (26) aus einer in dem spiralförmigen Kanal
verlegten und diesem folgenden Heizspirale besteht.
6. Dieselrußfilter, nach einem der Ansprüche
bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem den größersn Querschnitt des Keramikhohlkörpers
(2) verschließenden Deckel (8) im Hohlraum (3)
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eine Züsatzaufheizvorrichtung (12, 13) vofgeseheh
ist.
7. I5ieseirüßfiiter nach einem der Ansprüche 1
bis 6&igr; dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikhohlkörper (2) und seine Deckel (4 u. 8)
eine Auskleidung der Innenwand des Gehäuses
(1) bilden.
8. Dieselrußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet/ daß die
Zusatzheizvorrichtung eine elektrische Strahlungsheizung ist,
9. Dieselrußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine brennstoffbeheizte
Zusatzheizung.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19868621939 DE8621939U1 (de) | 1986-08-16 | 1986-08-16 | Dieselrußfilter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19868621939 DE8621939U1 (de) | 1986-08-16 | 1986-08-16 | Dieselrußfilter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE8621939U1 true DE8621939U1 (de) | 1987-08-06 |
Family
ID=6797441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19868621939 Expired DE8621939U1 (de) | 1986-08-16 | 1986-08-16 | Dieselrußfilter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8621939U1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3504299A1 (de) * | 1985-02-08 | 1986-08-14 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Vorrichtung zum verbrennen von aus dem abgas von brennkraftmaschinen abgetrennten festkoerperpartikeln, insbesondere russteilchen |
DE3830761A1 (de) * | 1988-09-09 | 1990-03-15 | Mtu Muenchen Gmbh | Vorrichtung zur abgasreinigung von dieselmotoren |
-
1986
- 1986-08-16 DE DE19868621939 patent/DE8621939U1/de not_active Expired
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5016437A (en) * | 1988-09-09 | 1991-05-21 | Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh | Apparatus for cleaning diesel engine exhaust gas |
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