EP0307414B1 - Abgasreinigungssystem für dieselmotoren - Google Patents

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EP0307414B1
EP0307414B1 EP87903847A EP87903847A EP0307414B1 EP 0307414 B1 EP0307414 B1 EP 0307414B1 EP 87903847 A EP87903847 A EP 87903847A EP 87903847 A EP87903847 A EP 87903847A EP 0307414 B1 EP0307414 B1 EP 0307414B1
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filter
accordance
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exhaust purification
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas purification system for diesel engines according to the preamble of the main claim.
  • the filtering of the diesel exhaust gases is necessary because engine measures to reduce soot alone are not sufficient.
  • a wide variety of devices with filters have already been proposed for this aftertreatment of the exhaust gases, ceramic or electrostatic filters being used, for example. These filters filter out the soot particles in the exhaust gas that are deposited on or on the filter. This results in the need to remove the deposited soot from time to time in order to maintain the functionality of the filter, which is generally referred to as regeneration of the filter.
  • SAE paper No. 850015 describes a device with monolithic ceramic filters and their regeneration through the targeted selection of engine setting parameters in conjunction with the filter being installed close to the engine.
  • the filter regeneration is subject to large coincidences, with the risk, among other things, that the filter block is thermally overloaded.
  • a fundamentally different solution for the regeneration of the filter is to burn off the soot by means of an additional burner, which is switched on when necessary and burns the soot through the burner gases (compare, for example, DE-OS 3219948).
  • the particular problem here is to adapt the burner function to the respective operating state, namely the amount of exhaust gas, the exhaust gas temperature, and the exhaust gas pressure of the engine gases. Even slight deviations from the required coordination can lead to thermal damage or destruction of the filter.
  • the invention in the preamble of claim 1 is based on the kinematic reversal of this known proposal, the filter being rotated in sectors (US Pat. No. 4,573,317) into the burner area in a known manner.
  • this generic device has considerable disadvantages. This particularly includes the cooling problem. Since the burner gases and soot represent an additional heat source, a direct-acting heat sink should be available to protect the components against temperature overload. In all known devices there is also a heat sink, but this is insufficient, so that a heat build-up arises which can very soon lead to the destruction of the filter.
  • the filter elements are designed as tubes, the wall of which the exhaust gas flows radially, except that a large filter area is present.
  • the exhaust gases can be fed into the second or alternatively into the first subspace.
  • the supplied exhaust gases to be cleaned thus flow through the filter tubes and through their walls from one part of the room to the other and, when the chamber is arranged in the second part of the room, also paint around the filter tubes assigned to the regeneration sector, which are themselves decoupled from the exhaust gas cleaning by the chamber.
  • a heat exchange process takes place between the filter tubes in front of the chamber and the filtered exhaust gas flow.
  • the regeneration burner can also be switched on when the internal combustion engine is started, so that the cold exhaust gases are heated by the heated tubes, so as to prevent the usual burst of smoke when the machine is still cold. This advantage does not exist in known devices.
  • a burner can be used as the regeneration means for generating hot combustion gases which are generated in the chamber.
  • catalytically active substances can be used for regeneration in the chamber or chemical oxidants can be sprayed in.
  • the filter tubes are bundled rotationally symmetrically around a central axis and are accommodated in the cylindrical drum, the central axis being mounted in the housing as the axis of rotation of the drum.
  • the dividing walls are arranged in the second partial space, extending radially from the axis of rotation to the inner wall of the housing, so that a sector-shaped chamber is created.
  • the filter tubes are connected to one another on the closed side via a disk-shaped wall of the drum and are supported in a rotationally fixed manner by means of this wall.
  • the filter tubes can be mounted on one or two sides in the drum. With one-sided clamping, the filter tubes can expand freely and thereby reduce stress; with double-sided mounting of the filter tubes with fixed and loose sides, the filter tubes can also expand freely and there are no additional stresses on the ceramic material due to vibrations which could affect the housing.
  • the type of storage of the filter tubes is adapted to the need.
  • the cleaning capacity can be adapted to the actual accumulation of residual quantities in that the clock frequency can be changed as the filter block continues to rotate as a function of the motor load averaged over time.
  • the filtered exhaust gases for cooling or temperature control are advantageously passed over the regeneration area, thereby avoiding temperature overload and avoiding dew point problems when the temperatures are too low. It is continuously regenerated within the tubular filter element and outside the filter element is continuously flushed with the already cleaned exhaust gas stream and thus cooled.
  • the heat exchange process and the regeneration process both take place continuously and in parallel, unaffected by one another. This heat exchange process is therefore stationary.
  • the temperature field is constant with all advantages for the process and the material stress.
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of the invention.
  • the filter block is accommodated in the cylindrical housing and consists of the individual filter tubes 2, which are arranged rotationally symmetrically and axially parallel around the central axis 3.
  • the central axis 3 is mounted as a shaft in the housing 1.
  • the left ends of the filter tubes 2 in the illustration in FIG. 1 are inserted into the disk-shaped wall 4 and either as shown in the dash-dotted circle, thereby closed on one side, or the tubes 2 penetrate the wall 4 and are closed in themselves.
  • the walls 4 and 5 are connected in a suitable manner to the shaft 3 in a rotationally fixed manner, so that the filter tubes 2 also rotate when the shaft 3 rotates.
  • the housing 1 is further divided by the partition 5 into two sub-rooms 6 and 7 sealed against each other.
  • the free ends of the filter tubes 2 are mounted in the partition 5 in such a way that in this case their openings are aligned with the end face of the partition 5 facing the partial space 6, as can be clearly seen from FIG. 3.
  • the sub-space 6 serves as a supply space for the exhaust gases to be cleaned, while in the sub-space 7 the exhaust gases are filtered by means of the filter tubes 2.
  • the subspace 6 is further divided by the partitions 8 and 9, which extend radially from the shaft 3 to the inner wall of the housing 1 and are stationary.
  • a sector-shaped space 10 is thus obtained which is sealed off from the residual space and which is considerably smaller than the remaining filter area.
  • the burner 11 projects into the sector space 10 so that it can be referred to as a regeneration space.
  • Fig. 2 clearly shows the formation of the regeneration room.
  • the exhaust gases to be cleaned are fed in via the connector 12 and the cleaned exhaust gases are removed via the connector 13.
  • the filter block consisting of the individual filter tubes and the walls 4 and 5 can be rotated in the housing 1 by means of the schematically indicated motor 14.
  • the filter block is in the position shown in FIG. 1.
  • the exhaust gas flows in the direction of arrow 15 through the nozzle 12 into the space separated from the regeneration space and from there via the openings 16 of the filter tubes 2. Since the filter tubes 2 are closed at the opposite end, the exhaust gases are forced to penetrate through the filter walls, namely over the entire length of the filter tubes, so that you have large effective filter areas. When the gases flow through, the suspended particles, ie the soot, settle on the inner wall of the filter tubes.
  • the exhaust gases cleaned by the filter tubes flow around the filter tubes belonging to the regeneration sector on their way to the drainage connection 13, have a cooling effect on them and combine with the regeneration gases in order to flow off with them in the direction of arrow 17.
  • the filter block is rotated further by a sector width by means of the motor 14. It is of course also possible to continuously rotate the filter block instead of the cyclical rotation.
  • Sealing means 18 are arranged between the filter block and the housing in order to prevent uncleaned exhaust gases from entering the regeneration space. This also applies to the slots between the fixed partition walls 8 and 9 and the movable filter block, for which there is a strip seal, not explained in more detail, over which the end face of the partition wall 5 slides.
  • the lifting can only be kept insignificant, or be completely omitted, so that the rotating surfaces rub against one another, so that the soot is scraped off at the end faces of the filter tubes and cleaning of these surfaces is also achieved. In the latter case, the seals 18 described must be correspondingly resistant.
  • the filter tube is cleaned in cycles; it is possible to use the cycle time, i.e. to determine the time of the regeneration and to make it dependent, for example, on the state of loading of the filter tubes with soot.
  • the loading condition must then be checked and measured, which can be done by pressure measurements, in that the pressure difference between the static pressures in front of and behind the regeneration sector is determined.
  • the measuring probes 19 and 20 serving for this purpose are indicated schematically.
  • the pressure difference can be measured when the burner has just started (hot process) or the burner air has just started (cold process).
  • the differential pressure measurement is safer by having a defined burner air flow and not being dependent on the changing operating conditions of the engine exhaust gases.
  • Another measure known per se can also be applied to the new exhaust gas purification system, namely coating with catalytically active substances.
  • This has the advantage that the hydrocarbons adsorbed in the soot are completely burned. This is particularly necessary if the desorption of the hydrocarbons by heat conduction takes place faster than the burning process, i.e. the exhaust gases would otherwise not have been burned sufficiently. It is advantageous and expedient if the catalytic coating is provided on the outflow side of the filter.
  • a variation useful for certain applications may be to reverse the direction of flow of the exhaust gases, i.e. that the exhaust gases are introduced into the nozzle 13 and flow out cleaned from the nozzle 12.
  • the exhaust gases flow around the filter tubes 2 and penetrate through their walls, so that the soot is deposited on the outer surface of the filter tubes 2.
  • FIG. 4 shows such an exemplary embodiment, only the inlet connection 21 being offset relative to the outlet connection 13 compared to FIG. 1. Otherwise, this system works exactly like the system described in FIG. 1, so that a further explanation is not necessary.
  • FIGS. 1 to 5 show such a modification in which the burner 22 acts on the circumference of the filter block.
  • partitions are required in the filter block, as indicated in the previous example. Deposits of the residual particles and supply of the hot burner gases are also carried out in cocurrent again. A detailed description is unnecessary since the operation of this example corresponds to the previously described embodiment.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem für Dieselmotoren nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Die Filterung der Dieselabgase ist deshalb erforderlich, weil motorische Maßnahmen zur Rußminderung allein nicht ausreichen. Für diese Nachbehandlung der Abgase sind schon die verschiedensten Vorrichtungen mit Filtern vorgeschlagen worden, wobei zum Beispiel keramische oder elektrostatische Filter verwendet werden. Durch diese Filter werden die Rußteilchen im Abgas ausgefiltert, die sich an bzw. auf dem Filter ablagern. Damit ergibt sich die Notwendigkeit, den abgelagerten Ruß von Zeit zu Zeit zu entfernen, um die Funktionsfähigkeit des Filters zu erhalten, was ganz allgemein als Regeneration des Filters bezeichnet wird.
  • So ist in dem SAE-Papier Nr. 850015 eine Vorrichtung mit monolithischen Keramikfiltern und deren Regeneration durch gezielte Wahl von Motoreinstell-Parametern in Verbindung mit motornahem Einbau des Filters beschrieben. Bei dieser Vorrichtung ist die Filterregeneration jedoch großen Zufällen unterworfen, wobei unter anderem die Gefahr besteht, daß der Filterblock thermisch überlastet wird.
  • Eine Verbesserung der Regeneration läßt sich durch Zudosierung von metallhaltigen Additiven, die dem Kraftstoff zugeführt werden, erreichen, wie es beispielsweise in der SAE-Veröffentlichung Nr. 860137 dargestellt ist. Hierbei ergibt sich aber das weitere Problem, daß metallhaltige Verbindungen emittiert werden.
  • Ein grundsätzlich anderer Lösungsweg zur Regeneration der Filter geht dahin, den Ruß mittels eines zusätzlichen Brenners abzubrennen, der im Bedarfsfalle eingeschaltet wird und durch die Brennergase den Ruß verbrennt (vergleiche zum Beispiel DE-OS 3219948). Hierbei besteht jedoch das besondere Problem darin, die Brennerfunktion an den jeweiligen Betriebszustand, nämlich Abgasmenge, Abgastemperatur, Abgasdruck der Motorgase anzupassen. Schon geringe Abweichungen von der erforderlichen Abstimmung können zur thermischen Beschädigung bzw. Zerstörung des Filters führen.
  • Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, hat man umschaltende Vorrichtungen mit zwei gleichen Filtern vorgeschlagen, bei denen jeweils ein Filter sich im Abgasstrom befindet und das andere unabhängig davon mit Hilfe eines Brenners regeneriert wird (DE-OS 3204176). Der Nachteil einer derartigen Vorrichtung liegt im großen Bauvolumen, Bauaufwand und in den notwendigen Umschaltorganen, die den heißen korrosiven Brenngasen ausgesetzt sind.
  • Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, die Regeneration des Filters sektorweise vorzunehmen, indem eine entsprechend gebaute Brennkammer sekterweise über den Filterblock geführt wird (vergleiche z.B. US-PS 4481767). Ein großer Nachteil besteht hierbei darin, daß sich die Brennerhaube wegen der unterschiedlichen Hitzeentwicklung und der Hebelwirkung der Befestigungsvorrichtung verzieht, was wiederum bedeutet, daß die Haube nicht sauber gegen die Teile des Filters abgedichtet werden kann, die gerade nicht der Regeneration unterzogen sind.
  • Zur Vermeidung dieses Nachteils geht die Erfindung beim Oberbegriff des Anspruchs 1 von der kinematischen Umkehr dieses bekannten Vorschlags aus, wobei in bekannter Weise (US-PS 4 573 317) der Filter sektorenweise in den Brennerbereich gedreht wird. Abgesehen vom großen Bauaufwand hat diese gattungsgemäße Vorrichtung erhebliche Nachteile. Hierzu gehört insbesondere das Kühlproblem. Da die Brennergase und der Ruß eine zusätzliche Wärmequelle darstellen, sollte eine direkt wirkende Wärmesenke vorhanden sein, um die Bauteile gegen Temperaturüberlastung zu schützen. Bei allen bekannten Vorrichtungen ist zwar auch eine Wärmesenke vorhanden, die aber unzureichend ist, so daß ein Wärmestau entsteht, der sehr bald zur Zerstörung der Filter führen kann.
  • Hier soll nun die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 Abhilfe schaffen, indem dem vorgeschlagenen Abgasreinigungssystem nicht mehr die genannten Nachteile anhaften und das darüber hinaus noch wesentliche Vorteile bringt.
  • Vorteilhafterweise sind die Filterelemente als Rohre ausgebildet deren Wand radial vom Abgas durchströmt wird, ao daß eine große Filterfläche vorhanden ist. Die Zuführung der Abgase kann in den zweiten oder alternativ in den ersten Teilraum erfolgen. Die zugeführten zu reinigenden Abgase strömen also durch die Filterröhren sowie durch deren Wandungen von einem Teilraum in den andern und umstreichen bei Anordnung der Kammer im zweiten Teilraum hierbei auch die dem Regenerationssektor zugeordneten Filterröhren, die an sich durch die Kammer von der Abgasreinigung abgekoppelt sind. Dadurch findet zwischen den Filterröhren vor der Kammer und dem gefilterten Abgasstrom ein Wärmeaustauschprozeß statt. Dieser Prozeß erreicht, daß die Filterröhren des Regenerationssektors entweder auf Temperatur gehalten werden und dadurch beim Einschwenken in einen Filtersektor bereits die Abgastemperatur besitzen oder gekühlt werden, wenn beim Abbrennen des Rußes die heißen Brennerbzw. Rußabgase die Filterröhren durchströmen und zu sehr aufheizen. Man genügt also hier der Forderung, daß Wärmequelle und Wärmesenke räumlich zusammen liegen. Dabei ist auch vorteilhaft, daß der Wärmeaustausch auf der gesamten Länge der Filterröhren stattfindet.
  • Vorteilhafterweise kann auch erfindungsgemäß der Regenerationsbrenner beim Start der Brennkraftmaschine eingeschaltet sein, so daß durch die aufgeheizten Röhren die kalten Abgase erwärmt werden, um so den bei noch kalter Maschine üblichen Rauchstoß zu unterbinden. Bei bekannten Vorrichtungen besteht dieser Vorteil nicht.
  • Es ist offensichtlich, daß man durch die Gestaltung des Filterblockes aus mehreren räumlich getrennten radial durchströmten Röhren einen Wärmestau vermeidet, wie er bei den bekannten Monolithen (Filterkerzen) auftreten kann. Weiter ist hier vorteilhaft, daß die einzelnen Filterröhren im Bedarfsfall ausgetauscht werden können. Als Filterelemente können erfindungsgemäß keramische Wickelfilter oder Stahlwollefilter dienen, die als Filterrohre ausgebildet oder in diesen angeordnet sind.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann als Regenerationsmittel ein Brenner zum Erzeugen von heißen Abbrenngasen dienen, welche in der Kammer erzeugt werden. Grundsätzlich können aber atatt dessen zur Regeneration in der Kammer katalytisch wirksame Substanzen dienen oder das Einsprühen von chemischen Oxydantien vorgesehen sein.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, wenn die Filterröhren rotationssymmetrisch um eine Mittelachse gebündelt und in der zylindrischen Trommel untergebracht sind, wobei die Mittelachse als Drehachse der Trommel im Gehäuse gelagert ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Trennwände im zweiten Teilraum radial von der Drehachse ausgehend bis zur Gehäuseinnenwand reichend angeordnet, so daß eine sektorförmige Kammer entsteht.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Filterröhren an der geschlossenen Seite über eine scheibenförmige Wand der Trommel miteinander verbunden und mittels dieser Wand suf der Welle drehfest abgestützt. Die Filterröhren können einseitig oder zweiseitig in der Trommel gelagert sein. Bei einseitiger Einspannung können sich die Filterröhren frei ausdehnen und dadurch Spannungen abbauen; bei zweiseitiger Lagerung der Filterröhren mit Fest-und Losseite können sich die Filterröhren ebenfalls frei ausdehnen und es treten zusätzlich keine Belastungen des Keramikmaterials durch Erachütterungen auf, die auf das Gehäuse einwirken könnten. Die Art der Lagerung der Filterröhren wird dem Bedarfsfall angepaßt.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Reinigungskapazität dem tatsächlichen Anfall von Restmengen dadurch angepaßt werden, daß die Taktfrequenz beim Weiterdrehen des Filterblocks in Abhängigkeit der zeitlich gemittelten Motorlast änderbar ist.
  • Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 15 werden vorteilhafterweise die gefilterten Abgase zur Kühlung bzw. zur Temperierung über den Regenerationsbereich geleitet, wodurch eine Temperaturüberlastung vermieden und Taupunktsprobleme bei zu niederen Temperaturen vermieden werden. Es wird fortwährend innerhalb des rohrförmigen Filterelements regeneriert und außerhalb das Filterelement fortwährend vom bereits gereinigten Abgasstrom umspült und damit gekühlt. Der Wärmeaustauschvorgang und der Regenerationsvorgang laufen beide unbeeinflußt voneinander fortwährend und parallel ab. Dieser Wärmeaustauschvorgang ist also stationär. Das Temperaturfeld ist konstant mit allen Vorteilen für den Prozeß und die Materialbeanspruchung.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
  • Es zeigen.
    • Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Abgasreinigungssystem
    • Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 11-11 in Fig. 1
    • Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des neuen Abgasreinigungssystems
    • Fig. 4-6 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Die Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Der Filterblock ist in dem zylindrischen Gehäuse untergebracht und besteht aus den einzelnen Filterröhren 2, die rotationssymmetrisch und achsparallel um die Mittelachse 3 angeordnet sind. Die Mittelachse 3 ist als Welle in dem Gehäuse 1 gelagert. Die in der Darstellung der Fig. 1 linken Enden der Filterröhren 2 sind in die scheibenförmige Wand 4 eingesteckt und entweder wie im strichpunktiert dargestellten Kreis gezeigt, dadurch einseitig verschlossen oder die Röhren 2 durchdringen die Wand 4 und sind in sich geschlossen. Die Wände 4 und 5 sind in geeigneter Weise mit der Welle 3 drehfest verbunden, so daß sich auch die Filterröhren 2 bei drehender Welle 3 mitdrehen.
  • Das Gehäuse 1 ist ferner durch die Trennwand 5 in zwei gegeneinander abgedichtete Teilräume 6 und 7 unterteilt. Die freien Enden der Filterröhren 2 sind so in der Trennwand 5 gelagert, daß in diesem Falle ihre Öffnungen mit der dem Teilraum 6 zugewandten Stirnseite der Trennwand 5 fluchten, wie dies deutlich aus Fig. 3 zu erkennen ist.
  • Der Teilraum 6 dient als Zufuhrraum für die zu reinigenden Abgase, während in dem Teilraum 7 die Filterung der Abgase mittels der Filterröhren 2 erfolgt. Der Teilraum 6 ist ferner durch die Trennwände 8 und 9, die sich radial von der Welle 3 bis zur Innenwand des Gehäuses 1 erstrecken und ortsfest sind, unterteilt. Man erhält so einen sektorförmigen Raum 10, der gegenüber dem Restraum abgedichtet ist und der wesentlich kleiner ist als der verbleibende Filterbereich. In den Sektorraum 10 ragt der Brenner 11 hinein, so daß er als Regenerationsraum bezeichnet werden kann. Fig. 2 zeigt deutlich die Ausbildung des Regenerationsraumes. Die Zufuhr der zu reinigenden Abgase erfolgt über den Stutzen 12 und die Abführung der gereinigten Abgase über den Stutzen 13. Der aus den einzelnen Filterröhren und den Wänden 4 und 5 bestehende Filterblock kann mittels des schematisch angedeuteten Motors 14 in dem Gehäuse 1 verdreht werden.
  • Es sei nun die Arbeitsweise des dargestellten Abgasreinigungssystems beschrieben.
  • Es sei hierbei angenommen, daß sich der Filterblock in der in Fig. 1 dargestellten Lage befindet. Das Abgas strömt in Richtung des Pfeiles 15 durch den Stutzen 12 in den vom Regenerationsraum abgetrennten Raum und von dort über die Öffnungen 16 der Filterröhren 2. Da die Filterröhren 2 am gegenüberliegenden Ende abgeschlossen sind, sind die Abgase gezwungen durch die Filterwandungen zu dringen, und zwar auf der gesamten Länge der Filterröhren, so daß man große wirksame Filterflächen hat. Beim Durchströmen der Gase legen sich die Schwebeteilchen, d.h. der Ruß, an der Innenwandung der Filterröhren ab. Die durch die Filterröhren gereinigten Abgase umströmen auf ihrem Weg zu dem Abflußstutzen 13 die zu dem Regenerationssektor gehörenden Filterröhren, wirken so auf diese abkühlend und vereinigen sich mit den Regenerationsgasen, um mit diesen in Richtung des Pfeiles 17 abzufließen. In die zum Regenerationssektor 10 gehörenden Filterröhren 2 können wegen der Abdichtung durch die Trennwände 8 und 9 keine Abgase gelangen. Stattdessen treten die Brennergase in sie ein, wodurch sie aufgeheizt werden bis der Zündpunkt des abgelagerten Rußes erreicht ist und dieser somit gezündet und verbrannt wird. Es kann zweckmäßig sein, den Brenner nach Beginn des Abbrennens abzuschalten.
  • Nach dem Regenerieren der betroffenen Filterröhren wird der Filterblock um eine Sektorbreite mittels des Motors 14 weitergedreht. Es ist selbstverständlich auch möglich, anstelle der taktweisen Drehung den Filterblock kontinuierlich zu drehen.
  • Zwischen Filterblock und Gehäuse sind Dichtungsmittel 18 angeordnet, um zu verhindern, daß ungereinigte Abgase in den Regenerationsraum gelangen. Dies gilt auch für die Schlitze zwischen den feststehenden Trennwänden 8 und 9 und dem beweglichen Filterblock, wofür eine nicht näher erläuterte Leistendichtung vorhanden ist, über die die Stirnfläche der Trennwand 5 gleitet. Zur Verminderung des Verschleißes zwischen den Dichtungen und der Trennwand 5 ist es vorteilhaft, während der Drehung eine Entlastung der Dichtungen durch leichtes axiales Verschieben vorzunehmen. Dieses kann zum Beispiel durch axiales Verschieben der Welle 3 mit geeigneten, nicht näher beschriebenen Mitteln erfolgen. Das Abheben kann aber auch nur so gerinfügig gehalten werden, bzw. ganz weggelassen werden, daß die drehenden Flächen aneinander reiben, so daß der Ruß an den Stirnseiten der Filterröhren abgekratzt und somit auch eine Reinigung dieser Flächen erreicht wird. Im letzteren Falle müssen dann die beschriebenen Dichtungen 18 entsprechend widerstandsfähig sein.
  • Die Reinigung der Filterröhre erfolgt in dem beschriebenen Beispiel taktweise; hierbei ist es möglich die Taktzeit, d.h. die Zeit der Regeneration zu bestimmen und sie beispielsweise von dem Beladungszustand der Filterröhren mit Ruß abhängig zu machen. Hierzu muß dann der Beladungszustand kontrolliert und gemessen werden, was durch Druckmessungen erfolgen kann, indem die Druckdifferenz zwischen den statischen Drücken vor und hinter dem Regenerationssektor ermittelt wird. In Fig. 1 sind die zu diesem Zwecke dienenden Meßsonden 19 und 20 schematisch angedeutet. Die Druckdifferenz kann bei gerade gestartetem Brenner (heißes Verfahren) oder gerade gestarteter Brennerluft (kaltes Verfahren) gemessen werden. Die Differenzdruckmessung ist dadurch sicherer, daß man einen definierten Brenner-Luftstrom hat und nicht von den wechselnden Betriebszuständen der Motorabgase abhängig ist.
  • Eine weitere, an sich bekannte Maßnahme kann auch bei dem neuen Abgasreinigungssystem angewendet werden, nämlich das Beschichten mit katalytisch wirksamen Substanzen. Dies bringt den Vorteil, daß die im Ruß adsorbierten Kohlenwasserstoffe vollständig verbrannt werden. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Desorbtion der Kohlenwasserstoffe durch Wärmeleitung schneller erfolgt als der Abbrennvorgang, d.h. die Abgase würden sonst nicht in ausreichender Weise verbrannt sein. Dabei ist es vorteilhaft und zweckmäßig, wenn die katalytische Beschichtung auf der Abströmseite der Filter vorgesehen ist.
  • Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß dem Fachmann mannigfaltige Änderungen und Ergänzungen des beschriebenen Abgasreinigungssystems bleiben, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Eine für gewisse Anwendungsfälle brauchbare Abänderung kann in der Umkehr der Flußrichtung der Abgase bestehen, d.h. daß die Abgase in den Stutzen 13 eingeleitet werden und aus dem Stutzen 12 gereinigt ausfließen. Hierbei umströmen die Abgase die Filterröhren 2 und dringen durch deren Wandungen, so daß der Ruß auf der Außenfläche der Filterröhren 2 abgelagert wird.
  • Diese Umkehrung bewirkt, daß im Gegensatz zu Fig. 1, wo die Ablagerung der Restpartikel und die Zuführung der Brennergase im Gleichstrom erfolgen, hier jetzt diese beiden Vorgänge im Gegenstrom erfolgen.
  • Fig. 4 zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel, wobei gegenüber der Fig. 1 lediglich der Einlaßstutzen 21 gegenüber dem Auslaßstutzen 13 versetzt angeordnet ist. Im übrigen arbeitet dieses System genau wie das gemäß Fig. 1 beschriebene System, so daß eine weitere Erläuterung nicht notwendig ist.
  • Andererseits ist es möglich in dem Beispiel der Fig. 4 die Flußrichtung der Abgase wieder umzukehren. In diesem Falle müssen dann die linken Enden der Filterröhren 2 offen und die rechten Enden der Filterröhren 2 geschlossen sein, wie das aus der nicht näher zu beschreibenden Fig. 5 anhand der Strömungspfeile zu ersehen ist. Auch hier findet also die Rußablagerung an den Außenflächen der Filterröhren 2 statt, die Zufuhr der heißen Brennergase jedoch ebenfalls, so daß wieder ein Gleichstrom gebildet wird. Um den Regenerationssektor gegenüber dem übrigen Filterblock abzutrennen, sind bei diesem Beispiel im Filterblock radial verlaufende Trennwände vorhanden, die den Filterblock in Segmente aufteilen, deren Querschnitt dem des Brennraums entspricht.
  • Es ist ferner auch möglich, den Brenner 11 anders als in den Figuren 1 bis 5 anzuordnen. Fig. 6, die der Fig. 4 entspricht, zeigt eine derartige Abänderung bei der der Brenner 22 am Umfang des Filterblockes wirkt. Auch hier sind Trennwände im Filterblock erforderlich, wie sie beim vorhergehenden Beispiel angedeutet wurden. Ablagerungen der Restpartikel und Zufuhr der heißen Brennergase erfolgen ebenfalls wieder im Gleichstrom. Eine detaillierte Beschreibung erübrigt sich, da die Wirkungsweise dieses Beispiels dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht.
  • Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (15)

1. Abgasreinigungssystem für Dieselmotoren, mit einer Filtereinrichtung zur Rußabscheidung aus den Abgasen sowie einer Regenerationsvorrichtung für die Filtereinrichtung, die aus einem separaten Regenerationssektor mit Zufuhr von Regenerationsmitteln für den Ruß besteht, wobei die Filtereinrichtung aus einer Vielzahl von vorzugsweise äquidistant angeordneten Filterelementen besteht, welche in einer, in einem für die Abgase geschlossenen, eine Zu- und Abführung aufweisenden Gehäuse verdrehbar gelagerten Trommel untergebracht sind, wobei die eine Stirnwand der Trommel das Gehäuse in zwei Räume unterteilt mit Durchbrüchen für die axiale Durchströmung des Abgasstroms von einem die Filterelemente aufnehmenden ersten Teilraum und einem zweiten Teilraum, zu dem die Filterelemente hin offen sind, und wobei je nach Drehlage der Trommel die Regeneration nacheinander und in nur einem entsprechenden Teilbereich der Filtereinrichtung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (2) rohrförmig ausgebildet und auf der einen Stirnseite verschlossen sind, daß die Abgase das Filterrohr (2) radial und die durchbrochene Stirnwand (5) axial durchströmen, und daß parallel zu den Filterrohren (2) verlaufende Trennwände (8 und 9) zwischen der durchbrochenen Stirnwand (5) der Trommel und der gegenüberliegenden Gehäusewand (in Teilraum 6) bzw. den Stirnwänden (4 und 5) der Trommel (in Teilraum 7) vorhanden sind, die eine Kammer (10) in mindestens einem der Teilräume (6, 7) für die Regenerationsmittel bilden.
2. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regenerationsmittel ein Brenner (11) zum Erzeugen von heißen Abbrenngasen dient, die in der Kammer (10) erzeugt werden.
3. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (2) rotationssymmetrisch und achsparallel in der Trommel und um eine Welle (3) angeordnet sind, und daß die Welle (3) mit der Trommel schlüssig verbunden ist.
4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (8 und 9) im zweiten Teilraum (6) radial von der Welle (3) ausgehend angeordnet sind und feststehend bis zur Innenwandung des Gehäuses (1) reichen und gegen diese Wandung abgedichtet bzw. mit dieser verbunden sind, so daß ein sektorförmiger Brennraum (10) entsteht.
5. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (10) ortsfest ist und die Trommel mit den Filterelementen insbesondere in Schritten der Sektorgröße vor dem Brennraum (10) verdrehbar ist.
6. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz beim Weiterdrehen der Trommel (Filterblock) in Abhängigkeit der zeitlich gemittelten Motorlast änderbar ist.
7. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Brenners (11) parallel zu den Achsen der Filterelementen (2) liegt.
8. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stutzen (13) für die Abführung der gefilterten Abgase vorhanden ist und daß die Achse des Stutzens (13) etwa in der Symmetrieachse des sektorförmigen Brennraums und der Mittelebene des ersten Raumes (7) liegt.
9. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (2) an der geschlossenen Seite über eine scheibenförmige Wand (4) der Trommel miteinander verbunden und mittels dieser Wand (4) auf der Welle (3) drehtfest abgestützt sind.
10. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung der Regenerierung durch den Druckabfall des Abgases in dem zu regenerierenden Sektor steuerbar ist.
11. Abgasreinigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente (2) an der strömungsseitig äußeren Fläche mit katalytisch wirkenden Substanzen beschichtet sind.
12. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (1) und der Stirnwand (5) Dichtungen (18) vorhanden sind, und daß bei taktweiser Drehung der Trommel (Filterblock) die Stirnwand (5) für den Verdrehvorgang von den Dichtungen (18) abhebt.
13. Abgaseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung der Abgase umkehrbar ist.
14. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (22) so an dem Gehäuse (1) angeordnet ist, daß die Flammrichtung lotrecht zu den Filterelementen (2) wirkt (Fig. 6).
15. Verfahren zur Reinigung von Dieselabgasen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bereits auf Rußpartikel gefilterten Abgase für einen Wärmeaustauschvorgang über einen mit thermischen Mitteln arbeitenden Regenerationsbereich leitbar sind.
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