DE19530966A1 - Abgasreinigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung für Diesel-Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer Filtereinrichtung zum Auffangen von Ruß- und Feststoffpartikeln und einer Brennereinrichtung zum Abbrennen der am Filter abgelagerten Rußpartikel.

Eine Einrichtung dieser Art ist in der US-A 4,571,938 dargestellt und beschrieben. Deren Brennereinrichtung besteht aus einer Brennerdüse, die an einen Verdichter und eine Brennstoffpumpe angeschlossen ist. Der Luftverdichter fördert durch ein Luft­ regulierventil, das den Förderdruck in Abhängigkeit vom Abgasdruck im Bereich der Abgasrohre vor der Filtereinrichtung steuert.

In der DE-A-38 08 075 ist eine Rußfiltereinrichtung mit Brenner offenbart, die stromauf oder stromab des Filters eine Teilfläche des Filters erhitzt, wobei Filter und Brenner relativ zueinander bewegbar sind, so daß während eines Zyklus nacheinander alle Teilflächen erhitzt werden. Dieser Brenner muß in beiden Fällen gegen den Staudruck vor dem Filter arbeiten.

In der EP-A1-0100 547 ist eine Rußfiltereinrichtung offenbart, deren Filter von einem außerhalb des Abgasrohres angeordneten Brenner beheizt wird, und zwar nur dessen äußere peripheren Teile. Obwohl bei dieser Einrichtung nicht gegen den Staudruck gearbeitet werden muß, kann sie nicht wirkungsvoll arbeiten, da nur die peripheren Filterteile beheizt werden.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Abgasreinigungseinrichtung derart zu gestalten, daß eine vom Abgasgegendruck unabhängige Lufteinblasung bei Brennbetrieb erfolgen kann, wobei eine reduzierte Brennerleistung angestrebt werden soll, wodurch Brennstoffeinsparung erreicht und der Bauraum- und Bauteileaufwand verringert werden kann.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst worden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Einrichtung;

Fig. 2a-c und 3a-c Querschnitte aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Abgasreinigungseinrichtung, welcher über einen Einlaß-Anschlußstutzen 1 ungereinigtes Abgas eines Dieselmotors (zeichnerisch nicht dargestellt) zugeführt wird. Das Abgas tritt über eine Abgaskammer 2 in einen Rußpartikelfilter 3 ein. Dieser Filter ist vorzugsweise aus porösem (gasdurchlässigem) Material (Metall oder Keramik) mit relativ guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt.

Der Filterkörper kann als Monolith hergestellt oder aus Einzelteilen zusammengesetzt sein, wie später noch erläutert wird. Die Materialstruktur ist so beschaffen, daß ein guter Kompromiß zwischen Gasdurchlässigkeit und Filtervermögen erreicht wird. Mit zunehmender Beladung des Filters 3 verringert sich durch Ablagerung der Partikel in den engen Poren die Gasdurchlässigkeit, wodurch sich ein erhöhter Abgasgegendruck aufbaut. Es ist deshalb erforderlich den Filter zu regenerieren. Bei den Partikeln im Diesel-Abgas handelt es sich zum weitaus größten Teil um Ruß, der sich durch Aufheizen des Filters auf <600°C verbrennen und damit beseitigen läßt. Bei der Dimensionierung des Filters ist eine bestimmte Reserve vorgesehen, damit die notwendige Regenerierung des Filters 3 nicht kontinuierlich, sondern aus Gründen der Energie-Einsparung in Intervallen erfolgen kann.

Das Abgas tritt von der Abgaskammer 2 durch poröse Filterwände 4 direkt in Abströmkanäle 5 und von diesen in einen in die Atmosphäre führenden Auslaßkanal 6 über. Dabei werden die Rußpartikel in den Filterwänden 4 zurückgehalten und das Abgas gereinigt.

Für die erwähnte Aufheizung des Filters 3 weist die Einrichtung eine Brennereinrichtung 7 auf, die aus einer Brennkammer 8 mit Brennstoffeinspritzung 9 und Lufteinblasung 10 sowie Zündeinrichtungen 11 etc. sowie einer Heizgaskammer 12 besteht, in die die Brennflamme/das Heizgas eingeblasen wird.

Aus dieser Heizgaskammer 12 gelangt das Heizgas durch zur Heizgaskammer 12 offene Heizgaskanäle 13 über den Auslaßkanal 6 gemeinsam mit dem gereinigten Abgas des Dieselmotors in die Atmosphäre. Innerhalb der Heizgaskanäle 13 findet ein Wärmetausch zwischen Brennerflamme/Heizgas und Filter 3 statt, wodurch der Filter 3 auf die für die Regenerierung notwendige Temperatur aufgeheizt wird.

Fig. 2a-c zeigen Querschnitte des Filters 3 in verschiedenen Ausführungen, Fig. 2a rechteckig mit mehreren gleichmäßig verteilten Heizgaskanälen 13, die gemäß Fig. 3a in Filterteilstücken 14 angeordnet sein können, Fig. 2b rechteckig mit nur zwei Heizgas­ kanälen 13, die aus zusammengesetzten Filterteilstücken 15 gebildet werden, wie in Fig. 3b dargestellt ist, und Fig. 2c rund mit gleichmäßig verteilten Heizgaskanälen 13, die, wie in Fig. 3c dargestellt ist, in segmentförmig zusammengesetzten Filterteilstücken 16 angeordnet sein können.

Die Heizgaskammer 12 kann durch eine nicht dargestellte Prallscheibe von einer Brennkammer 8 getrennt sein. Heizgaskammer 12 und Brennkammer 8 bilden einen Heizdom 17, der stromab der Filtereinrichtung angeordnet ist. Um diesen Heizdom 17 ist die Abgaskammer 2 konzentrisch angeordnet, wodurch eine Wärmeisolierung nach außen und Vorwärmung des Abgases erreicht wird. Ein Flammwächter 16 überwacht aus Sicherheitsgründen die Brennerfunktion. Auf die Darstellung der weiteren, für die Funktion des Brennersystems erforderlichen Peripherien, kann hier verzichtet werden, weil diese im Hinblick auf die Brennstoff- und Luftversorgung einschließlich der Zumessung, des Zündmoduls und der Steuerelektronik mit der Erfindung nichts zu tun hat.

Die Einrichtung zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:
Keine nennenswerte Auswirkung des je nach Filter-Beladungsgrad und Motordrehzahl veränderlichen Abgasgegendruckes auf die Druckverhältnisse in der Brennkammer 8.

Deshalb kann ein üblicher Luftverdichter mit ca. 50-100 mbar Förderdruck zur Versorgung der Brennereinrichtung 7 mit Brennluft eingesetzt werden und der Brennerbetrieb bei allen Betriebszuständen gewährleistet werden. Dieser Luftverdichter ist vorteilhafterweise als Strömungsmaschine ausgeführt.

Die Brennerheizenergie wird über die Filterwände 4 auch auf den Abgasstrom übertragen, der durch die Abströmkanäle 5 strömt. Um das Abgasgemisch auf eine für die Einleitung der Regenerierung erforderliche Temperatur zu erwärmen, ist ein ent­ sprechender Energieeinsatz erforderlich. Nach Beginn der Regenerierung von der Heizgaskammerseite her durchläuft die Regenerierungszone den gesamten Partikelfilter 3, wobei die bei der Verbrennung der Rußpartikel freiwerdende Wärme zur Aufheizung des restlichen Filterkörpers 3 genutzt wird und beim Energieeinsatz durch Senkung der Heizleistung berücksichtigt wird.

Durch die Anordnung der Brennereinrichtung 7 im Bereich des gefilterten Abgasstromes, also stromab des Filters, ist die Gefahr unzulässiger Rußablagerungen in der Brennereinrichtung 7, beispielsweise am Austritt der Brennnstoffeinspritzung 8, an der Zündeinrichtung 11 und dem Flammwächter 16 erheblich verringert.

Aus den vorgenannten Vorteilen resultiert eine wesentlich erhöhte Betriebssicherheit.

Claims (4)

1. Abgasreinigungseinrichtung für Diesel-Brennkraftmaschinen, bestehend aus einer Filtereinrichtung zum Auffangen von Rußpartikeln und aus einer Brennereinrichtung zum Abbrennen der am Filter abgelagerten Rußpartikel, dadurch gekennzeich­ net, daß die Dieselabgase über eine Abgaskammer (2) in den Filter (3) eintreten, durch Filterwände (4) in Abströmkanäle (5) und über einen Auslaßkanal (6) in die Atmosphäre und daß die Brennerflamme/das Brennerheizgas über eine Heizgaskammer (12) in durch im Partikelfilter angeordnete Heizgaskanäle (13) und den Auslaßkanal (6) in die Atmosphäre strömt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizgaskanäle (13) als eigenständige, integrierte Filterkanäle in Filterteilstücken (14, 16) angeordnet sind, die zusammengesetzt sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizgaskanäle (13) durch zusammengesetzte Filterteilstücke (15) gebildet werden.

4. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abgaskammer (2) konzentrisch um die in einem Heizdom (17) angeordnete Brennereinrichtung (7) angeordnet ist zur Wärmeisolierung nach außen und Vorwärmung des Dieselmotor-Abgases.