DE4004424A1 - Vorrichtung zum reinigen der abgase von dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Dieselmotoren, bei der sich die Abgasleitung des Motors in zwei mittels einer Umschalteinrichtung wechselweise absperrbare Zweigleitungen teilt, von denen die eine über ein Rußfilter führt, hinter dem sich diese mit der anderen als Umgehungsleitung dienenden Zweiglei­ tung zu einer Endleitung wieder vereint, wobei die über das Rußfilter führende Zweigleitung mit Hilfe der in Abhängigkeit von der Motorbelastung betätigbaren Um­ schalteinrichtung ab einer vorbestimmten Teillast und bei Vollast des Motors geöffnet ist.

Dabei wird von der grundsätzlichen Erkenntnis ausgegangen, daß Rußpartikel vor allem im Vollastbereich und im oberen Teillastbereich von Dieselmotoren entstehen und daß in der Teillast gebildete, im Abgas enthaltene Partikel vor­ wiegend von unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff bzw. aus dem Schmieröl stammen. Durch die Freigabe der über das Rußfilter führenden Zweigleitung nur bei Vollast bzw. vorbestimmter Teillast ist das Rußfilter also nur dann in Funktion, wenn ausreichend hohe Abgastemperaturen zur Selbstregenerierung vorhanden sind, so daß sich eigene Zündeinrichtungen erübrigen. Da aber gerade in diesem Belastungsbereich der Großteil der Par­ tikelemission, nämlich je nach Testverfahren 75-85%, zustande kommt, kann auf diese Weise eine relativ hohe Filterung erreicht werden.

Eine derartige Vorrichtung ist bereits bekannt (DE-OS 35 32 345, US-PS 39 37 015). Dabei bleiben aber die Abgase im unteren Teillastbereich selbstverständlich doch völlig ungereinigt, so daß sich keine voll befriedigende Lösung ergibt.

Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Vorrichtung mit vergleichsweise einfachen Mitteln so zu verbessern, daß eine praktisch völlige Reinigung der Abgase gewährleistet ist.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß hinter der Umschalteinrichtung in der Umgehungsleitung oder der Endleitung ein Oxydationskatalysator eingebaut ist.

Bei Teillastbetrieb, bei dem die Umschalteinrichtung den Abgasstrom in die Umgehungsleitung leitet, passiert das Abgas demnach auf jeden Fall den Oxydationskatalysator, der bereits bei niedrigen Temperaturen, ab etwa 300°C, in der Lage ist, aus dem Kraftstoff und dem Schmieröl stammende Partikel zu eliminieren. Besonders vorteilhaft ist es aber selbstverständlich, wenn der Oxydationska­ talysator in der Endleitung angeordnet ist und somit vom gesamten Abgas durchströmt wird. In diesem Falle können während des Regenerierungsvorganges des Rußfilters ent­ stehende Partikel durch den Katalysator abgebaut werden und es ergibt sich insgesamt ein hoher Reinheitsgrad der die Vorrichtung verlassenden Abgase.

Es ist zwar bereits bekannt, ein Rußfilter so zu be­ schichten, daß es auch als Oxydationskatalysator wirken kann (US-PS 44 85 622), jedoch lassen sich mit einem solchen Filter keine optimalen Werte erreichen, da die oberfläch­ liche Beschichtung bestimmte Dimensionierungen voraus­ setzt, die nicht beiden Zwecken dienlich sind.

Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Zweigleitung mit dem Rußfilter und die Umgehungsleitung mit dem Oxydationskatalysator in wärmeleitender Verbin­ dung angeordnet sind, wodurch gewährleistet ist, daß die jeweils in Funktion befindliche Reinigungseinrichtung die jeweils andere nicht durchströmte in wünschenswerter Wei­ se auf Temperatur hält. Dabei ergibt sich eine konstruktiv einfache und wärmetechnisch vorteilhafte Konstruktion, wenn die Umgehungsleitung mit dem Oxydationskatalysator und die Zweigleitung mit dem Rußfilter einander umschließend koaxial angeordnet sind, wobei die Umschalteinrichtung drehschieberartig aus zwei gleichachsigen, gegeneinander verdrehbaren Lochscheiben besteht, deren Löcher der Zweig­ leitung mit dem Rußfilter und der Umgehungsleitung mit dem Oxydationskatalysator zugeordnet und wechselweise zur Deckung bringbar sind. Beim Katalysevorgang im Teillast­ betrieb erzeugt der Katalysator Wärme, die er an das Ruß­ filter abgibt, das damit seinerseits auf relativ hoher Temperatur gehalten wird, so daß beim Umschalten auf Ruß­ filterbetrieb ein sofortiges Einsetzen des Regenerierungs­ vorganges gewährleistet ist. Umgekehrt wird die hohe Wärme­ entwicklung des Rußfilters während des Regenerierungsvorgan­ ges dem Katalysator mitgeteilt, der dann beim Übergang auf Teillastbetrieb sofort ansprechen kann. Durch die koaxiale Anordnung des Oxydationskatalysators und des Rußfilters wird eine zuverlässige und kostengünstige Umschalteinrichtung ermöglicht, die keinen Nachteil üb­ licher Klappenausbildungen aufweist und außerdem gewähr­ leistet, daß jeweils der Oxydationskatalysator und das Rußfilter gleichmäßig vom Abgasstrom beaufschlagt werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand vereinfacht dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Dieselmotor mit einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zur Abgasreinigung in Draufsicht,

Fig. 2 eine zugehörigee Ausführungsvariante,

Fig. 3 eine weitere mögliche Filter- bzw. Katalysatoran­ ordnung im Schnitt,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls in vereinfachter Schnittdar­ stellung und

Fig. 5 einen zugehörigen Querschnitt mit Blick auf die Umschalteinrichtung.

Ein Dieselmotor 1 mit Einspritzpumpe 2 ist mit einem Abgas­ turbolader 3 ausgestattet, von dem eine Abgasleitung 4 wegführt. Die Abgasleitung 4 ist in zwei Zweigleitungen 5, 6 unterteilt, wobei die Zweigleitung 6 über ein Rußfil­ ter 7 führt und in der Umgehungsleitung 5 ein Oxydations­ katalysator 8 eingebaut ist. Hinter Rußfilter 7 und Oxy­ dationskatalysator 8 vereinen sich die beiden Zweiglei­ tungen 5, 6 zu einer Endleitung 9. An der Teilungsstelle der Abgasleitung 4 ist eine Umschalteinrichtung gemäß den Fig. 1 bis 3 in Form einer einfachen Schwenkklappe 10 vor­ gesehen, die wechselweise die Zweigleitung 6 oder die Um­ gehungsleitung 5 sperrt. Die Betätigung der Umschaltein­ richtung 10 erfolgt über ein Stellglied 11, das mit dem Hebel 12 der Einspritzpumpe 2 gekoppelt oder mit einer Steuereinrichtung 13 verbunden sein kann, der verschiedene, die Motorbelastung betreffende Betriebsgrößen eingegeben werden.

Gemäß Fig. 2 liegt der Oxydationskatalysator 8 erst in der Endleitung 9, so daß unabhängig von der Stellung der Umschalteinrichtung 10 stets alle Abgase den Oxydations­ katalysator 8 durchströmen.

Fig. 3 zeigt eine Ausbildung, bei der die beiden Zweig­ leitungen 5, 6 bzw. das Rußfilter 7 und der Oxydations­ katalysator 8 dicht beisammen in wärmeleitender Verbin­ dung in einem Gehäuse untergebracht sind.

Eine besonders zweckmäßige Konstruktion ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Dabei umschließt die Umgehungsleitung 5 mit dem Oxydationskatalysator 8 ringförmig die koaxiale Zweigleitung 6 mit dem Rußfilter 7. Als Umschalteinrichtung 10 a dienen zwei drehschieberartig zusammenwirkende, gleichachsige Lochscheiben 14, 15, von denen die hintere Lochscheibe 14 feststehend und die vordere Lochscheibe 15 drehbar ist und deren Löcher 16, 17 der Zweigleitung 5 mit dem Rußfilter 7 und der Umgehungsleitung 6 mit dem Oxydationskatalysator 8 zugeordnet sind. Die Scheibe 15 kann über die Welle 18 und den Kolbentrieb 19 verdreht werden, der das Stellglied darstellt. Die Beaufschlagung des Kolbentriebes 19 erfolgt von einer Druckmittelquelle 20 her über ein Magnetventil 21, dessen Steuereinrichtung 22 mit einem Temperaturfühler bzw. -schalter 23 in der Abgasleitung 4 verbunden ist. In den Fig. 4 und 5 befindet sich die Umschalteinrichtung 10 a in jener Drehstellung der beiden Scheiben 14, 15 in der die Umgehungsleitung 5 bzw. der Oxydationskatalysator 8 abgesperrt ist und die Zweigleitung 6 mit dem Rußfilter 7 vom Abgas durchströmt wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Reinigen der Abgase von Dieselmo­ toren, bei der sich die Abgasleitung des Motors in zwei mittels einer Umschalteinrichtung wechselweise absperr­ bare Zweigleitungen teilt, von denen die eine über ein Rußfilter führt, hinter dem sich diese mit der anderen als Umgehungsleitung dienenden Zweigleitung zu einer Endleitung wieder vereint, wobei die über das Rußfilter führende Zweigleitung mit Hilfe der in Abhängigkeit von der Motorbelastung betätigbaren Umschalteinrichtung ab einer vorbestimmten Teillast und bei Vollast des Motors geöffnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Umschalteinrichtung (10; 10 a) in der Umgehungsleitung (5) oder der Endleitung (9) ein Oxydationskatalysator (8) eingebaut ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitung (6) mit dem Rußfilter (7) und die Umgehungsleitung (5) mit dem Oxydationskatalysator (8) in wärmeleitender Verbindung angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgehungsleitung (5) mit dem Oxydationskatalysator (8) und die Zweigleitung (6) mit dem Rußfilter (7) einander umschließend koaxial angeordnet sind, wobei die Umschalteinrichtung (10 a) drehschieberartig aus zwei gleichachsigen, gegeneinander verdrehbaren Loch­ scheiben (14, 15) besteht, deren Löcher (16, 17) der Zweigleitung (6) mit dem Rußfilter (7) und der Um­ gehungsleitung (5) mit dem Oxydationskatalysator (8) zugeordnet und wechselweise zur Deckung bringbar sind.