DE19635199A1 - Vorrichtung zur Abgasreinigung in Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreini­ gung in Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, mit einem über einen Einlaß und einen Auslaß von dem Abgas durchströmbaren Gehäuse, und einem in dem Gehäuse angeordneten, mit dem Abgasstrom beaufschlagbaren, insbesondere zur Rückhaltung von in dem Abgasstrom enthaltenen Feststoffpartikeln bestimm­ ten Reinigungseinsatz.

Das Abgasverhalten von Dieselmotoren liegt hinsichtlich des Ausstoßes gasförmiger Schadstoffe deutlich unter dem von Ottomotoren mit ungeregeltem Katalysator. Um auch die Rußpartikelemission zu verringern, sind Vor­ richtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei de­ nen der Reinigungseinsatz durch ein Filtermittel gebil­ det ist, das von dem Abgas durchströmt wird. Solche Trockenfilter verstopfen jedoch nach kurzer Filterstand­ zeit durch Ruß- und Staubpartikel und können dann auf­ grund von Rückstau Schäden an der Verbrennungsmaschine verursachen. Auch bereitet die Entsorgung der Filterein­ sätze Probleme. Des weiteren sind Naßfilter bekannt, in denen das Abgas durch ein Flüssigkeitsbad geführt wird, wobei als Flüssigkeit Öl oder Wasser verwendet wird. Nachteilig hierbei ist neben der ungünstigen Baugröße und dem hohen Durchströmwiderstand, daß die in der Flüs­ sigkeit dispergierten Schadstoffe das gesamte Flüssig­ keitsvolumen verschmutzen, so daß auch hier Schwierig­ keiten bei der Entsorgung auftreten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung zur Abgasreinigung dahingehend zu verbessern, daß eine effektive Verminderung der Schadstoffemission bei langer Standzeit und geringem Entsorgungsaufwand erreicht wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der Kern der Erfindung liegt darin, daß der Abgasstrom an einem Flüssigkeitsfilm abgelenkt wird, an welchem die Feststoffpartikel aufgrund ihrer Trägheit haften bleiben. Demgemäß wird nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Reinigungseinsatz einen mit einer Waschflüssig­ keit benetzbaren, von dem Abgas angeströmten Prallkör­ per aufweist. Dabei hat sich überraschend gezeigt, daß bei Verwendung von flüssigem Paraffin als Waschflüssig­ keit die Abscheidung besonders effektiv verläuft, und daß sich die abgeschiedenen Schadstoffe unter Verklum­ pung als Schlamm in der Flüssigkeit absetzen, so daß sie auf einfache Weise ohne Verschiebung des Reinigungs­ einsatzes abgesondert werden können.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein die Waschflüssigkeit enthaltendes Flüssigkeitsre­ servoir vorgesehen, aus welchem der Prallkörper konti­ nuierlich in einem Kreislauf mit der Waschflüssigkeit benetzbar ist. Damit ist es möglich, den Flüssigkeits­ film auf der Oberfläche des Prallkörpers ständig zu er­ neuern und die abgelagerten Partikel in dem Flüssig­ keitsreservoir abzuscheiden.

Eine baulich besonders einfache Konstruktion sieht vor, daß der Prallkörper zu einem Teil in das Flüssigkeits­ reservoir eintaucht und rotierend angetrieben ist. Da­ bei können an dem im wesentlichen eine zylindrische Ge­ stalt besitzenden Prallkörper radial überstehende Be­ netzungsorgane angeordnet sein, die bei der Drehung in das Flüssigkeitsreservoir eingreifen. Damit wird unter dem Einfluß der Schwerkraft und der Gasströmung eine ausrei­ chende Benetzung der Prallkörperoberfläche erzielt, während zugleich der Drehwiderstand des Prallkörpers deutlich verringert ist. Eine Verbesserung in dieser Hinsicht läßt sich auch dadurch erzielen, daß der im wesentlichen eine zylindrische Gestalt aufweisende Prallkörper radial überstehende Axialabschnitte auf­ weist, die in die Flüssigkeit eintauchen. Dabei kann der Prallkörper als Trommel oder Walze ausgebildet sein, die um ihre vorzugsweise quer zur Anströmrichtung des Abgases angeordnete zentrale Achse drehbar gelagert ist.

Zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche kann der Prall­ körper mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Trom­ meln aufweisen, wobei die innerste Trommel über Mantel­ durchbrüche der äußeren Trommeln mit der Waschflüssig­ keit beaufschlagbar und von dem Abgas anströmbar ist. Um eine gemeinsame Drehung der Trommeln zu ermöglichen, können diese über stirnseitige Lagerscheiben oder über Radialrippen starr miteinander verbunden sein.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung ist der Prallkörper als Bürstenwalze ausgebil­ det, deren biegesteife, vorzugsweise aus Metalldraht bestehende Borsten mit der Waschflüssigkeit benetzbar sind. In dieser Ausführungsform wird bei großer benetz­ barer Oberfläche des Prallkörpers ein geringer Durch­ strömwiderstand gewährleistet.

Der Prallkörper kann mittels eines externen Drehan­ triebs angetrieben sein, welcher zweckmäßig in Abhän­ gigkeit von dem Abgasvolumenstrom drehzahlgeregelt ist. Alternativ dazu kann der Prallkörper über vorzugsweise radial überstehende Strömungsleitflächen nach dem Tur­ binenprinzip gedreht werden, wobei die Umlenkung des Abgasstromes auf den Strömungsleitflächen ein Drehmo­ ment erzeugt.

Vorteilhafterweise ist das bodenseitig in dem Gehäuse angeordnete Flüssigkeitsreservoir durch einen perfo­ rierten Zwischenboden in einen oberen Tauchbereich und einen unteren Sammelbereich unterteilt. Während der Tauchbereich zur Benetzung des Prallkörpers dient, wird das Entstehen von Turbulenzen in dem Sammelbereich durch den Zwischenboden verhindert, so daß sich die ein­ gespülten Schadstoffpartikel absetzen können. Der abge­ setzte Schlamm läßt sich auf einfache Weise dadurch ent­ nehmen, daß in dem Sammelbereich eine Schlammsammelschale angeordnet ist. Diese kann biegsam ausgebildet sein und über einen von dem Sammelbereich schräg nach oben zu einer oberhalb des Waschflüssigkeitspegels liegenden Gehäuseöffnung führenden Entnahmeschacht aus dem Gehäu­ se entnommen werden.

Zur Unterbringung weiterer Funktionseinheiten des Rei­ nigungseinsatzes kann das Gehäuse in mehrere zwischen dem Einlaß und dem Auslaß hintereinander angeordnete Kammern unterteilt sein. Vorteilhafterweise wird in ei­ ner abströmseitig von dem Prallkörper angeordneten Ge­ häusekammer eine Abscheideeinheit zur Rückhaltung von in dem Abgasstrom mitgeführten Waschflüssigkeitströpf­ chen angeordnet. Diese können durch mehrere mit ihren von dem Abgas durchströmbaren Breitseitenflächen paral­ lel zueinander angeordnete, in Schubführungen des Ge­ häuses einsetzbare Kassetten gebildet sein, die mit ei­ ner Metallgeflechtpackung gefüllt sind und damit auch schalldämmend wirken. Des weiteren kann auch ein Kataly­ sator in einer dem Prallkörper nachgeordneten Kammer des Gehäuses angeordnet sein, so daß auch die Emission gasförmiger Schadstoffe weiter verringert wird.

Die Abgasreinigungsvorrichtung wird bevorzugt in mit Dieselmotoren angetriebenen Personenkraftwagen einge­ setzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Abgasreinigungsvorrichtung für Dieselmoto­ ren in einem zum Teil transparent dargestellten Gehäuse in perspektivischer Ansicht; und

Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform einer Abgas­ reinigungsvorrichtung in einem Vertikalschnitt.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung dient zur Reinigung der Abgase eines Dieselmotors in einem Kraft­ fahrzeug und besteht im wesentlichen aus einem über ei­ nen Einlaß 10 und einen Auslaß 12 durchströmbaren Ge­ häuse 14, einem bodenseitig in dem Gehäuse 14 ausgebil­ deten Flüssigkeitsreservoir 16 und einem in dem Gehäuse 14 drehbar gelagerten, mit einem Teil seiner Oberfläche in das Flüssigkeitsreservoir 16 eingreifenden Prallkör­ per 18.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 14 in mehrere Kammern 20, 22, 24, 26 unter­ teilt, die zwischen dem Einlaß 10 und dem Auslaß 12 hintereinander angeordnet sind. Der in der einlaßseiti­ gen Kammer 20 befindliche Prallkörper 18 ist durch zwei konzentrisch zueinander angeordnete Trommeln 28, 30 ge­ bildet, deren Mantel aus einem Lochblech besteht. Die Trommeln sind über stirnseitige Lagerscheiben 32, 34 starr miteinander und mit einer Antriebswelle 36 ver­ bunden. Die Antriebswelle 36 ist mit einem an der Au­ ßenseite des Gehäuses 14 angeordneten, durch einen Mo­ tor 38 gebildeten Drehantrieb gekoppelt.

Die äußere Trommel 28 greift in einen oberen Tauchbe­ reich 40 des Flüssigkeitsreservoirs 16 ein. Dieser Tauchbereich ist durch einen perforierten Zwischenboden 42 der Gehäusekammer 20 von einem darunterliegenden Sammelbereich 44 des Flüssigkeitsreservoirs 16 ge­ trennt. In dem Sammelbereich 44 befindet sich eine Schlammsammelschale 46, die den Boden der Kammer 20 im wesentlichen überdeckt und nach oben geöffnet ist. Die Schale 46 besteht aus einem biegeweichen Material und läßt sich mittels eines nicht dargestellten Zugorgans über einen von dem Sammelbereich 44 schräg nach oben wegführenden Entnahmeschacht 48 an einer über dem Ni­ veau des Tauchbereichs 40 an der Stirnseite des Entnah­ meschachts 48 liegenden Gehäuseöffnung 50 entnehmen. Die Befüllung des Flüssigkeitsreservoirs 16 erfolgt über eine mittels Einlaßschraube 52 verschließbare Ge­ häusebohrung 54. Zur Entleerung ist ein bodenseitiger Gehäusedurchbruch 56 vorgesehen, der mittels Ablaß­ schraube 58 verschließbar ist.

In dem abströmseitig von dem Prallkörper 18 angeordne­ ten Gehäusekammern 22, 24, 26 lassen sich weitere Rei­ nigungseinheiten einsetzen. Die Kammer 22 enthält einen Filterstrumpf 60, welcher einen Durchbruch in der Trenn­ wand 62 zwischen den Kammern 20 und 22 überdeckt. In der Kammer 24 befindet sich eine Abscheideeinheit zur Rückhaltung von in dem Abgasstrom mitgerissenen Wasch­ flüssigkeitströpfchen, welche aus mehreren über ihre Breitseitenflächen durchströmbaren, in paralleler An­ ordnung hintereinander geschalteten Kassetten 62 be­ steht, die jeweils eine Metallgeflechtpackung enthal­ ten. Die Kassetten 62 sind formschlüssig in Schubfüh­ rungen einsetzbar, welche durch gegenüberliegende Aus- und Einbuchtungen 64, 64′ der oberen und unteren Wan­ dung der Kammer 24 gebildet sind. In der in den Auslaß 12 mündenden Kammer 26 läßt sich ein nicht dargestell­ ter Katalysatorblock unterbringen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten abgewandelten Ausfüh­ rungsbeispiel sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs­ ziffern versehen. Das Gehäuse 14 besitzt dort nur eine durchströmte Kammer. Der darin angeordnete Prallkörper 18 ist als Bürstenwalze ausgebildet, deren Borsten 66 an einer Bürstenwelle 68 befestigt sind und aus einem biegesteifen Metalldraht bestehen. Zwischen stirnseiti­ gen Endscheiben 70 der Bürstenwalze 18 erstrecken sich über deren axiale Länge Strömungsleitlamellen 72, die schräg zur Radialrichtung angestellt sind. Die Strö­ mungsleitlamellen 72 stehen radial über die freien En­ den der Borsten 66 hinaus, so daß die überstehenden Ab­ schnitte bei der Drehung der Bürstenwalze 18 in den Tauchbereich 40 des Flüssigkeitsreservoirs 16 eingrei­ fen.

Im folgenden wird die Funktionsweise der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Abgasreinigungsvorrichtungen erläu­ tert. Das Reinigungsprinzip beruht darauf, daß in dem Abgasstrom mitgeführte Feststoffpartikel, insbesondere Rußteilchen, in einer Waschflüssigkeit abgeschieden werden. Als Waschflüssigkeit wird leichtflüssiges Par­ affin 74 in das Flüssigkeitsreservoir 16 eingefüllt.

Das Paraffin 74 wird durch Tauchbenetzung bei der Dre­ hung des Prallkörpers 18 auf dessen Oberfläche aufge­ tragen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 nehmen zu­ nächst nur die Leitschaufeln 72 und die Borstenspitzen Flüssigkeit aus dem Tauchbereich 40 auf, welche sich dann aber unter dem Einfluß der Schwerkraft und des Ab­ gasstroms filmartig auf die Borsten verteilt. Wenn nun das Abgas gegen den Prallkörper 18 strömt, folgen die Feststoffpartikel wegen ihrer Trägheit den Richtungsän­ derungen nicht und prallen auf den Flüssigkeitsfilm. Sie bleiben an der benetzten Oberfläche haften, bis sie im Zuge der Tauchbenetzung in das Flüssigkeitsreservoir 16 abgespült werden. Die Feststoffpartikel sinken dort durch die Durchbrüche 76 des Zwischenbodens 42 in den Sammelbereich 44, wo sie sich unter Klumpenbildung als Schlamm absetzen. Nach einer gewissen Standzeit wird der Schlamm mittels der Sammelschale 46 aus dem Gehäuse 14 entfernt.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin­ dung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Ein­ satz in Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen. In einem Gehäuse 14 ist ein wal­ zenförmiger Prallkörper 18 angeordnet, welcher durch Tauchbenetzung mit Waschflüssigkeit aus einem Flüssig­ keitsreservoir 16 filmartig benetzbar ist. Als Wasch­ flüssigkeit ist flüssiges Paraffin 74 vorgesehen. Aus dem Abgasstrom scheiden sich beim Anströmen des Prall­ körpers 18 Rußpartikel an dem Waschflüssigkeitsfilm ab. Diese werden im Zuge der Drehung des Prallkörpers 18 wieder in das Flüssigkeitsreservoir 40 abgeführt.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Abgasreinigung in Brennkraftma­ schinen, insbesondere Dieselmotoren von Kraftfahr­ zeugen, mit einem über einen Einlaß (10) und einen Auslaß (12) von dem Abgas durchströmbaren Gehäuse (14), und einem in dem Gehäuse angeordneten, mit dem Abgasstrom beaufschlagbaren, insbesondere zur Rückhaltung von in dem Abgasstrom enthaltenen Feststoffpartikeln bestimmten Reinigungseinsatz (18, 60, 62), dadurch gekennzeichnet, daß der Rei­ nigungseinsatz einen mit einer im wesentlichen aus flüssigem Paraffin bestehenden Waschflüssigkeit (74) benetzten, von dem Abgas angeströmten Prall­ körper (18) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein die Waschflüssigkeit (74) enthaltendes Flüs­ sigkeitsreservoir (16), aus welchem der Prallkör­ per (18) kontinuierlich in einem Kreislauf mit der Waschflüssigkeit benetzbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Prallkörper (18) zu einem Teil in das Flüssigkeitsreservoir (16) eintaucht und rotierend angetrieben ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß an dem im wesentlichen eine zylindrische Gestalt besitzenden Prallkörper (18) radial über­ stehende Benetzungsorgane (72) angeordnet sind, die bei der Drehung in das Flüssigkeitsreservoir (16) eingreifen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der im wesentlichen eine zylindrische Ge­ stalt aufweisende Prallkörper (18) radial über­ stehende Axialabschnitte aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) als Trommel oder Walze ausgebildet ist, die um ihre vorzugsweise quer zur Anströmrichtung des Abgases angeordnete zentrale Achse drehbar gelagert ist.

7. Vorrichtung nach nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Trom­ meln (28, 30) aufweist, wobei die innerste Trommel (30) über Manteldurchbrüche der äußeren Trommeln (28) von dem Abgas anströmbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trommeln (28, 30) über stirnseitige Lagerscheiben (33, 34) oder über Radialrippen starr miteinander verbunden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) als Bürstenwalze ausgebildet ist, deren biegesteife, vorzugsweise aus Metalldraht bestehende Borsten (66) mit der Waschflüssigkeit benetzbar sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) durch einen gegebenenfalls in Abhängigkeit von dem Abgasvolumenstrom drehzahlgeregelten Drehantrieb (38) angetrieben ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Prallkörper (18) vorzugsweise radial überstehende Strömungsleitflä­ chen (72) aufweist, die bei Beaufschlagung mit dem Abgasstrom ein die Drehung des Prallkörpers bewir­ kendes Drehmoment erzeugen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das bodenseitig in dem Gehäuse (14) angeordnete Flüssigkeitsreservoir (16) durch einen perforierten Zwischenboden (42) in einen oberen Tauchbereich (40) und einen unte­ ren Sammelbereich (44) geteilt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Sammelbereich (44) eine Schlamm­ sammelschale (46) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schlammsammelschale (46) aus einem biegeweichen Material besteht und über einen von dem Sammelbereich (44) schräg nach oben zu einer oberhalb des Waschflüssigkeitspegels liegenden Ge­ häuseöffnung (50) führenden Entnahmeschacht (48) aus dem Gehäuse (14) entnehmbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreser­ voir (16) über mittels Verschlußschrauben (52, 58) verschließbare Gehäusedurchbrüche (54, 56) befüll­ bar und entleerbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (14) in meh­ rere zwischen dem Einlaß (10) und dem Auslaß (12) hintereinander angeordnete Kammern (20, 22, 24, 26) unterteilt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß in einer abströmseitig von dem Prallkör­ per (18) angeordneten Gehäusekammer (24) eine Ab­ scheideeinheit (62) zur Rückhaltung von in dem Ab­ gasstrom mitgeführten Waschflüssigkeitströpfchen angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abscheideeinheit durch mehrere mit ihren von dem Abgas durchströmbaren Breitseiten­ flächen parallel zueinander angeordnete, in Schub­ führungen (64, 64′) des Gehäuses (14) einsetzbare, vorzugsweise eine Metallgeflechtpackung enthalten­ de Kassetten (62) gebildet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator in ei­ ner dem Prallkörper (18) nachgeordneten Kammer (26) des Gehäuses (14) angeordnet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß die Waschflüssigkeit (74) ein Additiv zur Erniedrigung der Erstarrungs­ temperatur des Paraffinöls enthält.

21. Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem Dieselmotor angetriebener Personenkraftwagen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche in der Auspuffan­ lage vorzugsweise anstelle eines Auspufftopfes an­ geordnet ist.