DE3111228A1

DE3111228A1 - Verfahren und vorrichtung zum beseitigen von russ aus den abgasen einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3111228A1
Application number: DE19813111228
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 7140 Ludwigsburg Erdmannsdörfer; Manfred 7000 Stuttgart Wagner; Gerd Chem.-Ing. Weyh (grad.), 7250 Leonberg
Original assignee: Filterwerk Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 1981-03-21
Filing date: 1981-03-21
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE3111228C2; SE454717B; US4436535A; FR2502244B1; FR2502244A1; GB2098086B; SE8200667L; GB2098086A

Description

27. Februar 19B1

Anmelderin: FILTERüJERK MAIMIM & HUMMEL GMBH, Hindenburgstr. 37 - 45, 7HO Luduigsburg

Akte 1901

Verfahren und Vorrichtung zürn Beseitigen wan Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beseitigen von Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und auf eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Abgase insbesondere von Dieselbrennkraftmaschinen enthalten Rußteilchen, die zur Vermeidung van Umweltverschmutzung möglichst nicht ins Freie gelangen sollen. Man ordnet deshalb im AbgBsstrom Rußfilter an, die ein hochtemperaturfestes Filtermittel zum Ablagern des Rußes haben. Während des Betriebe der Brennkraftmaschine bildet sich auf dem Filtermittel allmählich eine Schicht aus abgelagertem Ruß aus, der den Durchflußuiderstand des Filtermittels erhöht. Ließe man den Durchflußuiiderstand beliebig ansteigen, so ujürde schließlich das Filtermittel verstopfen oder der Ruß durch das Filtermitte] hindurchgerissen und unerwünscht ins Freie gelangen.

Akte 1901

Es ist bekannt, das Ansteigen des Durchflußuiiderstandes des Rußfilters dadurch zu begrenzen, daß der abgesetzte Ruß von Zeit zu Zeit abgebrannt uiird. Bei bekannten V/erfahren benötigt man hierzu neben der Anwesenheit won Sauerstoff Temperaturen, die die Auspuffgase mindestens bei Leerlauf oder Teillast im allgemeinen nicht aufweisen und nur durch Zufuhr von Fremdenergie erreicht werden können.

Die DE-DS 27 56 570 schlägt ein beheizbares Abgasfilter für Brennkraftmaschinen vor, bei dem ein Filterbett aus Metallfasern zur Verbrennung von auf ihm abgelagerten Rußteilchen durch ein stromaufwärts angeordnetes elektrisches Heizelement auf ausreichend hohe Temperaturen gebracht werden soll. Weil die Abgase das aufgeheizte Filterbett durchströmen und dabei Wärme abtransportieren, benötigt man für das Heizelement eine verhältnismäßig große elektrische Energie.

Die DE-QS 27 50 960 achlägt ein Rußfilter im Abgasstrom von luftverdichtenden Brennkraftmaschinen vor, bei dem der auf Keramikfasern abgelagerte Ruß selbsttätig abbrennen soll. Die oben ausgeführt, gelingt dies nur begrenzt.

Bei dem Rußfilter der DE-OS 28 15 365 wird der Abgasstrom zum Abbrennen des auf dem Filtermittel abgesetzten Rußes durch ein in eine Brennkammer eingeleitetes entzündbares Gas periodisch erhitzt. Ein solches Gas steht nicht ohne weiteres zur Verfügung und führt wie die anderen zum Abbrennen von Ruß bekannten Einrichtungen zu verhältnismäßig hohen Temperaturen, die einen entsprechend temperaturfesten Aufbau des Rußfilters erfordern. Außerdem wird auch in diesem Fall eine große Energiemenge benötigt, weil der gesamte Abgasstrom auf die zum Verbrennen des Rußes notwendige Temperatur erhitzt werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieaufwand zum

Akte 1901

Abbrennen des am Filtermittel abgesetzten Rußes gegenüber bekannten Einrichtungen zu verringern. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Der stromauf des Filtermittels durch Druckluft eingebrachte Rußentferner verteilt sich auf dem Filtermittel und senkt die Entzündungstemperatur des abgesetzten Rußes erheblich. Es ist nunmehr ohne irgendein Aufheizen der Abgase möglich, den Ruß in ausreichendem Maße zum Abbrennen zu bringen, weil die niedrigen Temperaturen im Rußfilter relativ häufig erreicht werden. Andererseits entstehen insgesamt beim Abbrennvorgang im Rußfilter nur verhältnismäßig niedrige Temperaturen, so daß an das verwendete Material und die Konstruktion geringere Anforderungen hinsichtlich der Tempera turfestigkeit gestellt werden können.

Als Rußentferner wird vorzugsweise Kupfer(I)-chlorid bei einer Temperatur im Rußfilter von mindestens 350° Celsius zugegeben. Das Kupfer( I )-chlorid setzt die Entzündungstemperatur des am Filtermittel anhaftenden Rußes bie auf annähernd 350° Celsius herab und steht in ausreichender Menge preiswert zur Verfügung.

Vorteilhaft wird als Rußentferner je Dasiermenge 0,5 bis 2,5 cm'' pulverförmiges Kupfer(I)-chlorid pro 70 Kilowatt Motorleistung zugegeben. Die innerhalb des angegebenen Bereichs schwankende optimale Menge hängt insbesondere davon ab, welche Rußmenge und damit welcher Durchflußwiderstand des Filtermittels als Maximalwert zugelassen wird, und muß durch Versuche ermittelt werden.

Ein weiterer Vorschlag bezieht sich auf die Zugabe des Rußentferners über eine Rohrleitung und sieht vor, daß die Rohrleitung nach dem Dosiervorgang durch Druckluft stromab der Dosier-

■■; -;. 3Ί 11228

Akte 1901

einrichtung freigespült uird. Auf diese Weise ist verhindert, daß sich die Rohrleitung schließlich mit pulverförmigem RuB-entferner zusetzt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 Ist so aufgebaut, daß sie ueriig Raum beansprucht und mit verhältnismäßig kleiner Energiemenge auskommt, sich dementsprechend besonders gut auch für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen eignet. Durch die Ausstattung der Rohrleitung in ihrem gusamten Verlauf mit Gefälle ist sichergestellt, daß sich nirgendwo Kondenswasser absetzt, das bei pulverförmigem Rußentferner zum Verstopfen der Leitung führen und bei flüssigem Rußentferner dessen Kanzentration und damit optimale Wirkung beeinträchtigen könnte. Mit der Anordnung der Dosiereinrichtung in der Rohrleitung kann der an die Druckluftleitung angeschlossene Vorratsbehälter für den Ruß-Bntferner ständig unter Druck stehen, uomit sich die Dosiergenauigkeit erhöht.

Wachfolgend uird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung /eigen

Figur 1 eine Vorrichtung der Erfindung in schematischer Darstellung und

Figur 2 die Vorrichtung der Figur 1 in anderer schematischer Darstellung.

Ein Rußfilter 1 hat ein Filtergehäuse 2, das einen zylindrischen Gehäusemantel 3 aufueist und an seinen beiden Stirnseiten durch jeweils mit einem Anschlußstutzen k und 5 versehene Gehäusedeckel 6 und 7 verschlossen ist. Ein Filtereinsatz 9 hat ein zylindrisches Filtermittel 10 aus Siliciurndioxyd-Fasern, also einem hoch temperaturfesten Material. Mit einer Stirnseite liegt das Filtermittel 10 abgedichtet gegen den Gehäusedeckel 7 an und ist an der

AktE 1901

anderen Stirnseite durch Eine Endscheibe 11 verschlossen. Der Filtereinsatz 9 trennt im Filtergehäuse 2 eine Rohgaskammer 12 van einer Reingaskammer 13 ab.

Die Temperatur in der Rahgaskammer 12 wird durch ein Thermoelement 20 überujacht, das auf einen Temperaturschalter 21 einwirkt und dessen elektrischen Kantakt bei Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur schließt. Den Druck in der Rahgaskammer 12 übe τωacht ein durch einen Rohrstutzen 22 angeschlossener Druckschalter 23, der bei Überschreiten eines vorbestimmten Drucks seinen elektrischen Kantakt schließt.

Eine Druckluftleitung 29 mündet in einen Vorratsbehälter 3D, der Kupf er( I )-chlorid als Rußentf erner 31 enthält. Eine Rohrleitung 32 durchsetzt den Behälterdeckel 33 und erstreckt sich als Tauchrohr 34 bis in die Mähe des BehälterbodEns 35. Die Rohrleitung 32 mündet im Bereich des Gehäusedeckels 6 des Rußfilters 1 in die Rahgaskammer 12 und hat, uie aus Figur 2 ersichtlich, in ihrem gesamten Verlauf Gefälle. Sie enthält eine Dosierventi!einrichtung 36, die aus zwei elektromagnetisch betätigten, ja mit einer Rückholfeder versehenen und als 2-St^llungs-lüegev^ntile ausgebildeten Absperrventilen 37 und 39 sowie einem Verzögerungsrelais 40 besteht.

An die Druckluftleitung 29 ist eine Bypassleitung 43 angeschlossen, die ein als 2-Stellungs-UJegeventil ausgebildetes Absperrventil 44 enthält und stromab der Dasierventileinrichtung 36 in die Rohrleitung 32 einmündet.

Im praktischen Betrieb ist das Rußfilter 1 mit seinen Anschlußstutzen 4 und 5 an eine nicht dargestellte Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeschlossen und in Pfeilrichtung durchströmt. Dab^i durchqueren dip Ahnase das Filtermittel 10 radial van außen mach innen, wobei der im Abgas enthaltene Ruß abgeschieden üjird. Durch die zunehmende Rußschicht auf dem Filtsr-

Akte 1901

Mittel 1G steigt der Druck in der Rahgaskammer 12 an, bis schließlich ein vorbestimmter LJert erreicht wird und der Druckschalter 23 seinen elektrischen Kontakt schließt. Wird nun die Brennkraftmaschine mit einer Leistung betrieben, die die Temperatur in der Rohgaskammer 12 über einen vorbestimmten lilert, beispielsweise 380 Celsius, ansteigen läßt, so schließt unabhängig vom Druckschalter 23 auch der Temperaturschalter 21 seinen elektrischen Kontakt. Nun kann elektrischer Strom von der Batterie 45 über die Leitung 50 und die geschlossenen elektrischen Kantakte ces Temperaturschalters 21 sowie des Druckschalters 23 zum Absperrventil 39 fließen und dessen Elektromagnet erregen, so daß der Uentilkörper von der in Figur 1 dargestellten Ruhestellung fentgegen der Kraft der Rückholfeder in die Offenstellung bewegt u ird und den Lieg für die Druckluft freigibt. Die Druckluft strömt dann durch die· Druckluftleitung 29 in den Vorratsbehälter 30, aus dem sie Kupfer(I)-chlorid als Rußentferner 31 über die Rohrleitung 32 und die beide offenen Absperrventile 39 und 37 in die Rohgaskammer 12 transportiert. Durch die gleichzeitig strömenden Abgase wird der Rußentferner 31 fein verteilt auf die auf dem Filtermittel 10 abgeschiedene Rußschicht aufgebracht, die nun verbrennt.

Pjach einer vorbestimmten Zeit, die der gewünschten zuzudosiereni.!en Menge des Rußent f erners 31 proportional ist, schließt das \. erzögerungsrelais 40, und elektrischer Strom kann über die elektrische Leitung 51 zum Absperrventil 37 fließen und dessen Elektromagnet erregen. Der in Figur 1 in Ruhestellung dargestellte l/entilkörper des Absperrventils 37 wird nun entgegen der Kraft der Rückholfeder in seine andere Stellung bewegt, in der er die Rohrleitung 31 verschließt und damit den Dosiervargang beendet. Gleichzeitig erhält das Absperrventil kk über die elektrische Leitung 52 Strom, und sein Elektromagnet verschiebt den in Figur "l in Ruhestellung gezeigten Ventilkörper entgegen der Kraft der t'ückhalfeder in seine Offenstellung. Nunmehr ist die Bypassleitung 4 3 freigegeben, und es kann Druckluft unter Umgehung

- - - - '■- ·_- g _
Akte 19G1

der Dosierventileinrichtung 36 die Rohrleitung 32 stromab der Dosierventileinrichtung 36 freispülen.

Durch das Abbrennen des Rußes im Rußfilter 1 sinkt der Durchflußuiderstand des Filtermittels 10, so daß der Druckschalter 23 seinen elektrischen Hontakt öffnet. Der Stromdurchgang ist unterbrochen, und die Uentilkörper der Absperrventile 37, 39 und t+k kehren in ihre in Figur 1 gezeigte Ruhestellung zurück. Nunmehr ist die Rohrleitung 32 durch das Absperrventil 3^rJ und die Bypassleitung 43 durch das Absperrventil kh mieder geschlossen.

Uird als Ruientftrner Kupfer(I)-chlorid in Pulverform verwendet, so leitet man die Druckluft vor dem Vorratsbehälter 3D wegen der hygroskopischen Eigenschaften des Hupfer(I)-chlorids zweckmäßig über ^in Trockenmittel.

Anstelle de-s beim Ausführungsbeispiel benutzten elektrischen Stroms kann als Hilfsenergie auch Druckluft oder Druckflüssigkeit verwendet uit:rden. Dementsprechend müssen dann die Regelelemente ei-ien für pneumatischen oder hydraulischen Betrieb geeigneten Aufbau aufweisen. Als Uerzögerungselement könnte beispielsweise eine Drossel in einer Rohrleitung V/eruiendung finden.

-40-

Leerseite

M 4

Claims

27. Februar 1981

Akte 1901

Ansprüche

1.1 Verfahren zum Beseitigen von Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, bei dem die Abgase durch das Filtermittel eines Rußfilters zum Abscheiden des Rußes geleitet ujerden und der abgeschiedene Ruß unter Verwendung von Hilfsmitteln mährend des Betriebs der Brennkraftmaschine zum Verbrennen gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiger oder flüssiger Rußentferner (31) bei Erreichen eines vorbestimmten Durchf luftwiderstandes des Filtermittels (1G) sowie einer vorbestimmten Temperatur im Rußfilter (1) aus einem Vorratsbehälter (3G) in dosierter Menge durch Druckluft fein verteilt den Abgasen stromauf des Filtermittels (10) zugegeben uiird .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rußentferner OD Kupfer(I)-chlorid bei einer Temperatur im Rußfilter (1) von mindestens 350° Celsius zugegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Rußentferner (31) je Dosiermenge 0,5 bis 2,5 cm pulverförmiges Kupf er ( T)-Chlorid pro 70 Kilowatt Motorleistung zugegeben wird.

k. Verfahren nach Anspruch 3 mit der Zugabe des Rußentferners über eine Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (32) nach dem Dosiervorgang durch Druckluft stromab der Dosiereinrichtung (36) freigespült wird.

Akte 1901

5. l/orrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Filtergehäuse und einem Filtereinsatz, der in dem Filtergehäuse eine Rohgaskammer v/on einer Reingaskammer abtrennt und ein hochtemperaturfestes Filtermittel zum Ablagern des RuBes hat, souie mit einer Einrichtung zum gesteuerten Abbrennen des an dem Filtermittel abgelagerten RuBes, dadurch gekennzeichnet, daß ein in seinem oberen Bereich an eine Druckluftleitung (29) anschließbarer, geschlossener Vorratsbehälter (30) für den Rußentferner (31) mit dem Rußfilter (1) durch eine in die Rohgaskammer (12) einmündende, sich als Tauchrohr (34) won oben bis in die Nähe des Behälterbodens (35) erstreckende Rohrleitung (32) verbunden ist, die in ihrem gesamten Verlauf Gefälle aufuieist und nahe dem Vorratsbehälter (3D) ein mit Erreichen eines vorbestimmten Durchflußüjiderstandes des Filtermittels (10) und einer vorbestimmten Temperatur in der Rohgaskammer (12) für eine vorbestimmte Zeit öffnende Dosierventileinrichtung (36) enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Druckluftleitung (29) anschließbare Bypassleitung (43) vorgesehen ist, die stromab der Dosierventileinrichtung (36)

in die Rohrleitung (32) einmündet und ein Absperrventil (44) enthält, das mit der Beendigung des Dosiervorgangs in die Offenstellung bewegt und unterhalb des vorbestimmten Durchflußuiderstandes des Filtermittels (10) und/oder der vorbestimmten Temperatur in der Rahgaskammer (12) geschlossen ist.