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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgas-Reinigungsvorrichtung
für einen Fahrzeugmotor.
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Vom Erfinder der vorliegenden Anmeldung wurden verschiedene Abgasreinigungsvorrichtungen
entwickelt, die beispielsweise in den japanischen Patenten 456 190 (*japarlische
Patentveröffentlichung No. 9643/1965) und 479 358 (japanische Patentveröffentlichung
No. 5483/1966) beschrieben sind. Diese bekannten Vorrichtungen arbeiten nach dem
gleichen Prinzip. Sie besitzen ein zylindrisches Gehäuse, in das das Abgas von einem
Ende eingeführt und von dem anderen Ende wieder ausgeblasen wird. Ferner ist in
dem Gehäuse eine querliegende Drosselplatte mit vielen kleinen Öffnungen (Drosselöffnungen)
vorgesehen, durch welche das Abgas expandieren muß und dabei abgekühlt wird. Ferner
sind stromab der Drosselplatte Rückhaltemittel im Gehäuse angeordnet, die das gekühlte
Abgas filtrieren. Bei dieser Ausbildung resultiert aus der Verwendung der Drosselplatte
zum Kühlen des Abgases und der Verwendung der Rückhaltemittel zum Filtrieren des
gekühlten Abgases ein Expansionsphänomen, nämlich eine adiabatische Expansion, und
eine polytropische Umwandlung. In den bekannten und zuvor erwähnten Vorrichtungen
wird das Abgas durch dieses Expansionsphänomen gekühlt, sobald es die Drosselöffnungen
der Drosselplatte durchsetzt. Dabei wird ein Teil des Abgases verflüssigt, so daß
schädliche chemische Komponenten wie Sulfationen und Feststoffteile wie feiner Ruß
und feine Schwermetallpartikel, die im Abgas enthalten waren, gröbere Körner bilden.
Diese aus dem Abgas entwickelten Teile werden infolge des verhältnismäßig große
Formats der Körner wirkungsvoll durch die Rückhaltemittel aufgefangen.
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Wenn jedoch eine solche Vorrichtung mit den aus dem Abgas erhaltenen
Produkten verstopft wird, d.h. , wenn die Rückhaltemittel eine so große Menge dieser
Produkte aufgefangenhaben,daß der Rückdruck zur Maschine höher ist, als ein vorbestimmter
Druckwert, muß die Vorrichtung für den weiteren Gebrauch gereinigt werden, indem
die Abgasprodukte aus den Rückhaltemitteln entfernt werden.
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Dieses Problem ist besonders bei Dieselmotoren gravierend, da diese
eine große Menge von Ruß erzeugen, der die Abgasreinigungsvorrichtung verhältnismäßig
rasch verlegt.
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Um die bekannten Abgasreinigungsvorrichtungen für einen neuerlichen
Gebrauch zu reinigen, wurden bereits unterschiedliche Versuche unternommen. Beispielsweise
besteht eine Möglichkeit darin, daß in das Innere der Vorrichtung eine kaustische
Sodalösung eingesprüht wird. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß zum Ausblasen
der festgehaltenen Abgasprodukte Druckluft in das Innere der Vorrichtung eingeblasen
wird. Es hat sich allerdings gezeigt, daß diese Verfahren deshalb unbefriedigend
sind, weil es damit unmöglich ist, die verlegten Vorrichtungen leicht und wirkungsvoll
zu reinigen.
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Ein bevorzugtes Ziel der Erfindung liegt deshalb darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung
der vorerwähnten Art zu schaffen, bei der in die Rückhaltemittel Reinigungsmittel
eingegliedert sind, mit denen es leicht und wirkungsvoll möglich ist, die von den
Rückhaltemitteln aufgefangenen Abgasprodukte zu entfernen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt in der Schffung einer solchen
Abgasreinigungsvorrichtung, bei der Mittel zum Verursachen einer Turbulenz im Inneren
vorgesehen sind, damit die Abgas produkte aus den Rückhaltemitteln leicht
herausgeschüttelt
werden können.
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Erfindungsgemäß wird eine Abgasvorrichtung vorgeschlagen, die ein
zylindrisches Gehäuse aufweist, in das das Abgas von r0 ei ri En(le cir eS rt; und
das andere Ende wieder abgelassen wird. In dem Gehäuse ist quer zur Längsrichtung
wenigstens eine Drosselplatte mit Drosselöffnungen vorgesehen, durch welche das
Abgas expandiert und sich abkühlt, damit ein Teil des Abgases verflüssigt wird,
wobei feine Feststoffpartikel und kleine Wassertröpfchen relativ grobe Körner oder
Abgasprodukte bilden. Ferner sind in dem Gehäuse stromab der Drosselplatte Rückhaltemittel
angeordnet, die das gekühlte Abgas filtrieren, um die Abgasprodukte aufzufangen.Schließlich
sind in die Rückhaltemittel Reinigungsmittel eingegliedert und mit einer externen
Unterdruckquelle verbindbar, um die von den Rückhaltemitteln festgehaltenen Abgasprodukte
durch Absaugen auszutragen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen
die Rückhaltemittel aus rostfreier Stahlwolle oder aus Stahlgittermaterial, welche
Materialien eine ausreichende thermische und Korrosionsfestigkeit erbringen. Die
Reinigungsmittel werden von einem hohlen Glied gebildet, das im Abgasstrom stromab
zu den Rückhaltemitteln angeordnet ist. Dieses Glied enthält perforierte Rohre,
die damit kommunizieren und sich in die Rückhaltemittel hinein erstrecken. Ferner
ist dazu eine sich durch die Gehäusewand nach außen erstreckende Rohrleitung vorgesehen.
Die Rohrleitung ist mit ihrem äußeren Ende mit einer Unterdruckquelle verbindbar,
so daß die durch die Rückhaltemittel aufgefangenen Abgasprodukte daraus entfernbar
und durch die Perforationen der perforierten Rohre absaugbar sind. Das hohle Glied
kann die Form einer perforierten hohlen
Hülse haben, von der sich
ein Teil in die ckhaltmittel hinein erstreckt, um die festgehaltenen Abgasprodukte
durch die Perforationen auszubringen bzw. absaugen zu können.
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Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen
die Reinigungsmittel aus mehreren perforierten hohlen Gliedern, die voneinander
in axialen Abständen stehen. Die Reinigungsmittel sind in mehrere Teile geteilt,
die axial voneinander beabstandet sind. Die perforierten hohlen Glieder sind in
die Rückhaltemittel eingegliedert, derart, daß die hohlen Glieder und die geteilten
Teile abwechselnd im Gehäuse vorliegen. Die perforierten hohlen Glieder stehen miteinander
durch eine innere, gemeinsame Hülse in Verbindung.
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Diese Hülse ist an eine Rohrleitung angeschlossen, die sich durch
die Gehäusewand nach außen erstreckt und mit ihrem äußeren Ende an die Unterdruckquelle
anschließbar ist. Auf diese Weise werden die durch die Rückhaltemittel aufgefangenen
Abgasprodukte daraus entfernt und durch die Perforationen jedes perforierten hohlen
Gliedes abgesaugt.
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Bei dieser Ausführungsform können die Reinigungsmittel auch aus mehreren
nichtperforierten hohlen Gliedern bestehen, von denen jedes anstelle der Perforationen
dünne Rohre aufweist, die sich davon weg und in die geteilten Teile der Rückhaltemittel
hineinerstrecken.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfidnung
sind Mittel vorgesehen, die im Inneren des Gehäuses eine Turbulenz erzeugen lassen,
damit die von den Rückhaltemitteln aufgefangenen Abgasprodukte ab geschüttelt werden
können. Diese eine Turbulenz verursachenden Mittel bestehen aus einer Ventilanordnung,
z.B. einem Magnetventil im Auslaßende des Gehäuses. Während eines Reinigungs-
vorganges,
d.h. wenn der Unterdruck wirksam ist, wird die Ventilanordnung wiederholt im Öffnungs-
und Schließsinn betätigt,umauf diese Weise eine Turbulenz oder eine pulsierende
Luftströmung im Inneren des Gehäuses zu erzeugen, durch welche die Abgasprodukte
aus den Rückhaltemitteln herausgeschüttelt werden. Alternativ dazu kann die Ventilanordnung
auch außerhalb des Gehäuses zwischen den Reinigungsmitteln und der Unterdruckquelle
angeordnet sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles
beschrieben, das in der Zeichnung dargestellt ist.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung, wobei gleichzeitig eine Sammelvorrichtung für Abgasprodukte in Verbindung
mit der Ausführungsform steht, Fig. 2A einen teilweisen Längsschnitt entsprechend
Fig. 1, durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2B einen Längsschnitt
in der Ebene IIB-IIB in Fig. 2A, Fig. 3A eine Schnittansicht ähnlich der von Fig.
2A, durch eine weitere Ausführungsform, Fig. 3B eine Querschnittsansicht in der
Ebene IlIB-IlIB von Fig. 3A, Fig. 4A eine Schnittansicht ähnlich der von Fig. 2A,
durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4B eine
Querschnittsansicht in der Ebene IVB-IVB von Fig. 4A, Fig. 5A eine Schnittansicht
ähnlich der von Fig. 2A, durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und Fig.
5B eine Querschnittsansicht in der Ebene VB-VB von Fig. 5A.
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Aus Fig. 1 ist eine Abgasvorrhtung 10 erkennbar, die ein zylindrisches
Gehäuse 12 mit einer Endplatte 14 an einem Ende und einem Hülsenteil 16 am anderen
Ende aufweist. Das Gehäuse 12 enthält eine Kühlleitung 18, die konzentrisch innerhalb
des Gehäuses 12 verläuft. Ein Endabschnitt 20 der Kühlleitung 18 erstreckt sich
durch die Endplatte 14 hindurch, während ein anderer Endabschnitt 22 der Leitung
18 nach unten gebogen ist und sich durch die Wand des Hülsenteilsl6 hindurch erstreckt.
Wenn ein Fahrzeugmotor, an dem die Vorrichtung 10 angebracht ist, betrieben wird,
wird Luft durch den Endabschnitt 20 eingeführt, die durch die Kühlleitung 18 strömt
und durch die Öffnung des abgebogenen Abschnittes ausgeblasen wird, um das Innere
des Gehäuses 12 zu kühlen. Ein freier Endabschnitt 24 eines Abgasrohres des Motors
durchsetzt die Endplatte 14 und führt das Abgas in das Gehäuse 12 ein.
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Der Endabschnitt 24 enthält ein Ventil 25, das offen ist, wenn die
Vorrichtung betrieben wird. Im Öffnungsabschnitt des Hülsengliedes 16 ist ein Kragenglied
26 vorgesehen, in dem eine Ventilanordnung 28, z.B. ein MEnetv entil, befestigt
ist. Die Funktion dieser Ventilanordnung wird später im Detail erläutert.
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Bei der Ausführungsform von Fig. 1 wird das Innere des Gehäuses 12
in fünf Kammern 30, 32, 34, 36 und 38 durch vier
Drosselplatten
40 unterteilt, die quer innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet sind. Die Drosselplatten
40 besitzen eine zentrale Öffnung, durch welche sich die Kühlleitung 18 erstreckt.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel nur vier Drosselplatten gezeigt sind, soll
die mögliche Anzahl der Drosselplatten dadurch nicht beschränkt sein. Jede Drosselplatte
40 besitzt eine Vielzahl kleiner Drosselöffnungen 42. Um den in der ersten Kammer
30 herrschenden Druck abfühlen zu können, ist darin ein Drucksensor 43 angeordnet.
In der zweiten, der dritten und der vierten Kammer 32, 34 und 36 sind Rückhaltemittel
44 zum Filtrieren des Abgases untergebracht, die einen Teil des Innenraums jeder
Kammer ausfüllen. Wie Fig. 1 andeutet, bestehen die Rückhaltemittel aus beispielsweise
rostfreier Stahlwolle oder rostfreiem Stahlnetzwerk, welches Material ausreichende
thermische und Korrosionsfestigkeit aufweist. Diese Rückhaltemittel sind in einem
Raum angeordnet, der durch zwei Halteplatten 46 begrenzt wird, wodurch sich vordere
und rückwärtige Räume 48 und 50 benachbart zu den Rückhaltemitteln 44 bilden. Reinigungsmittel
52 sind in jedem hinteren Raum 50 angebracht und werden durch die Leitung 18 abgestützt.
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Die Reinigungsmittel bestehen aus einem hohlen Glied 54 mit zwei kreisförmigen
Rohren 56 und 58, die konzentrisch angeordnet und miteinander durch einen Verbindungskanal
16 verbunden sind. Jedes kreisförmige Rohr 56 und 58 trägt perforierte Rohre 62,
die sich in die zugehörigen Rückhaltemittel 44 hinein erstrecken. In der letzten
Kammer 38 sind zusätzliche Rückhaltemittel 64 in einem perforierten Halteglied 66
angeordnet, das ebenfalls von der Leitung 18 abgestützt wird. Zusätzlichen Rückhaltemittel
64 können ebenfalls aus rostfreier Stahlwolle bestehen. Zusätzliche Reiigungsmittel
68 in der Form eines perforierten ringförmigen Rohrgliedes sind ferner in der letzten
Kammer 38 angeordnet und in die zusätzlichen Rückhaltemittel 64 en-
gebettet.
In der letzten Kammer 38 ist ferner eine Führungsplatte 70 an der Innenwand des
Gehäuses 12 angebracht, die das Abgas auf die zusätzlichen Rückhaltemittel 64 leitet.
Jedes Reinigungsmittel 52 und die zusätzlichen Reinigungsmittel 68 enthalten eine
Rohrleitung 72,die durch die Wand des Gehäuses 12 nach außen geführt ist. Die Rohrleitungen
72 sind über Ventile 76 an eine gemeinsame Leitung 74 angeschlossen. Die Ventile
76 werden beim Betrieb der Vorrichtung geschlossen.
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Beim Arbeiten der beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Fig.
1 expandiert das Abgas und wird dabei stark gekühlt, wenn es in die erste Kammer
30 aus dem Endabschnitt 24 der Abgasleitung von der Maschine eintritt.
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Weiterhin wird das Abgas im vorderen Raum 8 expandiert und abgekühlt,
nachdem es durch die Drosselöffnungen 42 der Drosselplatten 40 hindurchgetreten
ist. Bei dieser Expansion und der Abkühlung wird ein Teil des Abgases verflüssigt,
so daß feine Feststoffpartikel und feine Wassertröpfchen (die chemische Komponenten
enthalten) zu verhältnismäßig groben Körnern geformt werden, die miteinander in
Kollision geraten. Die auf diese Weise erzeugten Abgasprodukte werden infolge ihrer
Größe durch die Rückhaltemittel 44 und 64 wirkungsvoll aufgefangen.
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Je mehr solcher Abgasprodukte von den Rückhaltemitteln 44 und 64 aufgefangen
worden sind, desto höher ist der Druck innerhalb des Gehäuses 12. Diesen Druck fühlt
der Drucksensor 43 ab. Sobald der abgefühlte Druck höher wird, als ein vorbestimmter
Druckwert, der mit einem nicht mehr wünschenswerten Rückdruckwert zum Fahrzeugmotor
korrespondiert, kann der Fahrer erkennen, daß die Vorrichtung mit zurückgehaltenen
Abgasprodukten verlegt ist und gereinigt werden muß. Zum Reinigen der verlegten
Vorrichtung wird zunächst das Ventil 25 geschlossen und werden die Ventile 76 geöffnet.
Die gemeinsame Leitung 74 wird dann an eine zweck-
mäßige Unterdruckquelle
angeschlossen, wodurch die durch die Rückhaltemittel 44 und 64 aufgefangenen Abgasprodukte
daraus entfernt und durch die Perforation der perforierten Rohre 62 und des perforierten
ringförmigen Rohres 68 abgesaugt werden. Bei diesem Reinigungsvorging ist es zweckmäßig,
die Ventilanordnun, 28 wiederholt zu öffnen und zu schließen, damit Turbulenzen
oder eine pulsierende Luftströmung im Inneren des Gehäuses 12 erzeugt werden, mit
der sich die zurückgehaltenen Abgasprodukte von den Rückhaltemitteln 44 und 64 leicht
abschütteln lassen.
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Aus Fig. 1 ist weiterhin eine Vorrichtung 78 erkennbar, mit der die
ausgetragenen Abgasprodukte gesammelt werden.
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Diese Vorrichtung 78 besteht aus einem Gehäuse 80 mit einer Filtertasche
82, die mit der gemeinsamen Leitung 74 durch ein Rohr 84 in Verbindung steht, welches
die Deckwand des Gehäuses 80 durchsetzt. Um die zuvor erwähnten Turbulenzen oder
eine pulsierende Luftutrömung im Inneren des Gehäuses 12 zu erzeugen, kann auch
eine Ventilanordnung 86 in dem Rohr 84 vorgesehen sein. Das Gehäuse 80 steht mit
einem Behälter 88 in Verbindung, der die durch die Filtertasche 82 ausgefilterten
Abgasprodukte aufnimmt.
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Das Gehäuse 80 kann ferner mit einem Vibrationsantrieb 90 ausgestattet
sein, um die ausgefilterten Abgasprodukte von der inneren Wand der Filtertasche
82 abschütteln zu können. Die Unterdruckquelle besteht aus einer Vakuumpumpe 92,
die mit dem Gehäuse 80 über eine Leitung 94 verbunden ist. Die Unterdruckpumpe 92
besitzt eine Ablaßleitung 96, die entweder in die Atmosphäre mündet oder auch mit
der ersten Kammer 30 in Verbindung steht, wie dies in Fig. 1 in strichlierten Linien
angedeutet ist. In letzterem Fall kann die filtrierte Luft in die Vorrichtung zurückgeführt
werden. Alterntiv kann die Unterdruckpumpe 92 auch in der Leitung 84 zwischen der
Ventilanordnung 86
und dem Gehäuse 80 angeordnet sein.
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Es ist wünschenswert, das Gehäuse 80 mit der Filtertasche 82, den
Sammelbehälter 88, die Ventilanordnung 86 und die Unterdruckpumpe 92 als eine Baueinheit
auszubilden. Diese Baueinheit kann dann an einem passenden Platz installiert werden,
z.B. an einer Tankstelle oder einer Servicestation für Fahrzeuge. Durch Abschirmen
des Platzes, an dem die Vorrichtung gereinigt wird, ist es möglich, eine sekundäre
Luftverschmutzung zu vermeiden, die unter Umständen beim Reinigen der Vorrichtung
auftreten könnte.
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Die Fig. 2 bis 5 illustrieren andere Ausführungsformen der Erfindung,
bei denen für einzelne Teile die gleichen Bezugsziffern gewählt werden, wie sie
diese Teile auch in Fig. 1 tragen.
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In den Fig. 2A und 2B bestehen die Reinigungsmittel aus 'einem einzelnen
kreisförmigen Rohr 98 mit perforierten Rohren 100, die sich in die Rückhaltemittel
44 hinein erstrecken. Diese Ausführungsform ist identisch mit der ersten Ausführungsform,
mit der Ausnahme, daß die Reinigungsmittel hier nur ein einzelnes ringförmiges Rohr
sind.
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In den Fig. 3A und 3B bestehen die Reinigungsmittel aus einem hohlen
Glied 102 in Form einer perforierten hohlen Hülse. Ein Teil dieser perforierten
Hülse erstreckt sich in die Rückhaltemittel 44 hinein, um die aufgefangenen Abgasprodukte
aus den Rückhaltemitteln 44 auszutragen und sie durch die Perforationen der Hülse
abzusaugen.
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In den Fig. 4A und 4B bestehen die Reinigungsmittel aus mehreren
perforierten und kreisförmigen Rohren 104, die in axialer Richtung voneinander Abstände
aufweisen. Durch die Rohre 104 erstrecktXsich eine gemeinsame Hülse 106, die durch
die Leitung 18 abgestützt wird und mit den Rohren
104 durch Kanäle
108 in Verbindung steht. In dicsem Fall sind die Rückhaltemittel in mehrere Teile
110 aufgeteilt, zwischen denen jeweils ein axialer Abstand vorliegt. Die kreisförmigen
Rohre 104 sind in die Rückhaltemittel eingegliedert, so daß die kreisförmigen Rohre
104 und die geteilten Teile jeweils abwechselnd angeordnet sind (Fig. 4A). Beim
Reinigen erden die von den Rückhaltemitteln aufgefangenen Abgasprodukte durch die
Perforationen der Rohre 104 austragen und abgesaugt.
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In den Fig. 5A und 5B ist eine Ausführungsform erkennbar, die identisch
mit der Ausführungsforri der Fig.
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4A und 4B ist, mit der Ausnahme, daß anstelle der perforierten ringförmigen
Rohre 104 nichtperforierte ringförmige Rohre 112 eingesetzt sind. Diese nichtperforierten
ringförmigen Rohre 112 tragen dünne Rohre, die sich davon weg und in die geteilten
Teile 110 der Rückhaltemittel hineinerstrecken. Beim Reinigen werden die durch die
geteilten Teile 110 der Reinigungsmittel zurückgegehaltenen Abgasprodukte durch
die dünnen Rohre 114 ausgetragen und abgesaugt.
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Es ist hervorzuheben, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die
beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt
sein soll.