DE3874924T2

DE3874924T2 - Diesel-abgas-partikelfilter.

Info

Publication number: DE3874924T2
Application number: DE8888302237T
Authority: DE
Inventors: Takao Kusuda; Toshihiro Mihara; Hisanori Shimoda; Masuo Takigawa; Masaaki Yonemura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-20
Filing date: 1988-03-15
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2008-03-16
Also published as: AU597479B2; EP0283240A3; AU1317088A; EP0283240A2; US4840028A; CA1308361C; EP0283240B1; DE3874924D1

Description

Übersetzung der Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung, die in einen Verbrennungsmotor, vorzugsweise einen Dieselmotor, eingebaut ist und Partikel, wie z.B. Ruß, die von dem Motor ausgestoßen werden, zurückhält und beseitigt, um die Abgase zu reinigen und dadurch eine Umweltvergiftung zu verhindern.

Beschreibung des Standes der Technik

Die von diesen Motoren ausgestoßenen Partikel wurden in der jüngeren Vergangenheit überwacht, weil sie Krebserreger enthalten oder weil sie vom Standpunkt der Umweltschädigung eine Beeinträchtigung der Sichtverhältnisse bewirken. Als Maßnahme gegen solche Abgaspartikel wurde ein Verfahren untersucht, bei dem ein hitzefester Filter in einem mittleren Bereich einer Abgasleitung vorgesehen ist, um Partikel durch Ausfiltern zu beseitigen. Dieses Verfahren ist durch die Anordnung eines Filterelements gekennzeichnet, das regeneriert und wiederholt benutzt werden kann, indem es ausgebrannt wird, nachdem sich Partikel darin angesammelt haben. Es gab zahlreiche Vorschläge, bei denen ein Brenner zum Regenerieren des Filters stromaufwärts von dem Filterelement vorgesehen ist, um zu gewährleisten, daß die Temperatur des Abgases durch die Verbrennungswärme des Brenners auf die Entzündungstemperatur der Partikel vergrößert wird. Bei einem solchen Verfahren muß die Temperatur einer großen Abgasmenge des Motors erhöht werden, was eine enorme Wärmemenge erforderlich macht.
Nach einem anderen Vorschlag zur Lösung des vorstehenden Problems wird der Verlauf des Abgases an einem Filterelement verzweigt, und es ist eine von dem Filterelement getrennte Umgehungsleitung vorgesehen, so daß die Abgase des Motors über ein Ventil durch die Umgehungsleitung geführt werden, wenn der Brenner arbeitet, was es entbehrlich macht, eine große Abgasmenge zu erhitzen (offengelegtes japanisches Patent Nr. 118514 /1981). Diese Vorrichtung, die im Abgaspfad mit einer Umgehungsleitung zum Filterelement versehen ist, leitet die Abgase während der Regeneration durch die Umgehungsleitung ab und verringert dadurch die Überwachung des Partikelausstoßes um die Hälfte.
Ferner wurde eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Abgaseinlaß eines Filterelements in zwei Bereiche unterteilt und mit einer Umschaltplatte versehen ist, so daß das Filterelement durch die Umschaltplatte während der Regeneration in eine Regenerationsseite und in eine Abgasseite unterteilt ist (offengelegtes japanisches Patent Nr. 101210/1983). Da bei dieser Vorrichtung der Regenerationsbereich und der vom Abgas durchströmte Bereich während der Regeneration in dem einen Filter gemeinsam vorhanden sind, treten große Wärmespannungen auf, die leicht zum Bruch des Filterelements führen.
Ein weiterer Stand der Technik hinsichtlich einer Ausbrenneinrichtung für Fahrzeuge ist in dem offengelegten japanischen Patent 11415/1986 beschrieben.
Die Sachbezogenheit des oben genannten Standes der Technik wird aber etwas geschmälert durch die näherkommende Offenbarung der JP-A-60-184917 in Verbindung mit der FR-A-958 836.
Die JP-A-60-184917 offenbart einen Dieselmotor-Abgasfilter, der zwei keramische Filterelemente, eine Ölbrennkammer und ein Vier-Wege-Ventil aufweist, wobei das Ventil so ausgebildet ist, um die Filterelemente wahlweise mit einer Abgasleitung oder zur Filterregeneration mit der Brennkammer zu verbinden.
Die FR-A-958 836 offenbart ein zentrales Heizsystem, das einen Zylinder und einen elliptischen Ventilkörper aufweist, der an einer zu dem Zylinder konzentrischen Welle befestigt ist und mit der Innenfläche des Zylinders in Berührung stehen kann, wobei der Zylinder zwei Einlässe hat, die an Stellen an der Außenseite der Gleitfläche des elliptischen Ventilkörpers münden, zwischen denen der elliptische Ventilkörper angeordnet ist, und zwei Auslässe hat, die an Stellen innerhalb der Gleitfläche des Zylinders münden.
Ein Nachteil der in der JP-A-60-184917 beschriebenen Filterregenerationseinrichtung besteht darin, daß kühlere Abgase in die Brennkammer entweichen können, wodurch die Filterelemente ungleichförmig erwärmt werden, was eine raschere thermische Zerstörung der Filterelemente, oder sogar einen Bruch zur Folge haben kann.
Eine Abwandlung der Einrichtung nach der JP-A-60-184917 durch Einbau des in der FR-A-958 836 beschriebenen elliptischen Ventilkörpers würde das vorstehend genannte Problem nicht überwinden, weil die übermäßige Erwärmung einer Seite des elliptischen Ventilkörpers durch die vorerhitzten Gase von der Brennkammer zu Wärmeverformungen des Ventilkörpers führen würde, die zur Folge hätten, daß kühlere Abgase in die Brennkammer einströmen. Der Zylinder wird auch durch die vorerhitzten Gase teilweise erhitzt, was in Verbindung mit der übermäßigen Erhitzung auf einer Seite des Ventilkörpers dazu führt, daß kühlere Abgase in die Brennkammer einströmen.
Die vorliegende Erfindung überwindet u. a. das vorstehend genannte Problem dadurch, daß ein Vier-Wege-Ventil vorgesehen ist, das einen Zylinder, einen elliptischen Ventilkörper, der in dem Zylinder drehbar angeordnet ist, wobei sein Umfang mit der Innenfläche des Zylinders in Gleitberührung steht, eine Welle, die sich längs der Mittelachse des Zylinders erstreckt und die an ihrem einen Ende mit dem elliptischen Ventilkörper und an ihrem anderen Ende mit einem Drehantrieb verbunden ist, umfaßt; daß in einem Endteil des Zylinders außerhalb eines Bereichs, in dem der elliptische Ventilkörper verdrehbar ist, ein Verbrennungsgaseinlaß ausgebildet ist, der mit der Ölbrennkammer verbunden ist, daß eine Abgaseinlaßöffnung in dem anderen Endteil des Zylinders außerhalb des besagten Bereichs angeordnet und mit der Abgasleitung verbunden ist und daß in dem besagten Bereich Auslässe in dem Zylinder angeordnet sind, die einander diametral gegenüberliegen und mit den beiden Filterelementen verbunden sind, wobei der elliptische Ventilkörper an seinem Umfang mit Umfangsnuten versehen ist, in die Dichtringe eingesetzt sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform für eine Abgasreinigungseinrichtung für Dieselpartikel;
Fig. 2 ist ein Schnitt durch ein Vier-Wege-Ventil der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine zweite Ausführungsform des Brennkammerbereichs der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 ist eine geschnittene Darstellung einer Brennkammer einer dritten Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Bei einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungseinrichtung sind zwei Gasauslässe eines Vier-Wege-Ventils mit zwei in einem Gehäuse angeordneten Filterelementen verbunden, und einer der beiden Gaseinlässe ist mit einer Abgasleitung des Motors verbunden, und der andere ist mit einer Brennkammer verbunden. Dieses Vier-Wege-Ventil schaltet eine Gasströmung durch eines der Filterelemente vom Abgas vom Motor auf vorerhitztes Gas eines Brenners um, um die Regeneration zu bewirken.
Die Arbeitsweise dieser Abgasreinigungseinrichtung wird nachfolgend erläutert.
Während des Normalbetriebs des Motors befindet sich ein elliptischer Ventilkörper des Vier-Wege-Ventils in einer neutralen Stellung in Bezug auf die beiden Gasauslässe, so daß das in das Vier-Wege-Ventil einströmende Abgas von den entsprechenden Gasauslässen in die Filterelemente einströmt, wobei Partikel ausgefiltert werden und gereinigtes Abgas in die Umgebung abgegeben wird.
Wenn sich Partikel in den Filterelementen angesammelt haben, so daß sie regeneriert werden müssen, dann wird der elliptische Ventilkörper des Vier-Wege-Ventils bewegt, so daß einer der Gasauslässe mit dem mit der Abgasleitung des Motors verbundenen Gaseinlaß in Verbindung steht, und der andere mit dem mit der Brennkammer verbundenen Gaseinlaß in Verbindung steht. Der erstgenannte Gasauslaß führt die Abgase dem zugeordneten Filterelement zu, um das Abfangen der Partikel fortzusetzen, und der letztgenannte Gasauslaß führt vorerhitztes Gas von dem Brenner, in dem eine Verbrennung begonnen wurde, dem anderen Filterelement zu, um dieses zu regenerieren. Nachdem eines der Filterelemente vollständig regeneriert wurde, wird der elliptische Ventilkörper verdreht, damit das Abgas durch das regenerierte Filterelement hindurchströmt und das vorerhitzte Gas durch das andere Filterelement hindurchströmt, um dieses zu regenerieren. Demzufolge werden während der Regeneration keine Partikel ausgestoßen, und das vom Brenner vorerhitzte Gas wird den Filterelementen zugeführt, nachdem es von dem Vier-Wege- Ventil beeinflußt wurde, so daß seine Temperatur gleichförmig ist und die Filterelemente demzufolge gleichförmig erhitzt werden und keine großen Wärmebelastungen austreten, so daß die Filterelemente nicht brechen.
Die Abgasreinigungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Betrieb eines Motors mit einem sehr geringen Gegendruck im Normalbetrieb, bei dem die beiden Filterelemente benutzt werden, so daß die Leistungsverluste gering gehalten werden können, und es handelt sich um eine wirksame Reinigungseinrichtung, die während der Regeneration keine ungereinigten Abgase an die Umgebung abgibt. Da das Abgas des Motors und das Verbrennungsgas der Brennerkammer durch das Vier-Wege-Ventil voneinander getrennt sind, wird das Abgas nicht unnötig erhitzt. Da aus Faserkeramik hergestellte Filterelemente mit einer sehr kleinen Wärmekapazität verwendet werden, kann die Größe des Brenners wesentlich verkleinert werden, was eine beträchtliche Verringerung des Brennstoffverbrauchs ermöglicht. Da der beim Erhitzen der Filterelemente erzeugte Temperaturgradient ebenfalls sehr klein ist und daher keine Bruch- oder Schmelzprobleme verursacht, kann die Regeneration wirtschaftlich und sicher durchgeführt werden.

Erste Ausführungsform

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert.
Fig. 1 zeigt eine ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das Bezugszeichen 1 einen Brenner, das Bezugszeichen 2 eine Düse, das Bezugszeichen 3 einen Brennerkörper und das Bezugszeichen 4 einen Stabilisator bezeichnet. Die Düse 2 hat eine Zerstäuberluftzuführung 5 und eine Brennstoffzuführung 6, die mit einem (nicht gezeigten) Luftverdichter bzw. mit einer (nicht gezeigten) Ölpumpe verbunden sind. Der Brennerkörper 3 hat eine Verbrennungsluftzuführung 7, die eine zur Düse 2 konzentrische Ringform aufweist. Der trichterförmige Stabilisator 4 erstreckt sich von der Verbrennungsluftzuführung 7 zu einer Stelle vor der Düse 2. Der Stabilisator 4 ist mit einem Drallblech 8 versehen. Eine mit einer (nicht gezeigten) Zündspule verbundene Zündkerze 9 erstreckt sich durch den Brennerkörper 3 und den Stabilisator 4 bis zu einer Stelle nahe der Düse 2. Ein ringförmige Lufteinlaß 10 ist in der Nähe der Oberseite des Brennerkörpers 3 um den Umfang des Stabilisators 4 herum vorgesehen.
Mit der Vorderseite des Brenners 1 ist eine Brennkammer 13 verbunden, die eine äußere Hülse 11 und eine innere Hülse 12 aufweist. Zwischen der äußeren Hülse 11 und der inneren Hülse 12 ist eine aus Keramikfasern hergestellte Wärmeisolierung 14 angeordnet. Die dem Brenner 1 gegenüberliegende Seite der Brennkammer 13 ist mit einem Einlaß 15 für vorerhitzte Luft eines Vier-Wege-Ventils 16 verbunden.
Fig. 2 ist ein Querschnitt durch das Vier-Wege-Ventil 16.
Eine Seite eines Zylinders 17 ist offen, um einen Einlaß für die vorerhitzte Luft zu (richtig: von) der Brennkammer 13 zu bilden, und das andere Ende ist mit einer hinteren Abdeckung 19 verschlossen, die ein Lager 18 umgibt. Gasauslässe 20a, 20b münden in einer Entfernung von 1/3 der Länge des Zylinders von dem Einlaß 15 für vorerhitzte Luft, so daß sie in einer zur Achse des Zylinders 17 rechtwinkligen Richtung einander gegenüberliegen. Eine Welle 21 ist durch das Lager 18 hindurch in den Zylinder 17 eingesetzt, so daß sie zu dem Zylinder 17 koaxial ist. Ein elliptischer Ventilkörper 22 ist an einem Ende der Welle 21 befestigt, und ein zylindrischer Ventilkörper 23 ist an dem anderen Ende der Welle 21 nahe der hinteren Abdeckung 19 in dem Zylinder 17 befestigt. Der elliptische und der zylindrische Ventilkörper 22, 23 sind an ihrem Umfang mit Nuten 24 bzw. 25 versehen, und elliptische und kreisförmige Dichtringe 26, 27 sind in die Nuten 24 bzw. 25 eingesetzt. Der sich durch das Lager 18 erstreckende Teil der Welle 21 ist mit einem Motor 28 verbunden. Ein Gaseinlaß 29 mündet in den Zylinder 17 an einer Stelle zwischen dem elliptischen Ventilkörper 22 und dem zylindrischen Ventilkörper 23, und er ist mit einer Abgasleitung 30 des Motors verbunden.
In Fig. 1 sind Verbindungsleitungen 31a, 31b mit den Gasauslässen 20a bzw. 20b verbunden, und trichterförmige Einlaßabdeckungen 32a, 32b und zylindrische Gehäuse 33a, 33b sind mit den Verbindungsleitungen 31a, 31b derart verbunden, daß sie zur Achse des Zylinders 17 parallel sind. Die Gehäuse 33a, 33b nehmen Filterelemente 34a bzw. 34b auf, deren Umfang mit Befestigungsmatten 35a, 35b bedeckt ist, die hauptsächlich aus Keramikfasern bestehen, die eine Wärmeausdehnung haben. Die Filterelemente 34a, 34b haben jeweils eine Bienenwabenstruktur, bestehend aus Faserkeramik, die durch Sintern von Tonerdesilikat und Ton gebildet ist und eine große Anzahl von Zellen 36a, 36b aufweist, die abwechselnd an beiden Enden mit Stopfen 37a bzw. 37b verschlossen sind. Die Gehäuse 33a, 33b sind durch eine Auslaßabdeckung 38 mit einer Auslaßleitung 38 (richtig: 39) verbunden.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform erläutert.
Im Normalbetrieb des Motors ist die kürzere Achse der Ellipse des elliptischen Ventilkörpers 22 des Vier-Wege-Ventils 16 zu der die gegenüberliegenden Gasauslässe 20a, 20b verbindenden Linie parallel, d.h. in einem Zustand, wo sich das Vier- Wege-Ventil 16 in einer neutralen Stellung befindet, damit alle Öffnungen des Zylinders 17 miteinander in Verbindung stehen. In diesem Fall wird das Abgas des Motors auf die Verbindungsleitungen 31a, 31b vom Gasauslaß 20a bzw. 20b des Vier-Wege- Ventils 16 aufgeteilt, durch die Einlaßabdeckungen 32a, 32b auf die gesamte Fläche der Filterelemente 34a, 34b verteilt, und es tritt in die Zellen 34a, 34b der Bienenwabenstruktur ein. Gleichzeitig werden in den Abgasen enthaltene Partikel von den Wänden der aus einer porösen Faserkeramik hergestellten Zellen ausgefiltert und in den Zellen 34a, 34b gesammelt. Die gefilterten Abgase werden als saubere Gase durch die Auslaßabdeckung 38 geleitet, in der Auslaßleitung 39 gesammelt und an die Umgebung abgegeben. Während dieses Vorgangs strömt Luft kontinuierlich aus der Verbrennungsluftzuführung 7 und/oder dem ringförmigen Lufteinlaß 10 des Brenners 1, so daß kein Abgas in den Brenner 1 eindringt. Während dieser Zeit ist die Zufuhr von Zerstäuberluft und Brennstoff an einer mittleren Stelle der Leitung mit einem (nicht gezeigten) Magnetventil unterbrochen. Die in das Vier-Wege-Ventil 16 zugeführten Verbrennungsgase sind an einer Leckage an der hinteren Abdeckung 19 durch die in dem zylindrischen Ventilkörper 23 angeordneten ringförmigen Dichtringe 27 gehindert.
Nachfolgend wird der Vorgang erläutert, wenn die Filterelemente 34a, 34b regeneriert werden müssen, weil sich Partikel darin angesammelt haben.
Zunächst wird der Motor 28 eingeschaltet, um die Welle 21 zu verdrehen. Wenn sich der elliptische Ventilkörper 22 um 90º aus seiner neutralen Stellung verdreht hat, dann wird der Motor abgeschaltet. In diesem Zustand stehen die Brennkammer 13 und die Abgasleitung 30 des Motors mit der Verbindungsleitung 31a bzw. 31b in Verbindung. Sodann wird eine Hochspannung von ungefähr 10.000 Volt an die Zündkerze 9 angelegt, um an deren Spitze einen elektrischen Entladungsfunken zu erzeugen. Einige Sekunden später werden die Magnetventile, die die Zerstäuberluft und den Brennstoff abgesperrt hatten, gleichzeitig geöffnet, um Luft und Brennstoff, die von dem Luftverdichter bzw. von der Ölpumpe mit Druck beaufschlagt werden, der Zerstäuberdüse 2 zuzuführen. Der Brennstoff wird von der Zerstäuberluft in der Zerstäuberdüse 2 zerstäubt und sodann in die Brennkammer 13 eingeblasen. Der Brennstoff ist dann mit der Verbrennungsluft gleichförmig vermischt, die beim Hindurchleiten durch das Drallblech des Stabilisators 4 in eine Wirbelströmung versetzt wurde. Zu diesem Zeitpunkt wird der zerstäubte Brennstoff durch die Entladung der Zündkerze 9 gezündet, um eine Flamme zu bilden. Die Flamme wird durch die Wirbelströmung des Stabilisators 4 vor dem Brenner 1 stabilisiert, so daß ein guter Verbrennungszustand in der Brennkammer 13 aufrechterhalten werden kann. Die zugeführte Luft wird durch den Lufteinlaß 10 eingeblasen, der am Umfang des Stabilisators 4 angeordnet ist, sie strömt am Innenumfang der Brennkammer 13 entlang, während sie die Flamme umgibt, und sie erreicht den Einlaß 15 des Vier- Wege-Ventils 16. Das verbrannte Gas und die zugeführte Luft werden gut miteinander vermischt, während sie die Brennkammer 13 und das Vier-Wege-Ventil 16 durchströmen, um ein Gas mit hoher Temperatur zu bilden, das eine große Menge Sauerstoff enthält und das sich auf einer überwachten Temperatur befindet, das sodann durch die Verbindungsleitung 31a der Einlaßabdeckung 32a zugeführt wird. Das Gas mit hoher Temperatur wird in der Einlaßabdeckung 32a über die gesamte Fläche des Filterelements 34a gleichförmig verteilt und durchströmt das Filterelement 34a. Während dieser Zeit werden das Filterelement 34a und die darin gesammelten Partikel auf ungefähr 600ºC erhitzt, so daß die Partikel beginnen, zu Asche zu verbrennen. Das durch die Verbrennung entstehende Rauchgas wird durch die Auslaßabdeckung 38 geleitet und durch die Auslaßleitung 39 an die Umgebung abgegeben. Die Temperatur des vorerhitzten Gases kann gesteuert werden, indem das Ausmaß der Verbrennung im Brenner 1 oder die Menge der zugeführten Luft oder beides gesteuert wird, wodurch der Sauerstoffgehalt gesteuert werden kann. Das Abgas des Motors wird durch den Gaseinlaß 29 und sodann zwischen dem elliptischen Ventilkörper 22 und dem zylindrischen Ventilkörper 23 geleitet und strömt sodann durch die andere Verbindungsleitung 31b in die Einlaßabdeckung 32b, während es den elliptischen Ventilkörper 22 und die Welle 21 kühlt, die sich wegen des vorerhitzten Gases auf einer hohen Temperatur befinden. Das Abgas wird weiterhin durch das Filterelement 34b gefiltert, wobei sich Partikel in den Zellen 36b ansammeln. Nachdem dieser Vorgang innerhalb einigen Minuten abgeschlossen ist, wird der Motor umgesteuert, um die Welle 21 um 180º zu verdrehen. In diesem Zustand stehen die Brennkammer 13 und der Gaseinlaß 29 in einer dem vorstehend beschriebenen Vorgang entgegengesetzten Weise mit der Verbindungsleitung 31b, 31a in Verbindung. Demzufolge werden das vorerhitzte Gas vom Brenner 1 und das Abgas vom Motor umgeschaltet, so daß das Abgas des Motors durch das Filterelement 34a hindurchgeleitet wird, das durch Verbrennen der darin befindlichen Partikel infolge der Strömung des vorerhitzten Gases regeneriert wurde, und das vorerhitzte Gas wird durch das Filterelement 34b hindurchgeleitet, in dem sich durch die Strömung des Motorabgases Partikel angesammelt haben. Demzufolge werden die im Filterelement 34b angesammelten Partikel rasch auf 600ºC erhitzt, was ihre Entzündungstemperatur ist, und demzufolge beginnt ihre Veraschungsverbrennung. Gleichzeitig werden Partikel wieder in dem regenerierten Filterelement 34a gesammelt. Nachdem dieser Vorgang in einigen Minuten abgeschlossen ist, wird der Motor wieder eingeschaltet, um die Welle 21 um 90º zu verdrehen und den elliptischen Ventilkörper 22 in seine neutrale Ausgangsstellung zurückzuführen.
Die beiden Filterelemente werden daher im allgemeinen gleichzeitig eingesetzt, was einen sehr geringen Gegendruck erzeugt, und diese Reinigungseinrichtung kann daher betrieben werden, ohne den Motor zu belasten. Da andererseits eines der Filterelemente zu Regenerationszwecken betätigt wird und das andere Filterelement während der Regeneration als Filter betrieben wird, werden die Abgase des Motors stets durch das Filterelement 34a oder 34b hindurchgeleitet, das Partikel zurückhält. Da außerdem während der Regeneration das vorerhitzte Gas des Brenners 1, das eine vollständige Verbrennung durchführt, durch das Vier-Wege-Ventil 16 und durch die Verbindungsleitung 31a oder 31b hindurchströmt und über die gesamte Fläche des Filterelements 34a oder 34b in der Einlaßabdeckung 32a oder 32b verteilt wird, ergibt sich außerdem eine gleichförmige Temperaturverteilung in dem Filterelement 34a oder 34b. Da das Abgas des Motors durch die in dem elliptischen Dichtkörper 22 des Vier-Wege-Ventils 16 angeordneten elliptischen Ringe 26 abgesperrt wird, kann sich das Abgas auch nicht mit dem vorerhitzten Gas des Brenners 1 vermischen. Wenngleich das Vier- Wege-Ventil 16 während des Betriebs des Motors, insbesondere während der Regeneration erhitzt, verhindern die in dem elliptischen Dichtkörper 22 und in dem zylindrischen Dichtkörper 23 angeordneten elliptischen Ringe 26 bzw. kreisförmige Ringe 27 den Austritt von Gas, und sie verhindern eine Beendigung der Verdrehung dieser Ventilkörper infolge einer Zunahme der Reibung aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung der Ventilkörper und des Zylinders 17.

Zweite Ausführungsform

Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung erläutert.
Fig. 3 ist ein Längsschnitt einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Bauteile, die mit denjenigen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und daher nachfolgend nicht beschrieben sind. In der Zeichnung sind mit den Bezugszeichen 32c, 32d Einlaßabdeckungen bezeichnet, die vor und auf den Achsen der Abdeckung 33a bzw. 33b angeordnet sind und die mit Verbindungsleitungen 31c, 31d auf Linien verbunden sind, die den Außenumriß der Einlaßabdeckungen tangieren. Demzufolge strömt das Gas, das die Verbindungsleitung 31c bzw. 31d durchströmt hat, von der Einlaßabdeckung32c oder 32d her in das Filterelement 34a oder 34b ein, während es kreisförmig umläuft. Demzufolge strömt das Motorabgas im Normalbetrieb des Motors vertikal zur Achse des Filterelements 34a oder 34b und trifft nicht unmittelbar auf die Vorderseite des Filterelements 34a oder 34b auf. Die Zellenwände in der Vorderseite des Filterelement 34a oder 34b werden daher nicht durch harte feste Teilchen abgenutzt, wie Späne oder Schuppen aus Eisenrost, die in dem Abgas des Motors enthalten sind. Außerdem wird das Gas hoher Temperatur während der Regeneration durch die Wirbelströmung über den Umfang des Filterelements 34a oder 34b verteilt und gibt genügend Wärme an dieses ab, wobei die Temperatur in der Nähe des Umfangs des Filterelements 34a oder 34b insbesondere durch die Wärmeleitung der Befestigungsmatte 35a oder 35b nicht verringert wird.

Dritte Ausführungsform

Eine dritte Ausführungsform wird nachfolgend anhand von Fig. 4 erläutert, wobei solche Bauteile, die denjenigen der ersten Ausführungsform gleichen, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und daher nachfolgend nicht beschrieben sind. Bei dieser Ausführungsform hat eine Brennkammer 13b eine Doppelwand, umfassend eine äußere Hülse 11b und eine innere Hülse 12b, wobei ein zwischen der äußeren Hülse 11b und der inneren Hülse 12b gebildeter Zwischenraum als Einlaßluftkanal 40 dient. Ein Lufteinlaß-Verbindungsbereich 41 ist an der Seite des Einlaßluftkanals 40 nahe dem Einlaß 15 für vorerhitztes Gas des Vier- Wege-Ventils 16 angeordnet, und die andere Seite steht mit dem Lufteinlaß 10 in Verbindung. Während der Regeneration wird die Verbrennung im Brenner 1 gestartet, um eine Flamme zu bilden, die sodann die innere Hülse 12b erhitzt. Gleichzeitig strömt Luft durch den Einlaßluftkanal 40, wobei sie die innere Hülse 12b kühlt, sie wird vom Lufteinlaß 10 in die Brennkammer 13b eingeblasen, mit der Flamme vermischt und als vorerhitztes Gas einer bestimmten Temperatur dem Filterelement zugeführt, das regeneriert werden soll. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperatur des vorerhitzten Gases auf 600ºC gehalten.
Wenn die Brennkammer 13b dieser Ausführungsform benutzt wird, dann ist der Brennstoffverbrauch des Brenners im stationären Zustand kleiner als unmittelbar nach der Zündung, was im Vergleich zu der ersten Ausführungsform zu einem geringeren Brennstoffverbrauch führt. Außerdem wird die Temperatur der äußeren Hülse 11b um 50ºC oder weniger verringert durch die Verbrennung des Brenners, weil keine Verbrennungswärme des Brenners unnötigerweise zum Erwärmen der Wärmeisolierung verbraucht wird. Demzufolge wird die Wärme des Brenners überaus wirkungsvoll zum Erhitzen der Filterelemente genutzt, wobei eine beträchtliche Wärmeisolation erreicht wird.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine wirkungsvolle Reinigungseinrichtung geschaffen, die im Normalbetrieb eines Motors zwei Filterelemente benutzt, so daß die Maschine mit einem sehr geringen Gegendruck arbeiten kann, was einen hohen Wirkungsgrad des Motors gewährleistet und die Emission von ungereinigten Gasen während der Regeneration der Filterelemente verhindert. Da das Abgas des Motors während der Regeneration durch ein Vier-Wege-Ventil von dem vorerhitzten Gas eines Brenners isoliert ist, braucht das Abgas nicht erhitzt zu werden. Da jedes Filterelement aus einer Faserkeramik mit kleiner Wärmekapazität besteht, kann die Größe des Brenners und der Brennstoffverbrauch erheblich verringert werden.

Claims

Übersetzung der Patentansprüche:

1. Diesel-Abgas-Partikelfilter mit zwei keramischen Filterelementen (34a, 34b), einer Ölbrennkammer (13) zum Regenerieren der Filterelemente und einem Vier-Wege-Ventil (16), wobei das Vier-Wege-Ventil so ausgebildet ist, um wahlweise und abwechselnd die Filterelemente mit einer Abgasleitung (30) bzw. mit der Brennkammer zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß das Vier-Wege-Ventil einen Zylinder (17), einen elliptischen Ventilkörper (22), der in dem Zylinder drehbar angeordnet ist, wobei sein Umfang mit der Innenfläche des Zylinders in Gleitberührung steht, eine Welle (21), die sich längs der Mittelachse des Zylinders erstreckt und die an ihrem einen Ende mit dem elliptischen Ventilkörper und an ihrem anderen Ende mit einem Drehantrieb verbunden ist, umfaßt; daß in einem Endteil des Zylinders außerhalb eines Bereichs, in dem der elliptische Ventilkörper verdrehbar ist, ein Verbrennungsgaseinlaß (15) ausgebildet ist, der mit der Ölbrennkammer verbunden ist, daß eine Abgaseinlaßöffnung in dem anderen Endteil des Zylinders außerhalb des besagten Bereichs angeordnet und mit der Abgasleitung (30) verbunden ist und daß in dem besagten Bereich Auslässe (20a, 20b) in dem Zylinder angeordnet sind, die einander diametral gegenüberliegen und mit den beiden Filterelementen verbunden sind, wobei der elliptische Ventilkörper an seinem Umfang mit Umfangsnuten (24) versehen ist, in die Dichtringe (26) eingesetzt sind.

2. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsleitungen (31c, 31d) von den besagten Auslässen (20a, 20b) des Vier-Wege-Ventils mit den Filterelementen derart verbunden sind, daß diese Verbindungsleitungen in Bezug auf die Mittelachse jedes Filterelements außermittig in diese Filterelemente münden, wodurch das über die Verbindungsleitungen in die Filterelemente eingeführte Gas eine Wirbelströmung verursacht.

3. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsleitung (31c, 31d) von dem Vier-Wege-Ventil mit jedem der Filterelemente derart verbunden ist, daß seine Achse von der Achse dieses Filterelements abweicht.

4. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer zwei Hülsen (11, 12) umfaßt, zwischen denen eine Wärmeisolierung (14) angeordnet ist.

5. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer zwei Hülsen (11, 12) umfaßt, wobei Luft zwischen die beiden Hülsen eingeleitet wird, um die Brennkammer zu kühlen und eine Luftströmung zu bilden.

6. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterelemente Faserkeramiken sind, die durch Sintern eines zusammengesetzten Materials aus einer wärmebeständigen Faser aus Tonerdesilikat und Ton auf einem gewellten Bienenwabenträger hergestellt sind.