THERMISCHER RUSSFILTER

Beschreibung

[0001] Beschreibung des "Thermischen Rußfilters" als Partikelfilter für Ruß mit Reduktions - Zone für NOx und seiner Steuerung mit dem "Multifunctional set" nach UK Patent Nr. 2316203, der Erfindung entsprechend . PATENTANSPRUCH von 1. bis 6. und den Figuren 1 und 2, gehört, gehören die Einrichtung(en) als Komponente(n) zu dem Dieseleinspritzsystem, den Dieseleinspritzsystemen, insbesondere zu den Common Rail- Systemen. Der "Thermische Rußfilter" (7/10) ist in der Figur 1 - nach der Düse (14) angeordnet, so dass die angesaugte (kalte) Luft/ die rückgeführten (noch warme) Abgase als Teilmenge davon durch den "Thermischen Rußfilter"strömen (Fig 1), hier als Kombination aus einer Venturi-und einer Lavaldüse, der aber jede andere geeignete Form bei jedem geeigneten Abstand zur Einspritzdüse/Injektor/Aktor (14) haben kann,(Fig.2).
Aus der Skizze für die Versuchseinrichtung (in den Feuerungsraum eines Kessels mit etwa 40 KW Leistung eingebaut) ist zur Rußerzeugung ein Abstand "R"+/- eingestellt, der sich selbsttätig bei der Kompression der vom Motor angesaugten Verbrennungsluft/ der rückgeführten Abgase, entsprechend der entstehenden Gasdrücke/Temperatur(en) einstellt und weiter nach der Zündung/Selbstzündung nach der Einspritzung /den Einspritzungen sich entsprechend der Zündwilligkeit des Diesel-Kraftstoffes (CZ), der Zerstäubung durch die Einspritzdüse, dem Zeitpunkt der Einspritzung(en), der Größe und Lage von Kennlinien und Kennfeldern, in dem Steuergerät/Diagnosegerät, hier dem verwendeten "Multifunctional set" der Johannes-Field-Generators UK Limited, eine Steuerung und Diagnose in ECHTZEIT ermöglicht, der dabei nach den herrschenden Temperaturen im Abgas und analog der Temperaturen dazu am "Thermischen Rußfilter" sich selber einstellt. Das Material für die Innenauskleidung des "Thermischen Rußfilters" wurde von Proflamm Öl-und Gasfeuerungsbedarf nach Katalog www.proflamm.com unter dem Artikelnamen "Vermi - Por- Feuerleichtstein" (50 60 500) bezogen. Weitere Lieferanten waren Hersteller für hochhitzebeständige Keramikformteile wie Oxidkeramik Cardenas GmbH für Zirkonkeramik (Zr02). Die Oberfläche des Feuerleichtsteines "Vermi-Por" ist porös und dabei "langfaserig" und erfüllt in Hinblick auf seine Oberflächenrauhigkeit dem geforderten Grenzwert "Re" nach dem Potenzgesetz von Blasius und Re nach dem Gesetz von Hermann ("Glattes Rohr", siehe Anlage Nr.2) und ist im Wesentlichen schaltungstechnisch nach der Luftvergleichszahl (Lamda), dem CO-Gehalt, dem CO2-Gehalt, dem Abgasverlust und dem daraus resultierenden Wirkungsgrad (siehe Messblatt) bei einer entsprechenden Flammengeschwindigkeit ab dem Einspritzbeginn und nach der Zeitdauer des wirkenden Einspritzstrahles/der Einspritzstrahlen an der Einspritzdüse, dem Injektor, dem Aktor (14), dessen Form(en) und dem Anstellwinkel (13) des "Thermischen Rußfilters" (7/10), und der Gasströmung (Flamme (18)/Abgase (19)) im Versuchsaufbau (Fig.1) abhängig. Weitere wichtige Faktoren der Flammen - Ausbildung sind die Frequenzzyklen des Einspritzens von Brennstoff und die Tröpfchen - Größe des zerstäubten Brennstoffs und der Ausbreitung des verdampften Brennstoffes an der Einspritzdüse,/dem Injektor(14) haben kann..

[0002] Nach Anette Pashkova et al., Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Duisburg - Essen, findet bei Temperaturen oberhalb von 300 K eine Reaktion von N02 auf Ruß-Oberflächen statt, bei der die Effektivität mit steigender Reaktionstemperatur - ab 600 K - ansteigt.

[0003] Um eine effektive Reduktion von NOx zu HONO und NO mit Hilfe von Ruß-Partikeln mit dem erfindungsgemäßen "Thermischen Rußfilter" zu erreichen, sollte die Reaktionstemperatur mindestens 650 K am "Thermischen Rußfilter" betragen.

[0004] Dabei ist die Rußzahl nach (Messblatt von 1-0-0 anzustreben, bei der keine sichtbaren Ruß - Partikel im Messgerät bei der Prüfung mit der Ruß-Pumpe, festgestellt werden können.

[0005] Die nach dem Messblatt im Versuch vorgenommenen Einstellungen lassen erkennen, dass der erfindungsgemäße "Thermische Rußfilter" unter Benutzung von einstellbar anfallenden Ruß-Partikeln (siehe"R +/-", dem variablen "Rußspalt"), bei geringem Abstand im Zehntelmillimeterbereich, R+ zur Düse (14), die Rußzahl etwa 1-1-1) beträgt. Bei Minus-Werten für R, also einer gegenseitigen Überdeckung von Düse (14) und "Thermischer Rußfilter" (7/10), ist je nach Überdeckungsgrad eine Rußzahl zwischen 0-0-0 und 1-0-1 feststellbar (siehe (Messblatt).Daraus folgt, dass die erfindungsgemäße Konstruktion des "Thermischen Rußfilter" so zu erfolgen hat, dass er in seiner Lage, auch zu den herrschenden Druckverhältnissen an der Stirnseite des Düsenstockes (14), Fig.1 von Blatt 1/2, der Einspritzdüse im Dieselmotor variabel ist. Wobei eine Regelung über das Steuergerät "Multifunctional set" erfolgt, indem, entsprechend dem Zündverzug in Kurbelwinkelgraden nach dem darin einprogrammierten Motorkennfeld, der Motorkennlinie, die als Mittelwert gemessene Abgastemperatur in der Versuchsanlage, siehe (Fig1), R+/- von Zeichnungsblatt 1/2 bzw. des "Thermischen Rußfilters", siehe Fig.2 R+/R- über die Stellelemente (9/9') solange mit Temperaturveränderung (en) mit Hilfe der gemessenen Werte der Abgastemperatur(en) mit dem Steuergerät "Multifunctional set" und dadurch entsprechend der Temperatur(en) am Einlass/Auslass des "Thermischen Rußfilters", seine Lage zur Düsenstirnseite/Injektor solange sich selbsttätig nachstellt (V-/V+) bis ein Äquivalent zur Rußbildung erreicht ist, das eine vollständige Reduzierung von N02 zu z.B. HONO an den Rußoberflächen beinhaltet (siehe Aneta Pashkova et al.: Reduktion von NO2 auf Ruß-Oberflächen im Bereich von etwa 300 bis etwa 700 K). In wieweit sich bei der Reduktion von NO2 zu HONO bzw. NO auch eine Beinflussung der OH-Konzentration ergibt, ist seiner potentiellen Größe nach noch zu untersuchen, da die die Emissionsvorgaben der Gesetzgebung immer stringenter werden. Als Hintergrundinformation dient hierzu auch Abbildung "Common Rail-Aktor"; www bosch.de/k, Prospekt Seite 7 der Druckschrift 1 987 709 359 -C/SMC2-0905-De und die Abbildung "Aufbau eines SCR-Katalysators" auf Seite 11 dies Prospektes "Diesel Systems". Der "Thermische Rußfilter" muß von einem "Korsett"/Halter umschlossen sein, zum Beispiel von einer hochfesten Oxidkeramik, wie von der Cardenas GmbH lieferbar, und im hohlen Innern (7), (der Bohrung) eine Auskleidung aus elastischer langfaserigen/offenporigen Keramik haben, wie zum Beispiel Zr (Si 04) Silikat/ ZrO2 oder jedem anderen dafür geeigneten Material, das hoch temperaturbeständig ist und strömungstechnisch als "Glattes Rohr", gelten kann, wie z.B. im Taschenbuch für den Maschinenbau von Dubbel " Widerstände in Rohrleitungen und Armaturen, 2. Glattes Rohr" beschrieben.

[0006] Es folgen Vorschläge zur Konstruktion des erfindungsgemäßen "Thermischen Rußfilters", insbesondere für das Common Rail-System geeignet, "Diesel-SpeichereinspritzsystemCommon Rail", 2. Ausgabe, November 1998, Prospekt 1 987 722 054, ISBN 3-7782-2054-3.

[0007] Einzelheiten des "Thermischen Rußfilters" (7/10) sind in, Fig.1 dargestellt: Der Rußfilter ist auf der linken Seite des zeichnerischen Schnittes durch ihn, in seiner maximalen Stellung (R-, Überdeckung) zum Injektor (14) hin, dargestellt. Bei der Überdeckung von der Stirnfläche des Injektor (14), seiner Spritzseite, und dem "Thermischer Rußfilter" (7/10), seiner Oberkante dem Injektor zugerichtet, hier nach seiner Bewegung in der Richtung V+ nach dem Aufgehen der geschlitzten (Tellerscheiben (9) zu (9')) aus Bimaterial, oder jedem anderen dafür geeigneten Material, am heißen Ende des "Thermischen Rußfilters", bedingt durch die Erhöhung der Temperatur (en) beim Einspritzen mit dem Injektor/Aktor (14) von Brennstoff in den Brennraum/Zylinder des Motors, durch den "Thermischen Rußfilter" (7/10) hindurchgehend, wobei die Vorgaben dafür im "Multifunctional set" gespeichert sind, und mit einer Abgassonde in den Motorabgasen die Abgastemperatur(en) gemessen und die Messwerte im "Multifunctional set" analog mit den gespeicherten Werten darin ( Blockschaltbild Fig.3 Pos.11 von UK Patent GB 2316 203 B) verglichen und gegebenenfalls der Einspritzzyklus automatisch korrigiert wird, um den optimalen Einspritzbeginn einzustellen. Dies geschieht bei diesem System "wireless" und in Echtzeit. Die notwendige Zeit für einen solchen Regelvorgang beträgt weniger als für den Abspritzzyklus an der Einspritzdüse erforderlich (weniger als 1/1000 Sekunde).
Möglich ist dies durch die Stellglieder aus "Bimaterial" in z.B. Tellerform (9, 9'), die fein auf eine Temperaturveränderung reagieren, weil ihre plattierten Teile aus wenigstens zwei unterschiedlichen Materialien mit stark unterschiedlichen Längen-Ausdehnungskoeffizienten (z.B. Zirkoniumoxid ZrO2, 10/1000000 pro Grad K und Siliziumkarbid HPSiC, 4,5/1000000 pro Grad K sich verschieden voneinander ausdehnen) und die inneren und äusseren Ränder der erfindungsgemäßen tellerförmigen Elemente Einkerbungen (8) haben, die den Kraftaufwand zur Formänderung der tellerförmigen Elemente minimieren.. Gleiches gilt für die rechte Seite der zeichnerischen Schnittdarstellung. Hier ist eine maximale Bewegung in Richtung V- erfolgt und ein Spalt "R+" am "Einlauf"(oben) des "Thermischen Rußfilters" freigegeben, so dass ein optimaler Rußanteil (etwa für die Rußzahl 1-0-1) zur Reduktion von N02 (zu HONO oder NO) an der Oberfläche der Rußpartikel zur Verfügung steht. Auch hier werden die Abgaswerte im "Multifunctional set" mit den dort gespeicherten Werten verglichen und gegebenenfalls korrigiert. Die dafür notwendige Zeit ist weniger als eine Millisekunde lang, da der "Multifunctional set" in Leucht-Dioden - Arbeitsweise, wireless und in ECHTZEIT arbeitet (Fig.2 Position 9).

Bezugszeichenliste

[0008] Position: Erklärung mit der Auflistung der verwendeten Begriffe:

1

simulierter Dieselmotor mit P von etwa 40 KW

2

Abdeckplatte (links) aus hitzebeständiger Keramik

3

Abdeckplatte (rechts) aus hitzebeständiger Keramik

4

Verschraubung aus hitzebeständigem Stahl

5

Seitenteil (rechts) aus feuerfester Keramik

6

Seitenteil (links) aus feuerfester Keramik

7

Auskleidung aus offenporigem, hitzebeständigem Material, zum Beispiel Zirkondioxyd des Filters

8

Gestänge für Schieber (11) zum Simulieren von "Gas" geben oder "Gas" wegnehmen (auf, zu)

8'

Steuerschlitze (Fig.1 und Fig.2), Einkerbung(en)

9/9'

Stellelement(e), Tellerscheibe(n) aus Bimaterial, Säule(n) daraus

10

Halter/"Korsett"/Rohrkörper für Position 7 in den Figuren 1 und 2

11

Schieber

12

Fuß

13

Verstellmöglichkeit im Winkel für den "Thermischen Rußfilter" im Motor

14

Injektor, Aktor, Düse, Einspritzdüse, Düsenstock

15

Kessel (bestehend)

16

Verschraubung

17

Befestigung

18

Flamme

19

Abgase (zum Kessel- Anschluß-Stutzen strömend oder teilrückgeführt)

20

Luft/Teilabgase, komprimiert im Arbeitstakt, Zündung, Vorglühen (Start)

21

Überdeckung R_ vom Düsenstock

22

sich ausdehnende Gase zusammen mit Kraftstofftröpfchen beim Arbeitstakt

23

Kolbenbewegung beim Tauchkolbenmotor im Zylinder

24

Kerbe im Einsatz (7/10) für den Rußspalt R+ und als Verdrehsicherung für Position 7/10

Ansprüche

1. Anordnung zur NO2-und rußfreien Emission eines Dieselmotors, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem Einspritzelement (14), das aus einem Injektor, einem Aktor oder einer Einspritzdüse besteht,
einem unmittelbar stromabwärts des Einspritzelements (14) angeordneten thermischen Rußfilter (7), dessen Innenseite aus einem wärmebeständigen, langfaserigen und offenporigen Material besteht,
und axial auf das thermische Rußfilter (7) wirkende Stellglieder (9, 9'), die als Stapel aus auf Erwärmung reagierenden Bimaterialelementen ausgeführt sind, wobei, die Elemente aus fest miteinander verbundenenen Lagen gebildet werden und je nach Erwärmung eine stärkere oder schwächere Krümmung in sich aufweisen, wobei die Stellglieder (9,9') durch das thermische Rußfilter (7) entsprechend selbsttätig einen maximalen Weg R- in Richtung V+ des Einspritzelements (14) und entgegengesetzt in Richtung V- mit einem maximalen Weg R+ bewegen,
wobei ein Steuergerät nach Kenndaten, Kennfeldern oder Kennlinien die Bedingungen so einstellt, dass durch die sich ergebende Temperatur eine entsprechend Verschiebung des thermischen Rußfilters (7) bewirkt wird und der für die Reduktion von NO2 zu HONO mindestens erforderliche Ruß nur produziert wird, der bei dieser Reaktion vollständig aufgebraucht wird.

2. Anordnung zur NO2-und rußfreien Emission eines Dieselmotors nach Anspruch 1.),
dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rohr (10) eine Auskleidung als Filter (7) ist, die aus offenporiger Keramik besteht, die so rau an ihrer Oberfläche ist, dass beim Durchströmen der Flamme (18) eine turbulente Strömung nach dem Potenzgesetz von Blasius und dem Gesetz von Hermann entsteht.

3. Anordnung zur NO2- und rußfreien Emission eines Dieselmotors nach Anspruch 1.),
dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Rußfilter (7) die Form einer Lavaldüse hat, die Schallgesdovindigkeit der Flammeider Gassäule (18) in ihm ermöglicht.

4. Anordnung zur N02- und rußfreien Emission eines Dieselmotors nach Anspruch 1.),
dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Rußfilter (7) aus einer hoch wärmebeständigen, korrosionsbeständigen Keramik mit niedrigem Wärmeleitwert besteht.

5. Anordnung zur NO2- und rußfreien Emission eines Dieselmotors nach Anspruch 1.),
dadurch gekennzeichnet, dass der reduzierende Filter (7) und ein ihn umschließendes Rohr (10) aus einer Keramik, wie Zirkoniumoxid besteht.

6. Anordnung zur NO2- und rußfreien Emission eines Dieselmotors nach Anspruch 1.),
dadurch gekennzeichnet, dass ein nach oben und unten offener Rohrkörper (10) mit Bördelung an den Stirnseiten aus wärmebeständigem, korrosionsfestem Stahl oder aus Zirkoniumoxid als in sich geschlossener Mantel oder als Rohr den Filter (7) umschließt, und dass die Struktur des Filters (7) auf seiner Innenseite als Strömungstechnisch. Glattes Rohr" eine höchste Schallgeschwindigkeit der Flamme (18) ermöglicht und dessen Poren Ruß zur Reduktion von N02 aufnehmen,
das Rohr (10) kann aus einer hochfesten wänneheständigen Oxidkeramik, wie z.B. Zirkonkeramik, bestehen und der innenliegende Filter (7) aus offenporigem Material aus Zirkoniumoxid darin eingeschwemmt sein.

Claims

1. Arrangement in order to get NO2 and soot-free emissions of a diesel engine, marked therein, that these device is an injection - element (14), consisting out of an injector, actor or an injector-nozzle,
and immediately acting direct down-stream at the injector-element (14) with the thermal soot filter (7) positioned, the inside of the filter (7) is out of a heat-resistant and long-fibered, open - porous material,
and axially on the thermal soot filter (7) acting actuators (9.9 ') in the column, out of sensitive heat reacting bi-material-elements, whereby the elements out of tight connected layers are constructed, and according the heating-up of them a more or less bending in themselves points out and shifts automatically by the thermal soot filter (7) a maximum way R- in the direction of V+ of the injection - element (14) and opposite in the direction V- with a maximum way R+, where a controller with programmed-in characteristic dates, characteristic maps or characteristic system lines, according the reached temperatures a certain shifting of the thermal soot particle filter (7) is effected and the soot at least necessary for the reduction of N02 to HNO will be processed and completely used within this reaction.

2. Arrangement for to get NO2-free and soot-free emission of a diesel engine according to claim 1.), marked therein,
that in a tube (10) is a lining as a filter (7), which consists out of open-pore ceramic, which is so rough on the surface, that by passing the flame (18) after a turbulent flow according the law from Blasius and .the law from Hermann is obtained.

3. Arrangement for to get NO2-free and soot-free emission of a diesel-engine, according to claim 1.), marked therein,
that it has got the form of a Laval nozzle, for getting speed of sound of the flame / the gas column (18) provided in it.

4. Arrangement for to get NO2-free emission of a diesel-engine, according to claim
1.), marked therein that it consists out of a highly heat resistant, corrosion resistant ceramic with low thermal conductivity.

5. Arrangement for to get NO2-free and soot-free emissions of a diesel engine according to claim 1.),
wherein the reducing filter (7) and a enclosing tube (10) out of a ceramic, such as zirconium oxide consist.

6. Arrangement for N02-free and soot-free emissions of a diesel engine according to claim 1.),
marked therein,
that a open, of the top and of the bottom, tubular body (10) with bends at the ends, out of heat resistant, corrosion-resistant steel or zirconium oxide as self-enclosed, or as a tube, the filter casing (7) is clamped, and that the structure of the filter (7 ), on its inside airflow, as a "smooth pipe" , with a highest speed of sound of the flame (18), allows its pores absorbs suit-particles for the reduction of N02, the tube (10) can consist out of a high stable, heat-resistant ceramic, as for example
zircon ceramic and be inside of the filter (7) out of porous material out of zirconium , and the inside-lining (7) is washed -in.
See please the attached drawings with the translation "Socket connection to the boiler" and "Explanation: the dotted lines shows the parts of the boiler, already existing".

Revendications

1. MANDAT 1.) Pour sens le NO2, et les émissions de suie des moteurs diesel, caractérisé en ce que, d'un élément d'injection (14), constitué d'un injecteur, un acteur ou un injecteur,

une située immédiatement en aval des injecteurs (14) disposés un filtre à suie thermique (7), l'intérieur d'un résistant à la chaleur et à fibres longues matériau est poreux,

et axiale sur le filtre à suie thermique (7) actionneurs agissant (9.9' ), qui sont conçus comme une pile de la mise en température du bi-matériau , sont formé des éléments solidement avec les situations liées et en fonction du réchauffement climatique constitue une plus ou moins forte exposition courbure en soi, avec les actionneurs (9.9') par le filtre à suie thermique (7), conformément à un chemin d'accès maximal automatiquement dans la direction de V+ avec R- des injecteurs (14) et correspondant opposés dans la direction de V- avec R + déplacement maximum du chemin,

avec une unité de contrôle des données d'identification, des cartes ou des courbes, les conditions de règle alors que la température résultant, un changement d'approche dans le filtre à suie thermique est atteint (7), et est produit pour la réduction de NO2 à HONO, une suie minimal requis que le entièrement consommé dans cette réaction.

2. Mandat pour sens le N02 et la suie des émissions d'un moteur diesel selon la revendication 1.),
caractérisé dans un tube (10) est une doublure comme un filtre (7), qui se compose de matériau poreux céramique, qui est si rugueuse à la surface, qu'en passant la flamme (18) après un écoulement turbulent de loi de puissance Supposons que par Blasius et de loi, développé par Hermann.

3. Mandat pour sens le N02 et la suie des émissions d'un moteur diesel selon la revendication 1.), caractérisé par le fait qu'il a la forme d'une tuyère de Laval, la vitesse du son de la flamme, la colonne de gaz (18) prévoit en lui.

4. Mandat pour sens le N02 et la suie des émissions d'un moteur diesel selon la revendication 1.),
caractérisé en ce qu'il est constitué d'une chaleur très résistant, la dynamique résistant à la corrosion en céramique avec une faible conductivité thermique.

5. Mandat pour sens le N02 et la suie des émissions d'un moteur diesel selon la revendication 1.),
dans lequel le filtre de réduction (7) et l'enferme tube (10) à partir d'une céramique, comme l'oxyde de zirconium existe.

6. Mandat pour sens le N02 et la suie des émissions d'un moteur diesel selon la revendication 1.), au bord de le tube about des matériau résistants à la chaleur, la corrosion de l'acier résistant ou de l'oxyde de zirconium dans laquelle un organe ouvert entoure haut et bas de porte tubulaire (10) avec une auto-fermées ou comme un tube, le boîtier de filtre (7), et que la structure du filtre (7 ) sur son flux d'air, comme l'oxyde de zirconium - tube, une plus grande vitesse du son de la flamme (18), permet à ses pores, absorber la suie pour la réduction de le N02,
le tube (10) est d'une chaleur à haute résistance-oxyde de céramique résistants, tels que exister et d'être à l'intérieur du filtre (7) d'un matériau poreux de l'oxyde de zirconium flottait en lui.
Sil vous plait, vue « Connexion à la chaudière » et
« explication : les pointillés montre de la chaudière, déjà existante ».et Fig.2

Zeichnung