DE69305685T2 - Filter zum Waschen und Festhalten der Abgase von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Filter zum Spülen und Zurückhalten von Abgasen von Motorfahrzeugen mit dem Ziel, die Emission von toxischen und umweltbelastenden Gasen zu reduzieren, die von den Abgassystemen von Motorfahrzeugen erzeugt werden.
• Die üblichen Systeme, mit denen Motorfahrzeuge ausgestattet sind, insbesondere solche, die mit Verbrennungsmotoren ausgerüstet sind, bestehen aus Katalysatoren.
• Die Katalysatoren, die abgesehen von ihren hohen Kosten den Einsatz von "unverbleiten" Brennstoffen benotigen, haben jedoch eine kurze Lebensdauer und sind insbesondere empfindlich bei Kaltstarts, wodurch Vorheizsysteme erforderlich sind, um die insbesondere schädlichen Auswirkungen dieser Startart auf die Innenauskleidung zu vermeiden.
• Man kennt andererseits Vorrichtungen, auf die in den Patentschriften US-A-26 12 745 und US-A-35 66 583 Bezug genommen ist. Derartige Vorrichtungen benutzen die Aktion einer Filtrierflüssigkeit, die die in den Abgasen vorhandenen Verunreinigungen zurückhält.
• Im ersten Fall erfolgt die Filtration in der Weise, daß man die Gase durch ein Labyrinth leitet, in dem die diversen Abschnitte mit dieser Filtrierflüssigkeit gefüllt sind. Dabei werden jedoch die Gase von Überschußwasser, welches sie mit sich führen, befreit, indem man sie durch einen Kondensator leitet. Andererseits werden die gleichen Gase nach der Filtration von neuem durch eine Labyrinthbahn hindurchgeführt, um die Kondensation und Wiedergewinnung der Filtrierflüssigkeit zu bewirken.
• In dem zweiten Fall erfolgt die Filtration in der Weise, daß man die Gase durch die oben erwähnte Filtrierflüssigkeit strömen läßt, worauf man anschließend das Durchwirbeln der filtrierten Gase bewirkt, indem man sie durch aufeinanderfolgende Durchwirbelungskammern hindurchleitet. Diese Kammern sind mit Gebläsen ausgerüstet, die den Vortrieb der Gase und das Durchwirbeln derselben bewirken.
• In diesem ersten Fall haben die Schmutzgase, da das Hindurchleiten der Gase durch den Kondensator (14) vor der Filtration stattfindet, die Tendenz, die Schmutzstoffe, welche sie mit sich führen, auf den Platten (19) und an den Innenwänden des Kondensators abzulagern, wodurch ein Isolierfilm erzeugt wird, der den Wärmetausch der Gase für den Kühlwasserkreislauf verhindert, was unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen (hoher Feuchtigkeitsgehalt in der Luft) bewirkt, daß ein wesentlicher Anteil der Kondensation in dem Gehäuse (23) beobachtet werden kann, und zwar mit einem unerwünschten Ansteigen des Flüssigkeitsniveaus in diesem Gehäuse, welches nicht mit irgendeinem automatischen Regelmechanismus für dieses Flüssigkeitsniveau ausgerüstet ist, welches, wenn es über das Niveau der höchsten Platten (6) ansteigt, die zuverlässige Funktionsweise des Systems gefährden kann.
• Bei dem zweiten System fehlt ebenfalls irgendeine Regeleinrichtung, die einen eventuellen Flüssigkeits volumenüberschuß in der Kammer verhindern könnte.
• Weiterhin werden bei keinem der beschriebenen Fälle cremeförmige Ablagerungen, die bei dieser Art von Vorrichtungen auf der Oberfläche der Filtrierflüssigkeit erscheinen können, weder verhindert noch unterdrückt, und man riskiert in dem Fall des Patentes US-A-3 566 538, daß die Luftverwirbelungsgebläse (35) an ihren Schaufeln mit Gummi oder anderen Verunreinigungen verunreinigt bleiben, welche ihre Wirksamkeit verringern und/oder Ungleichgewichte hervorrufen, die zu einem vorzeitigen Verschleiß der jeweiligen Lagerungen führen.
• Der vorliegende Filter kann angewendet werden bei Verbrennungsmotoren, die mit verbleiten oder unverbleiten Brennstoffen betrieben werden, bei Dieselmotoren oder anderen Maschinen, da er auch die Wirkung einer Filtrierflüssigkeit ausnützt, die die in den Abgasen vorhandenen Verunreinigungen zurückhält; diese Flüssigkeit kann leicht ausgetauscht werden, wenn sie gesättigt ist. Die jeweilige Filtrierflüssigkeit wird entsprechend dem Motortyp und der Art des verwendeten Brennstoffes ausgewählt.
• Der in Frage stehende Filter besteht aus einem oder mehreren in Reihe liegender Speichern oder aus einem einzigen Speicher mit mehreren Abschnitten, die eine Flüssigkeit aufnehmen, durch die die Abgase vor ihrem Kontakt mit der Atmosphäre strömen.
• Wenn mehr als ein Speicher oder mehr als ein Abschnitt in einem einzigen Speicher vorhanden sind, strömen diese Gase aufeinanderfolgend von Speicher zur Speicher oder von Abschnitt zur Abschnitt, wodurch sie progressiv filtriert werden, so daß sie vor dem Auslassen in die Atmosphäre an dem Filterauslaß den erwünschten Reinigungszustand erreichen.
• Jeder Abschnitt des Flüssigkeitsspeichers oder jeder dieser Speicher für den Fall, daß es mehrere davon gibt, ist im wesentlichen gebildet aus einem Einlaß und einem Auslaß für die Gase, einem Diffusor oder einer Gruppe von Diffusoren, die die Gase von dem Einlaß durch die Filtrierflüssigkeit transportieren, einer Gruppe von perforierten Platten - deren Funktion es ist, zu verhindern, daß der Abgasdruck die Filtrierflüssigkeit zur Außenseite des Behälters trägt - einem System von miteinander kommunizierenden Zellen, welches es ermöglicht, daß die in den einzelnen Abschnitten oder Speichern vorhandene Flüssigkeit in allen das gleiche Niveau hat, sowie einer Entleerungsöffnung, einer Befüllungsöffnung und den jeweiligen Stöpseln.
• Der erfindungsgemäße Filter kennzeichnet sich dadurch aus, daß er Injektoren (Q) für die Filtrierflüssigkeit aufweist, die in den Kern von schon teilweise gefilterten Gasen Wolken aus kleinen Filtrierflüssigkeitstropfen einführen, die die gleichen Gase noch weiter reinigen und abkühlen. Es sind andererseits Gebläse (P) vorgesehen, die zusätzlich zu ihrer üblichen Funktion zum Ansaugen von Gasen auch noch die Funktion haben, die Injektoren bei der Reinigung der Gase zu unterstützen, indem sie in den Gasen die Turbulenz erzeugen, die für ihre vollständige Mischung mit den Filtrierflüssigkeitswolken notwendig ist.
• Es gibt weiterhin zusätzliche Injektoren (Q), die die Gebläse abkühlen und diese Schaufeln reinigen, und die auch direkt oder indirekt die Oberfläche der Filtrierflüssigkeit (K) waschen.
• Es können weiterhin unabhängige Systeme zur Abkühlung der Filtrierflüssigkeit in Abhängigkeit von der Siedetemperatur vorgesehen sein, die beispielsweise durch traditionelle Pumpen-, Radiator- und Gebläseeinheiten gebildet sind, die sich vorzugsweise die Pumpeinrichtungen für die Flüssigkeit (K) zu den Injektoren (Q) zu Nutze machen.
• Der Filter ist vorzugsweise mit einer automatischen Einrichtung (5) für das Ablassen von durch Kondensation gebildetem Wasser versehen (die man insbesondere dann benotigt, wenn die Filtrierflüssigkeitöl ist).
• Außer den behandelten Elementen können zusätzlich Dekompressionskammern am Ausgang des Speichers (oder am Ausgang des letzten Speichers, wenn es davon mehrere gibt) derart vorgesehen sein, um die Kondensation des Dampfes der Filtrierflüssigkeit zu bewirken, die in den gereinigten Gasen noch vorhanden ist.
• Die durch den vorliegenden Filter bewirkten Vorteile beruhen darauf, daß man nach der Filtration, die aus dem Einspritzen eines Gases in eine Flüssigkeit durch eine untergetauchte Öffnung resultiert, eine zusätzliche Filtration erreicht, die aus dem Einspritzen eines Flüssigkeitsstrahles in einen Gastrom (was das Niederschlagen der in den Gasen mitgeführten Verunreinigungen begünstigt) resultiert, und zwar katalysiert durch die Wirkung der Gebläse, die das Mischen der Flüssigkeit mit dem Gas bewirken.
• Die Flüssigkeitsstrahlen haben weiterhin eine kombinierte Dreifachwirkung; sie reinigen und kühlen die Gebläse ab, indem sie verhindern, daß die mit den Gasen zugeführten Partikel an den Impulsgebern oder den Schaufeln der Gebläse anhaften; sie kühlen die Gase ab und reinigen sie; und sie dispergieren die Überreste (cremeförmige Substanzen), die sich an der Oberfläche der Filtrierflüssigkeit bilden. Man realisiert damit mit einer einzigen Vorrichtung die Funktion des Filtrierens und des Abkühlens
• Der übliche Auspufftopf, wenn er an dem Fahrzeug verbleibt, wird von den Abgasen, wenn in dem Filter oder seinen Bauteilen ein Defekt, insbesondere der Bruch eines der Speicher, auftritt, von den Abgasen nur dann durchströmt, wenn der übliche Weg der Gase mittels eines Ventils wieder hergestellt wird, das am Eingang des Filters angeordnet sein kann, um diesen außer Betrieb zu setzen.
• Es folgt die Beschreibung des Filters anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, von denen:
• Die Figuren 1 bis 5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Filters mit einem einzigen Speicher (A) zeigen, und zwar dargestellt in Figur 1 im Schnitt und in perspektivischer Ansicht, wobei man den Gaseinlaß (B), den Diffusor (C), die perforierten Platten (D), den Deckel (E) des Speichers und seine öffnung (F) sowie die Entleerungsöffnung (G) des Speichers erkennt.
• In Figur 2 ist der Filter - den man zur besseren Übersicht ohne die perforierten Platten erkennt -im Schnitt entsprechend einer Horizontalebene dargestellt, wobei man den Speicher (A) und seine Entleerungsöffnung (G), den Gaseinlab (B) und die Gasaustragsnut (H) nach der Filtration erkennt.
• In Figur 3, in der der Speicher (A) entsprechend einer Vertikalebene im Schnitt dargestellt ist, erkennt man den Gaseinlaß (B), den Diffusor (C), die perforierten Platten (D), den Deckel (E) und seine öffnung (F), die Entleerungsöffnung (G) sowie die Nut (H) zum Austragen des Gases nach der Filtration.
• In den Figuren 4 und 5, in denen der Filter hinsichtlich seiner Vorder- bzw. Rückansichten dargestellt ist, erkennt man den Speicher (A), den Deckel (E), die Öffnungen (F) und (G) sowie in der ersten dieser Figuren die Nut (H) für das Austragen des Gases nach der Filtration, und in der zweiten Figur den Einlaß (B) für das von dem Motor kommende Gas.
• Bezüglich seiner Funktionsweise arbeitet der Filter entsprechend der folgenden Beschreibung:
• Die von dem Motor freigesetzten Gase werden in den Filter durch das Rohr (B) eingeführt, sie durchströmen daran anschließend einen Diffusor (C), der an seinem Einlaß eingeschnürt und an seinem Auslaß erweitert ist, wo die Gase einer Dekompression unterworfen werden, wobei sie in den Speicher (A) ausgestoßen werden, der eine Filtrierflüssigkeit enthält, die die toxischen Elemente zurückhält und die Temperatur der Gase absenkt.
• Unmittelbar oberhalb des Diffusors (C) und auch oberhalb des Oberflächenniveaus der Filtrierflüssigkeit befinden sich die perforierten Platten (G), deren Funktion es ist zu verhindern, daß zusammen mit den filtrierten Gasen Bläschen der Filterflüssigkeit zur Außenseite des Speichers durch die Nut (H) entweichen, die im vorderen Teil des Speichers in der Nähe des Deckels (E) angebracht ist, durch die die Gase nach der Filtration entweichen.
• Dieser Filter, der mit Ausnahme der Kontrolle des Flüssigkeitsniveau in dem Speicher (A) praktisch keine Bedienung benötigt, besitzt in dem Deckel (E) eine Füllöffnung (F) und im Boden des Speichers eine Entleerungsöffnung (G); diese Öffnungen, die das Reinigen und das Füllen des Speichers ermöglichen, haben Stöpsel, welche sie während des Filterbetriebes verschlossen halten.
• Die Flüssigkeit zum Filtern und Abkühlen der Abgase kann beispielsweise ein Mineral- oder ein Pflanzenöl sein, und die Reinigung von filtrierten Gasen auf diese Weise ermöglicht es, daß sie ohne Umweltverschmutzung in die Atmosphäre abgelassen werden können.
• Die Figur 6 zeigt eine andere Ausführungsform des Filters, der an einem Verbrennungsmotor untersucht wurde, der im wesentlichen nach dem Otto-Zyklus mit verbleitem Kraftstoff arbeitet, wobei die verwendete Filtrierflüssigkeit Wasser war.
• In dieser Figur sieht man den Filter entsprechend einem Transversalschnitt, der den Speicher (A), der Gaseinlaß (B), die Diffusoren (C) - vier an der Zahl, die durch Rohre gebildet sind, die von einem Gaseinlaßrohr abzweigen, das am Einlaß des Filters angeordnet ist - die horizontalen und vertikalen perforierten Platten (D), das Oberteil (E) des Speicherkörpers und seine Öffnung (F) zum Befüllen, die Entleerungsöffnung (G) des Speichers, den Abgasauslaß (H) des Speicherkörpers in Richtung zu der Dekompressionskammer (I), das jeweilige Abzweigrohr (J) an dem Speicher für das Austragen von in dieser Kammer kondensiertem Wasser, die Filtrierflüssigkeit (K), in die die Thermostatspitze (L) eingetaucht ist, die die Temperatur abfühlt, bei der das Wasserkühlsystem anfängt zu arbeiten, welches das Wasser von dem Speicher durch die Öffnung (M) empfängt und es in den gleichen Speicher durch die Öffnung (N) zurückfördert, und die Öffnung (0) zeigt, durch die das Abgas den Filter in die Atmosphäre verläßt.
• Figur 7 zeigt abschließend eine letzte Ausführungsform des Filters, der an einem Diesel-Verbrennungsmotor untersucht worden ist, wobei die Filtrierflüssigkeit Öl war.
• Diese Figur zeigt eine Schnittansicht des Filters, bei der man den Speicher (A) mit mehreren Abschnitten zur Mehrfachfilterung von Gasen erkennt, wobei die mit den Buchstaben B bis O bezeichneten Komponenten von der gleichen Art sind, wie sie in Figur 6 beschrieben sind, wobei man auch das Gebläse (P) zum Ansaugen von partiell gefilterten Gasen, die jeweiligen Injektoren (Q) für die Filtrierflüssigkeit, die Platten (R), die die verschiedenen Abschnitte des Speichers abtrennen, den automatischen Wasserauslaß (S) - der aus dem ölspeicher das Wasser abläßt, welches während des Gasfiltrierungsprozesses sich am Boden des Speichers aufgrund seiner höheren Dichte sammelt - und endlich einen Zusatzspeicher (T) am Auslaß des Filters für das aus den Gasen abgeschiedene Wasser erkennt.

Claims (3)

1. Filter für die Spülung und Speicherung von motonsierten Fahrzeugeabgasen bestehend aus nur einem einzigen oder dann aus mehreren Speichern in Reihe, oder nur aus einem Speicher (A) mit mehreren Abschnitten, die eine Filtrierflüssigkeit enthalten (K); ein oder mehrere Abgasediffusoren (C) mit der Exhaustionkante zusammenmontiert und in der Filtrierflüssigkeit getaucht (K); mehrere perforierte Platten (D), einige davon völlig oder nur teilweise in der Filtrierflüssigkeit getaucht (K), aber wenigstens eine davon, auf der Höhe der erwähnten Flüssigkeitsspiegel gestellt; eine Dekomepressionskammer (I) hinter dem letzten Speicher oder Abschnitt; eine Gabelung soll diese Kammer von diesem Punkt aus mit dem erwähnten Speicher verbinden (A) durch ein kleines Rohr (I), das der kondensierten Flüssigkeit erlaubt; sollte der Fall von mehreren Speichern sein, oder von einfach nur einem mit verschiedenen Abschnitten, da soll sie ein enges Durchrohr verbinden, unten dem Spiegel der Filtrierflüssigkeit die sie enthalten; kennzeichnend dafür sind die Einspritzpumpen (Q) von Filtrierflüssigkeit die in den Kern von Gasen schon teilweise filtriert, Woken aus kleinen Filtrierflüssigkeitstropfen einführen. Diese werden die erwähnten Gasen noch gründlicher ausspülen und abkühlen; noch als Kennzeichen dafür sind die vorhanden Gebläse (P) die nicht nur die traditionelle Gassaugungwirkung haben sondern auch noch eine andere - sie sollen den Einspritzpumpen bei der Gasreinigung helfen denn sie die notwendige Turbulenz in den Gasen erregt, wobei ihre vollkommende Mischung mit den Wolken aus Filtrierf lüssigkeit stattfindet; noch kennzeichnend dafür sind auch die zusätzlichen Einspritzpumpen (Q) die die Gebläse abkühlen und ihre Schalen auch reinigen; ausserdem spülen sie auch direkt oder mittelbar die Filtrierflüssigkeitspiegel aus (K).

2. Filter dem ersten Antrag zufolge; kennzeichnend dafür ist die Filtrierflüssigkeitsreinigung der Siedepunkt entsprechend wobei auch dazu eine Abkühlungsleitung ausserhalb des Filters benutzt werden kann und wenn möglich von den Flüssigkeitspumpennitteln aus (K) bis zu den Einspritzpumpen (Q).

3. Filter dem ersten Antrag nach; dafür kennzeichnend eine automatische Vorrichtung (5) zur Wasserreinigung aus der Kondensation ergebend.