DE4243003A1 - Einrichtung zur Reinigung von rußhaltigen Abgasen, insbesondere den Abgasen aus Diesel-Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Reinigung von rußhaltigen Abgasen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Diesel-Verbrennungskraftmaschinen geben bekanntlich neben den übli­ cherweise auftretenden Schadstoffen insbesondere Ruß ab, der infolge sei­ ner großen Adsorptionsfähigkeit für krebserregende und umweltgefährdende Schadstoffe als in hohem Maße gesundheitsschädlich eingestuft wird und dessen Beseitigung bisher nicht in befriedigendem Maße gelingt. Die we­ sentliche Ursache hierfür liegt in der hohen Zündtemperatur des Rußes von - je nach betriebsbedingter Zusammensetzung der Partikel - zwischen 500°C und 700°C, die in den Abgasanlagen von Dieselmaschinen erst nach einer längeren Betriebszeit und gelegentlich ohne anderweitige Hilfsmittel, etwa Erhöhung des Treibstoff-Luft-Verhältnisses zum Zwecke der Erhöhung der Abgastemperatur auf die Zündtemperatur des Dieselrußes, Zusatzbrenner oder dergl. überhaupt nicht erreicht wird. Insbesondere bei im Linienverkehr mit Dieselkraftstoff betriebenen Fahrzeugen mit ihrer intermittierenden Betriebsweise wird die für die Nachverbrennung erforderliche Betriebs­ temperatur häufig nicht oder zumindest nicht dauerhaft erreicht, so daß sich in dem Einbauteil bereits nach kurzer Zeit große Mengen Dieselruß ansammeln.

Zur Verbesserung der Abbrennbedingungen ist es hierbei bekannt, dem Filter einen die Zündtemperatur senkenden Katalysator vorzuschalten bezw. die Stirnfläche des Filters mit Katalysatormaterial zu beschichten. Hier­ durch kann zwar die angestrebte Senkung der Zündtemperatur, nicht jedoch eine zufriedenstellende, d. h. vollständige Verbrennung des Rußes, und zwar weder des anströmenden noch des in dem nachgeschalteten Filter während der Beladungsphase gesammelten Rußes erreicht werden, es hat sich vielmehr gezeigt, daß auf diese Weise teilweise eine Verflüchtigung und gege­ benenfalls sogar Abspaltung von flüchtigen Kohlenwasserstoffen eintritt.

Zur Beseitigung dieser Nachteile ist es aus der DE-PS 34 07 172 be­ kannt, mehrere Filterelemente dieser Art abwechselnd hintereinander anzu­ ordnen, deren Stirnflächen jeweils abwechselnd mit einem die Zündtempe­ ratur für Dieselruß senkenden und einem die Oxidation von Kohlenwasser­ stoffen fördernden Katalysator beschichtet sind. Hierbei dient als zünd­ temperatursenkendes Katalysatormaterial Vanadiumpentoxid in Mischung mit einem beliebigen Metalloxid oder mehreren solchen Metalloxiden und als Oxidationskatalysator für Kohlenwasserstoffe ein Element der Platingruppe oder mehrere Elemente dieser Gruppe, gegebenenfalls zusammen mit einem anderen - unedlen - Metall. Die bekannte . führt ebenfalls nicht zu einem befriedigenden Ergebnis. Einerseits verursacht sie aufgrund der mehrfachen Hintereinanderschaltung von Filterkörpern mit unterschiedlicher katalytischer Beschichtung einen erheblichen Aufwand und erfordert da­ rüberhinaus einen erheblichen, häufig nicht zur Verfügung stehenden Raum­ bedarf. Darüber hinaus kann mit dieser . das wesentliche Problem, nämlich die vollständige Beseitigung des gebildeten Rußes in allen Be­ triebszuständen, d. h. nicht nur während des allgemeinen Fahrbetriebes son­ dern auch bereits in der Anfahrphase nicht gelöst werden. Es können auch in diesem Falle insbesondere in der Anfahrphase und in den Rußsammel­ phasen die kleineren Rußpartikel nicht erfaßt werden und es ist ebenfalls periodisch eine Temperaturerhöhung unter Zuhilfenahme anderweitiger Hilfs­ mittel erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe die Schaffung eines konstruktiv einfachen Rußfilters zugrunde, mit dessen Hilfe eine voll­ ständige Nachverbrennung des in einer Dieselbrennkraftmaschine gebildeten Rußes erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird mit einer Einrichtung mit den im Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmalen gelöst.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Filters wird eine konstruktiv einfa­ che und zuverlässige Nachverbrennung der Dieselruß-Partikel dadurch er­ reicht, daß die Abgase durch Beheizung auf Zündtemperatur für Dieselruß gehalten werden. Es konnte durch diesbezügliche Untersuchungen darüberhi­ naus nachgewiesen werden, daß von dem sich infolge des Stromflusses in der Heizeinrichtung in diesem Ringraum aufbauenden magnetischen Feld eine positive Wirkung auf die Verbrennung der Dieselrußpartikel ausgeht, die durch Herstellung der die Ringräume begrenzenden Gitter aus einem magne­ tisierbaren Material noch erheblich verstärkt werden kann. Die Ausbildung der Gitter aus Metall hat darüberhinaus - gegenüber anderen Werkstoffen, insbesondere keramischen Werkstoffen - den weiteren wesentlichen Vorteil einer hohen Standfestigkeit gegenüber den durch die häufigen Temperatur­ wechsel verursachten Belastungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die schematische Schnittdarstellung eines Katalysator­ elementes

Fig. 2 eine Sicht von unten auf das Katalysatorelement.

Die in der Zeichnung wiedergegebene Einrichtung zur Reinigung von ruß­ haltigen Abgasen, insbesondere der Abgase aus Diesel-Verbrennungskraftma­ schinen besteht aus einem an seiner einen Stirnseite mittels eines Bleches 6 geschlossenen Gehäuse 1 mit mittig-axialem, von einem siebartig durch­ brochenen Mantel 2 gebildeten Abgas-Zuführungskanal 3, der von einem der Aufnahme von Katalysatormaterial dienenden, ebenfalls von einem durchbro­ chenen Mantel 4 begrenzten Ringraum umschlossen ist. In dem Gehäuse sind mittels stabiler Metallgitter 2, 4, 5 als Mantel zwei den Abgaszufüh­ rungskanal 3 umgehende Ringräume 10, 11 ausgebildet, von denen der äußere Ringraum 10 der Aufnahme des Katalysatormaterials dient und in deren innerem Ringraum 11 konzentrisch ein Heizgewebe 12 angeordnet ist.

Es können auch mehrere konzentrische Ringräume vorgesehen sein, in welchem Falle zweckmäßig der äußere und der innere Ringraum der Aufnahme von Katalysatormaterial dienen und das Heizgewebe in einem der mittleren Ring­ räume angeordnet ist.

Die stabilen Metallgitter 2, 4, 5 bestehen zweckmäßig aus einem elek­ trisch magnetisierbaren Material, wodurch infolge des sich durch Induktion zwischen den Gittern aufbauenden magnetischen Feldes eine wesentliche Verbesserung der katalytischen Verbrennung der Rußpartikel erreicht wird.

Das Heizgewebe 12 ist auf einem Register von sich auf einem der stabi­ len Metallgitter 7 abstützenden Trägern aus isolierendem, vorzugsweise keramischem Material als Abstandshalter gehalten, die die Form von sich über die gesamte Länge erstreckenden Stäben 13 oder die Form von Distanz­ ringen 14 aufweisen können. Mit 15 ist der Stromanschluß für das Heizgewebe bezeichnet.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Reinigung von rußhaltigen Abgasen, insbesondere der Abgase aus Diesel-Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem an seiner einen Stirnseite geschlossenen Gehäuse (1) mit mittig-axialem, von einem siebartig durchbrochenen Mantel (2) gebildeten Abgas-Zuführungskanal (3), der von einem der Aufnahme von Katalysatormaterial dienenden, eben­ falls von einem durchbrochenen Mantel (4) begrenzten Ringraum umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse mittels stabiler Metall­ gitter (2, 4, 5) als Mantel mindestens zwei den Abgaszuführungskanal (3) umgehende Ringräume (10, 11) ausgebildet sind, von denen der äußere Ring­ raum (10) der Aufnahme des Katalysatormaterials dient und in deren innerem Ringraum (11) konzentrisch ein Heizgewebe (12) angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse mehrere konzentrische Ringräume ausgebildet sind, von denen mindestens der äußere und der innere Ringraum der Aufnahme von Kata­ lysatormaterial dienen und das Heizgewebe in einem der mittleren Ringräume angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilen Metallgitter (2, 4, 5) aus elektrisch magnetisierbarem Material bestehen.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Heizgewebe (12) auf einem Register von sich auf einem der stabilen Metallgitter (7) abstützenden Trägern (13, 14) aus iso­ lierendem Material gehalten ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (13, 14) von Distanzstäben aus keramischem Material gebildet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Katalysatormaterial von einer körnigen, beispielsweise pelletisierten Masse gebildet ist.