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WO1996019645A1 - Abgasreinigungsvorrichtung mit einem partikelfilter für kohlenstoffhaltige verbrennungsgase - Google Patents

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem partikelfilter für kohlenstoffhaltige verbrennungsgase Download PDF

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WO1996019645A1
WO1996019645A1 PCT/DE1995/001727 DE9501727W WO9619645A1 WO 1996019645 A1 WO1996019645 A1 WO 1996019645A1 DE 9501727 W DE9501727 W DE 9501727W WO 9619645 A1 WO9619645 A1 WO 9619645A1
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Wolfgang Pfister
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
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J Eberspaecher GmbH and Co KG
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    • F01N2470/18—Structure or shape of exhaust gas passages, pipes or tubes the axis of inlet or outlet tubes being other than the longitudinal axis of apparatus

Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas purification device with a particle filter for carbon-containing combustion gases according to the preamble of claim 1.
  • the particle filters are designed as candle wound filters, which act as depth filters. These wound filters consist of roughened ceramic yarn, which is wound on perforated support tubes. Here the particles settle in the felt spaces between the windings.
  • the copper is superficially applied to these wound filters.
  • the copper coating serves to reduce the ignition or combustion temperature for the carbon-containing particles which are soot in the exhaust gases of diesel engines.
  • the initiation of the reaction required for ignition takes place partly by injecting acetylacetone or similar reagents.
  • a disadvantage of the aforementioned particle filters is the possible detachment of fiber particles during long operating times. This danger exists to an increased degree in the case of ceramic fibers coated with copper, since the yarn strength is reduced by the coating. Dissolved copper-containing fiber particles get into the atmosphere with the exhaust gases and are therefore harmful to the environment. In addition, copper can be discharged to such an extent that the one to be caused by it Lowering the ignition and burn-off temperature is no longer guaranteed in full. This can have the consequence that copper also has to be added together with the above-mentioned activating agents.
  • Copper-coated ceramic yarn wound filters have so far been used without an additional energy dispenser, such as an additional burner, for example, to raise the temperature on the particle filter for the initiation of a soot burning process.
  • an additional energy dispenser such as an additional burner
  • the burn-off temperature is usually reduced to such an extent that a sufficient frequency of burning can take place solely because of the exhaust-gas temperatures prevailing in certain engine operating states.
  • high temperatures additionally increase the yarn resistance and thus the risk of coated fiber particles being discharged.
  • the invention is concerned with the problem of making an exhaust gas cleaning device equipped with a generic particle combustion filter more reliable and thus more environmentally friendly. Furthermore, the device should be able to be operated in an energy-saving manner.
  • the copper can expediently be applied in a manner known per se as a superficial layer or can also be added as a powder to the starting material for the porous bodies.
  • the material of the porous particle filter body according to the invention can be ceramic or sintered metal.
  • the filter body can also consist of pressed and / or sintered metal fibers. Cordierite can be used particularly advantageously as the starting material for a ceramic monolith. With these materials, the copper can simply be mixed into the raw materials. In this way, good integration, adhesive strength and distribution are achieved.
  • porous coated bodies such as monoliths in particular, enables a temporary connection of external energy sources to increase the temperatures at the filter, in order to reliably avoid soot clogging due to extremely long times with low exhaust gas temperatures when the engine operating conditions are unfavorable for burning to be able to.
  • An expedient external energy dispenser can, for example, be an additional burner for the exhaust gas device.
  • a small additional energy is sufficient to initiate a burn-off process. This in turn means the possibility of using small and energy-saving additional burners.
  • the exhaust gas end temperatures can thus also be kept relatively low when the particle filter is regenerated by burning off.
  • FIG. 1 a perspective view of a partially cut exhaust gas purification device with a particle filter.
  • a ceramic monolith coated with copper on the surface is located in a housing 1 as a particle filter 2.
  • An additional soot burner 5 is attached to the housing 1 upstream of the particle filter 2. This can be activated if, during extremely long operating times with exhaust gas temperatures that are too low for self-igniting combustion, the soot deposit exceeds a predetermined maximum dimension. This maximum dimension can be determined by ongoing measurements during engine operation using methods known per se for this purpose and can be used as a trigger for switching on the soot burner 5.
  • the monolith serving as the particle filter 2 is copper-coated or doped with copper and the burning temperature is therefore relatively low per se, a small-sized soot burner 5 with a very low burner output can be used. This is an essential advantage of the invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Partikelfilter für kohlenstoffhaltige Verbrennungsgase von insbesondere Verbrennungsmotoren, das durch Abbrennen abgeschiedener Kohlenstoffpartikel regenerierbar und zur Absenkung der Abbrennreaktionstemperatur mit Kupfer versehen ist. Um eine derartige Abgasreinigungsvorrichtung funktionssicherer und damit umweltfreundlicher zu gestalten sowie energiesparend betreibbar zu machen, ist erfindungsgemäß das Partikelfilter (2) ein Oberflächenfilter und besteht aus einem kompakten, einen Monolithen darstellenden porösen Material.

Description

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Partikelfilter für kohlenstoff altige Verbrennungsgase
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Partikelfilter für kohlenstoffhaltige Verbrennungsgase nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art sind die Partikelfilter als Kerzen-Wickelfilter ausgebildet, die als Tiefenfilter wir¬ ken. Diese Wickelfilter bestehen aus aufgerauhtem Keramikgarn, das auf perforierten Tragrohren aufgewickelt ist. Hier lagern sich die Partikel in dem filzigen Zwischenräumen der Wicklung ab.
Das Kupfer ist bei diesen Wickelfiltern oberflächlich aufge¬ bracht. Die Kupferbeschichtung dient zur Herabsetzung der Zünd¬ bzw. Verbrennungstemperatur für die kohlenstoffhaltigen Parti¬ kel, die bei Abgasen von Dieselmotoren Ruß sind. Die für ein Zünden erforderliche Reaktionseinleitung erfolgt teilweise durch ein Einspritzen von Acetylaceton oder ähnlichen Reagen¬ zien.
Nachteilig bei den vorgenannten Partikelfiltern ist ein bei langen Betriebszeiten mögliches Ablösen von Faserteilchen. Diese Gefahr besteht in erhöhtem Maße bei mit Kupfer beschich¬ teten Keramikfasern, da die Garnfestigkeit durch die Beschich¬ tung herabgesetzt ist. Gelöste kupferhaltige Faserteilchen ge¬ langen mit den Abgasen in die Atmosphäre und sind damit um¬ weltschädlich. Hinzu kommt, daß Kupfer in einem solchen Maße ausgetragen werden kann, daß die von diesem zu bewirkende Absenkung der Zünd- und Abbrenntemperatur nicht mehr in vollem Maße sicher gewährleistet ist. Dies kann zur Folge haben, daß zusammen mit den einzuspritzenden obengenannten Aktivierungs¬ mitteln auch noch Kupfer nachgegeben werden muß.
Kupferbeschichtete Keramikgarn-Wickelfilter werden bisher je¬ weils ohne Zusatzenergiespender wie beisspielsweise einen Zu¬ satzbrenner zur Anhebung der Temperatur am Partikelfilter für die Einleitung eines Rußabbrennvorganges eingesetzt. Der Grund hierfür ist, daß zum einen durch Vorhandensein des Kupfers die Abbrenntemperatur gewöhnlich so weit heruntergesetzt ist, daß allein aufgrund der bei bestimmten Motorbetriebszuständen herr¬ schenden Abgastemperaturen ein ausreichend häufiges Abrennen erfolgen kann. Zum anderen erhöhen bei Keramikgarn-Wickelfil¬ tern hohe Temperaturen noch zusätzlich die Garnbeständigkeit und damit das Risiko des Austragens beschichteter Faserteil¬ chen.
Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit dem Pro¬ blem, eine mit einem gattungsgemäßen Partikel-Abbrennfilter be¬ stückte Abgasreinigungsvorrichtung funktionssicherer und damit umweltfreundlicher zu gestalten. Des weiteren soll die Vorrich¬ tung energiesparend betrieben werden können.
Eine Lösung hierzu zeigt eine Ausführung nach dem kennzeichnen¬ den Merkmal des Anspruchs 1 auf.
Diese Lösung beruht auf dem Umstand, daß bei einem kompakten als Monolith ausgebildeten porösen Körper keine ernsthafte Ge¬ fahr des Austragens aufgetragenen Kupfers besteht.
Das Kupfer kann zweckmäßigerweise in an sich bekannter Weise als oberflächliche Schicht aufgetragen sein oder auch dem Ausgangs¬ material für die porösen Körper als Pulver beigemischt sein. Das Material des erfindungsgemäßen porösen Partikelfilter- Körpers kann Keramik oder Sintermetall sein. Auch aus gepreßten und/oder gesinterten Metallfasern kann der Filterkörper beste¬ hen. Als Ausgangsmaterial für einen Keramik-Monolithen kann be¬ sonders vorteilhaft Kordierit verwendet werden. Das Kupfer kann bei diesen Materialien den Ausgangsstoffen jeweils einfach zugemischt werden. Auf diese Weise wird eine gute Einbindung, Haftfestigkeit und Verteilung erreicht.
Der Einsatz poröser beschichteter Körper, wie insbesondere Monolithen, ermöglicht über die vorgenannten Vorteile hinaus eine zeitweise Zuschaltung externer Energiespender zur Erhöhung der Temperaturen an dem Filter, um dadurch bei für ein Abbren¬ nen ungünstigen Motorbetriebsbedingungen eine Rußverstopfung wegen extrem langer Zeiten mit niedrigen Abgastemperaturen sicher vermeiden zu können. Ein zweckmäßiger externer Energie¬ spender kann beispielsweise ein Zusatzbrenner für die Abgasvor¬ richtung sein. In einem solchen Fall reicht wegen des die Ab- brenn-Anspringtemperatur niedrig haltenden Kupfergehaltes bereits eine geringe Zusatzenergie zur Einleitung eines Ab¬ brennvorganges aus. Dies bedeutet wiederum die Möglichkeit, kleine und energiesparende Zusatzbrenner einsetzen zu können. Auch die Abgasendtemperaturen können damit bei einer durch Abbrennen bewirkten Regeneration des Partikelfilters relativ niedrig gehalten werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
Diese zeigt
eine perspektivische Darstellung einer teilweise aufgeschnittenen Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Partikelfilter. Bei der dargestellten Abgasreinigungsvorrichtung befindet sich in einem Gehäuse 1 ein oberflächlich mit Kupfer beschichteter Keramik-Monolith als Partikelfilter 2. Das zu behandelnde Ab¬ gas, aus dem Rußpartikel abgeschieden und auf dem Partikelfil¬ ter 2 zu dessen Regeneration abgebrannt werden sollen, treten durch den Stutzen 3 in das Gehäuse 1 ein und verlassen dieses über den Stutzen 4.
Ein Zusatz-Rußbrenner 5 ist an dem Gehäuse 1 stromauf vor dem Partikelfilter 2 angebracht. Dieser kann aktiviert werden, wenn bei extrem langen Betriebszeiten mit für eine selbstzündende Verbrennung zu niedrigen Abgastemperaturen die Rußablagerung ein vorgegebenes Maximalmaß überschreitet. Dieses Maximalmaß kann durch laufende Messungen während des Motorbetriebes mit hierfür an sich bekannten Methoden bestimmt und als Auslöser für das Einschalten des Rußbrenners 5 verwendet werden.
Da der als Partikelfilter 2 dienende Monolith kupferbeschichtet oder mit Kupfer dotiert ist und die Abbrenntemperatur damit an sich relativ niedrig liegt, kann ein klein bauender Rußbrenner 5 mit recht geringer Brennerleistung verwendet werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Partikelfilter für kohlenstoffhaltige Verbrennungsgase von insbesondere Verbren¬ nungsmotoren, das durch Abbrennen abgeschiedener Kohlenstoff¬ partikel regenerierbar und zur Absenkung der Abbrennreaktions- temperatur mit Kupfer versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Partikelfilter (2) ein Oberflächenfilter ist und aus einem kompakten einen Monolithen darstellenden porösen Material besteht.
2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das poröse Material des Partikelfilters (2) Keramik oder Sintermetall ist.
3. . Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das poröse Material des Partikelfilters mit Kupfer beschichtet ist.
4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Kupfer dem Keramik- oder Sintermetall- Grundmaterial des Partikelfilters (2) pulverförmig beigemischt ist.
5. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - 6 -
daß die Abgasreinigungsanlage mit einer Zusatz-Energiequelle (Zusatz-Rußbrenner 5) zur Anhebung der an dem Partikelfilter (2) bzw. in dem dieses kontaktierenden Abgas herrschenden Tem¬ peratur auf einen vorgebbaren Abbrenn-Temperaturwert versehen ist.
PCT/DE1995/001727 1994-12-20 1995-12-01 Abgasreinigungsvorrichtung mit einem partikelfilter für kohlenstoffhaltige verbrennungsgase Ceased WO1996019645A1 (de)

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