CH687854A5 - Verfahren zur Reinigung von Partikelfiltern und Partikelfilter. - Google Patents

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Description

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CH 687 854 A5
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Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von Partikelfiltern gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Partikelfilter für dieses Verfahren.
Partikelfilter in Auspuffsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, dienen zum Ausscheiden von Russ und kondensierbaren Bestandteilen aus dem Abgasstrom in das Filtermaterial. Mit zunehmender Betriebsdauer der Brennkraftmaschine lagern sich mehr Bestandteile im Filtermaterial ab, das Partikelfilter verstopft und der Abgasgegendruck steigt unzulässig an.
Um das Verstopfen von Partikelfiltern zu verhindern, ist es bekannt (siehe z.B. EP-A 0 346 803 und DE-A 4 041 917), das Filtermaterial durch Aufheizen und Abbrennen der gefilterten Bestandteile zu reinigen. Durch Aufheizen und Abbrennen des Filtermaterials werden allerdings hauptsächlich nur Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffverbindungen verbrannt.
In Partikelfilter gelangt jedoch Motorenölasche aus der Verbrennung von Schmierölbestandteilen in der Brennkraftmaschine. Die Motorenölasche enthält unverkennbare Salze und Oxide von Öladditiv-metallen, so dass Partikelfilter mit zunehmender Betriebsdauer trotz Aufheizen und Abbrennen des Filtermaterials verstopfen.
Aus DE-A 2 206 675 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas bekannt, an welche ein Druckmittel führendes Hochdruckrohr angeschlossen ist. Zum Entfernen von Feststoffen wird Druckmittel aus dem Hochdruckrohr auf das Filtermaterial der Vorrichtung gestrahlt. Das Druckmittel ist Luft oder Wasserdampf. Die Vorrichtung ist konstruktiv aufwendig. Um Luft oder Wasserdampf unter Hochdruck bereitzustellen, bedarf es hohen Energieeinsatzes. Die Beaufschlagung des Filtermaterials mit einem Hochdruckstrahl führt zur Veränderung der Verteilung des Filtermaterials oder zu dessen Zerstörung und in der Folge zur Verschlechterung oder zum Ausfall der Reinigungswirkung der Vorrichtung. Unverbrennbare Bestandteile, die vom Hochdruckstrahl nicht getroffen werden, können im Filtermaterial haften bleiben, so dass die Reinigung nach diesem Stand der Technik unvollständig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von Partikelfiltern zu schaffen, das einfach und effizient ist, eine möglichst lange Betriebszeit von Partikelfiltern ermöglicht und das Filtermaterial schont. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, Partikelfilter zu schaffen, die für dieses Verfahren besonders geeignet sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäss einem Verfahren zur Reinigung von Partikelfiltern mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und Partikelfiltern mit den Merkmalen des Anspruchs 9.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die am Filtermaterial angelagerten unverkennbaren Bestandteile in einer Flüssigkeit gelöst, so dass sich dessen Reinigung ohne grosse mechanische Kräfte auf eng begrenzte Flächen des Filtermaterials oder auf den Partikelfilter insgesamt vollzieht.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Filtermaterial durch die Reinigung nicht zusätzlich mechanisch belastet und in seiner Dichte und Verteilung nicht negativ beeinflusst wird. Da das Filtermaterial in der Flüssigkeit gleichmässig vollständig umspült wird, wirkt das erfindungsgemässe Reinigungsverfahren auf alle Reste unverkennbarer Bestandteile, unabhängig von der Stelle, an der diese anhaften. Die Reinigung in einer Flüssigkeit ist daher besonders schonend und gründlich für das Filtermaterial.
Vorteilhaft ist das erfindungsgemässe Verfahren mit dem Abbrennen des verschmutzten Filtermaterials zu kombinieren. Bei Dieselmotoren im Dauerbetrieb kann z.B. das Filtermaterial in Intervallen oder kontinuierlich durch Abbrennen von Russpartikeln gereinigt werden, und die beim Abbrennen im Filtermaterial verbleibenden Rückstände werden bei Erreichen einer bestimmtem Konzentration durch Spülen des Filtermaterials in einer Flüssigkeit beseitigt.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann durch Trocknen des Filtermaterials mit Druckluft die Zeit bis zu dessen erneutem Einsatz im Partikelfilter verkürzt werden.
Die Reinigungswirkung der Flüssigkeit kann weiterhin dadurch deutlich verbessert werden, dass vor dem Spülen das Filtermaterial von der Betriebstemperatur im Auspuss oder von der Temperatur, die zum Abrennen der Russpartikel an das Filtermaterial gelegt wird, abgekühlt wird, so dass die Spülflüssigkeit beim ersten Kontakt mit dem Filtermaterial nicht teilweise oder ungünstigenfalls vollständig verdampft.
Besondere praktische Vorteile können erzielt werden, indem das Filtermaterial zum Reinigen aus dem Partikelfilter entfernt wird und, z.B. in einem externen Behälter, mit Flüssigkeit gespült wird. Das Filtermaterial kann nach Reinigung und Trocknung wieder in das Partikelfilter eingesetzt werden. Während ein Filtermaterial gereinigt wird, kann Ersatzfiltermaterial in das Partikelfilter eingesetzt werden, so dass die Betriebspausen der Brennkraftmaschine zur Reinigung des Filtermaterials verkürzt werden.
Die Unterbrechungszeiten der Brennkraftmaschine können vorteilhaft verkürzt werden, wenn das Filtermaterial in schnell ein- oder auszubauenden Filterpatronen enthalten ist.
Gezielt können in Wasser schwer lösliche Verbindungen mit dem erfindungsgemässen Verfahren aus dem Filtermaterial herausgelöst und dessen Reinigung weiter verbessert werden.
Die Ablösung von nicht verbrannten Russteilchen kann verbessert werden, wenn der Spülflüssigkeit dispergierende Stoffe (Tenside) zugesetzt werden. Besonders vorteilhaft kann das Filtermaterial gereinigt werden, wenn die Reinigungswirkung der Spülflüssigkeit durch die Anwendung von Ultraschall unterstützt wird. Vorzugsweise strömt die Spülflüssigkeit entgegen der Strömungsrichtung des Abgases.
Auf besonders vorteilhafte Weise kann der Partikelfilter aufgeheizt werden, wenn das erfindungsgemässe Verfahren mit heisser Spülflüssigkeit, insbesondere mit einer Temperatur zwischen 80 und 90°C, durchgeführt wird.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist mit einem Partikelfilter gemäss Anspruch 9 besonders vorteilhaft durchführbar. Die Flüssigkeit wird z.B. mit Hilfe der an der Brennkraftmaschine ohnehin bereits vorgesehenen Wasserpumpe über einen Flüssigkeitszulauf in das Partikelfilter gepumpt, nachdem die Abgaszufuhr- und Abgasauslassleitungen im Partikelfilter vorher wasserdicht verschlossen wurden. Die aus dem Filtermaterial gelösten Bestandteile verlassen mit der Flüssigkeit das Partikelfilter über einen Ablauf. Ist das Partikelfilter gereinigt, wird der Flüssigkeitszulauf abgeschaltet, und die Flüssigkeit im Partikelfilter fliesst über einen Rücklauf ab.
Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Partikelfilter beheizbar, so dass die Temperatur im Partikelfilter bis zur Siedetemperatur der Spülflüssigkeit im Filtermaterial erhöht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist ein Partikelfilter mit einem Filtermaterial aus keramischem Garn, das in einem sauren wässrigen Lösungsmittel von Ablagerungen vollständig gereinigt wird.
Das Gehäuse des Partikelfilters wird vorzugsweise mit einem verschliessbaren Entlüftungsventil versehen, so dass das Filtermaterial im Gehäuse mit der Spülflüssigkeit beaufschlagt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsge-mässes Partikelfilter.
Das Partikelfilter 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dessen Innenraum Filtermaterial 3 enthalten ist. Das Gehäuse 2 ist im Querschnitt zylindrisch oder polygonal.
An eine Seitenwand 4 des Gehäuses 2 schliesst eine Abgaszufuhrleitung 5 von einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), vorzugsweise einem Dieselmotor, an. An eine gegenüberliegende Seitenwand 6 des Gehäuses 2 schliesst eine Abgasauslassleitung 7 an.
Die Seitenwand 6 des Gehäuses 2 ist an einer geodätisch hoch liegenden Stelle mit einem Flüssigkeitszulauf 8 verbunden. Die Seitenwand 4 des Gehäuses 2 ist ebenfalls an einer hoch liegenden Stelle mit einem Entlüftungsventil 14 und an einer tief liegenden Stelle mit einem Flüssigkeitsablauf 9 verbunden. Die Abgaszufuhrleitung 5 und die Abgasauslassleitung 7 können mit Verschlüssen 10 und 11 wasserdicht vom Innenraum des Gehäuses 2 isoliert werden. Verschlüsse 12, 13 sind am Flüssigkeitszulauf 8 und Flüssigkeitsablauf 9 vorgesehen. Ein Verschluss 15 ist am Entlüftungsventil 14 vorgesehen.
Verfahren zur Reinigung des Partikelfilters
Während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine sind die Verschlüsse 12, 13, 15 an dem Flüssigkeitszulauf 8, dem Flüssigkeitsablauf 9 und dem Entlüftungsventil 14 geschlossen und die Verschlüsse 10, 11 an der Abgaszufuhrleitung 5 und der Abgasauslassleitung 7 geöffnet. Das Abgas strömt durch das Partikelfilter 1 und das Filtermaterial füllt sich mit aus dem Abgas ausgeschiedenen Partikeln, so dass die Durchlässigkeit des Partikelfilters abnimmt und der Strömungswiderstand im Abgas zwischen Abgaszufuhrleitung 5 und Abgasauslassleitung 7 zunimmt. Ein Messwertaufnehmer (nicht dargestellt) registriert die Druckdifferenz und erzeugt bei Erreichen eines vorbestimmten Werts, vorzugsweise bezogen auf die Betriebsbedingungen des Motors (z.B. Leistung oder Füllung, Drehzahl), ein Signal, dass das Partikelfilter verstopft ist und gespült werden soll. Es ist aber auch möglich, dass der Betreiber der Brennkraftmaschine in regelmässigen Intervallen die Durchlässigkeit des Partikelfilters
1 prüft und entscheidet, ob das Filtermaterial abzubrennen oder zu spülen ist.
Zum Abbrennen wird das Filtermaterial 3 oder das in den Partikelfilter eintretende Abgas von einem Heizmantel (nicht dargestellt) oder Heizkerzen (nicht dargestellt) oder Brenner oder auf andere Weise auf die Entflammtemperatur der Russpartikel erhitzt.
Von der erhöhten Temperatur zum Abbrennen kann das Partikelfilter 1 vor dem Spulen abgekühlt werden.
Die in dem Partikelfilter nach dem Abbrennen enthaltene Energie kann auch zum Erwärmen der Spülflüssigkeit verwendet werden.
Zum Spülen werden die Verschlüsse 10, 11, 12, 13 und 15 von Hand oder von einer Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt), die von dem Messwertaufnehmer gesteuert sein kann, verstellt.
Zunächst werden die Abgaszufuhrleitung 5 und die Abgasauslassleitung 7 mit den Verschlüssen 10, 11 wasserdicht vom Innenraum des Gehäuses
2 getrennt. Anschliessend kann der Verschluss 12 am Flüssigkeitszulauf 8 und der Verschluss 15 am Entlüftungsventil 14 geöffnet werden. Flüssigkeit wird unter Druck, z.B. von einer Pumpe (nicht dargestellt) oder von einem höherliegenden Flüssigkeitsreservoir (nicht dargestellt) in den Innenraum des Gehäuses 2 gefördert, bis dieser gefüllt ist.
Die Spülflüssigkeit durchströmt das Filtermaterial
3 entgegen der Strömungsrichtung des Abgases. Der Verschluss 13 soll die Flüssigkeit im Gehäuse 2 des Partikelfilters 1 zurückhalten bis die Partikel aus dem Filtermaterial 3 gelöst sind, und sich erst dann öffnen. Die gelösten Partikel aus dem Filtermaterial 2 fliessen über den Flüssigkeitsablauf 9 aus dem Partikelfilter 1.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine mit Motoröl mit Additivmetallen, die in Wasser leicht lösliche Salze oder Oxide bilden, wird als Flüssigkeit zur Reinigung des Filtermaterials vorzugsweise kaltes Wasser verwendet, das die Additivmetallsalze und -oxide löst. Soll während des Spulens das Partikelfilter aufgeheizt werden, kann vorzugsweise heisses Wasser mit einer Temperatur zwischen 80 und 90°C als Flüssigkeit zur Reinigung des Filtermaterials verwendet werden. Ist das Filtermaterial mit in Wasser schwer löslichen Verbindungen, wie z.B. Calciumsulfat, verunreinigt, wird als Flüssigkeit zur Reinigung Wasser mit Zusatzstoffen verwendet werden, wobei als Zusatzstoffe folgende Verbindungen zu verwenden sind:
1. Komplex bildende Stoffe, z.B. Polyphosphate,
2. Chelat bildende Stoffe, z.B. Ethylendinitrilote-
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traessigsäure und Derivate, Dinatriumdihydrogen-ethylendinitrilotetraacetat, Nitrilotriessigsaure, Tri-und Polycarbonsäuren (z.B. Zitronensäure), Kronenether,
3. Ionen austauschende Stoffe, z.B. Zeolithe,
4. anorganische Säuren, z.B. Salzsäure.
Nach dem Spülen kann das Filtermaterial 3 mit Druckluft getrocknet werden.
Gemäss einer weiteren beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Reinigung von Partikelfiltern kann Filtermaterial, das vorzugsweise aus keramischem Garn besteht, während einer Betriebspause der Brennkraftmaschine über eine verschliessbare Öffnung im Gehäuse aus dem Partikelfilter entfernt, in einem separaten Behälter mit vorstehend beschriebenen Lösungsmitteln gereinigt und anschliessend wieder in das Gehäuse eingesetzt werden. Die dazu erforderlichen Betriebspausen der Brennkraftmaschine können reduziert werden, indem während der Reinigung des Filtermaterials Ersatzfiltermaterial in das Gehäuse des Partikelfilters eingesetzt wird.
Das Filtermaterial ist vorzugsweise in einer oder mehreren Filterpatronen enthalten, die schnell in ein Filtergehäuse ein- und ausbaubar sind.

Claims (13)

Patentansprüche 1. Verfahren zur Reinigung von Partikelfiltern in Auspuffsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, wobei das Partikelfilter (1) Filtermaterial (3) in einem von Abgas durchströmten Gehäuse (2) enthält, und wobei das Filtermaterial (3) zur Reinigung nach dem Abbrennen von im Filtermaterial (3) abgesetzten Russpartikeln mit einer Flüssigkeit gespült wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein wässriges Lösungsmittel ist, dem alternativ oder in Kombination folgende Stoffe zugesetzt sind: 1. Komplexbildende Stoffe, 2. Chelatbildende Stoffe, 3. lonenaustauschende Stoffe, 4. anorganische Säuren. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein wässriges Lösungsmittel ist, dem alternativ oder in Kombination folgende Stoffe zugesetzt sind:
1. Polyphosphate als komplexbildende Stoffe,
2. Ethylendinitrilotetraessigsäure und Derivate,
Dinatriumdihydrogenethylendinitrilotetraacetat, Ni-
trilotriessigsäure, Tri- und Polycarbonsäuren, z.B.
Zitronensäure, Kronenether, als chelatbildende
Stoffe,
3. Zeolithe als ionenaustauschende Stoffe,
4. Salzsäure als anorganische Säure.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schliessen des Gehäuses (2) nach dem Abbrennen der Russpartikel, so dass Abgaszufuhr-und -auslassleitungen (5, 7) wasserdicht geschlossen sind, Fördern von Flüssigkeit in das Gehäuse
(2) über eine in das Gehäuse (2) mündende Flüssigkeitsleitung (8), bis das Gehäuse (2) gefüllt ist und Leeren des Gehäuses (2) von der Flüssigkeit über einen Flüssigkeitsablauf (9).
4. Verfahren gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch Trocknen des Filtermaterials (3) mit Druckluft nach dem Spülen.
5. Verfahren gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abkühlen des Partikelfilters (1) von einer erhöhten Temperatur, und anschliessend Spülen des Filtermaterials (3) in einer Flüssigkeit.
6. Verfahren gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch Entnehmen des Filtermaterials (3) aus dem Gehäuse (2), Spülen des Filtermaterials (3) in einer Flüssigkeit und Einsetzen des gespülten Filtermaterials (3) in das Gehäuse (2).
7. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeit dispergierende Stoffe zugesetzt werden, und die Flüssigkeit entgegen der Strömungsrichtung des Abgases das Filtermaterial durchspült.
8. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülflüssigkeit erwärmt wird.
9. Partikelfilter für ein Verfahren gemäss Anspruch 1, mit einem vom Abgas durchströmten Gehäuse mit einer Abgaszufuhr- und einer Abgasauslassleitung (5, 7) und darin angeordnetem Filtermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Erhitzen der im Filtermaterial (3) enthaltenen Russpartikel auf Abbrenntemperatur vorgesehen ist, dass die Abgaszufuhr- und Abgasauslassleitung (5, 7) nach dem Abbrennen durch Verschlussorgane wasserdicht verschliessbar sind, dass das Gehäuse (2) einen durch weitere Verschlussorgane geregelten Flüssigkeitszulauf (8) und einen Flüssigkeitsablauf (9) zum Ausspülen der Flüssigkeit mit den aus dem Filtermaterial herausgelösten Partikeln bei verschlossener Abgaszufuhr-und Abgasauslassleitung besitzt, dass ein Entlüftungsventil (14) vorgesehen ist, sowie eine Betätigungsvorrichtung zur Betätigung der Verschlussorgane.
10. Partikelfilter gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) von aussen mit einem Heizmantel oder von innen mit Heizkerzen beheizbar ist.
11. Partikelfilter gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (3) keramisches Garn aufweist.
12. Partikelfilter gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (3) in einer oder mehreren schnell ein- oder auszubauenden Filterpatronen enthalten ist.
13. Partikelfilter gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) an einer geodätisch hochliegenden Stelle mit einem Entlüftungsventil (14) versehen ist und mit einem Verschluss (15) geöffnet und verschlossen werden kann.
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