DE10055210A1

DE10055210A1 - Verfahren zur Reinigung eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE10055210A1
Application number: DE10055210A
Authority: DE
Inventors: Rolf Miebach
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2002-05-08
Also published as: EP1332277A1; EP1332277B1; DE50105917D1; US20040020193A1; WO2002038921A1; US6926760B2; ATE293208T1

Abstract

Bekannte Partikelfilter im Abgassystem eines Dieselmotors werden gereinigt, indem zunächst die in dem Filtermaterial abgesetzten Rußpartikel abgebrannt werden und anschließend das Filtermaterial mit einer Flüssigkeit, die insbesondere ein wässriges Lösungsmittel mit Zusätzen ist, gespült wird. Dabei erfolgt die Spülung im Gegenstrom zu dem Abgasstrom. Hierzu wird die wässrige Lösung entweder von einer Pumpe kontinuierlich gefördert oder aus einem gegenüber dem Partikelfilter geodätisch höher liegenden Flüssigkeitsreservoir entnommen. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird das Filtermaterial abwechselnd mit Druck und hoher Strömungsgeschwindigkeit beaufschlagt. Durch dieses Verfahren werden die Aschen wesentlich effektiver, nämlich schneller, vollständiger und schonender für das Filtermaterial aus diesem ausgewaschen als dies bisher möglich war.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Partikelfil ters im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, wobei das Partikelfilter ein Fil tergehäuse aufweist, in das vom Abgas durchströmbares Filtermate rial eingesetzt ist, wobei an dem Filtermaterial aus dem Abgas aus geschiedene (Ruß)-Partikel und Aschen anhaften und wobei die entstandenen Aschen im Bedarfsfall mittels durch das Filtermaterial leitbare Flüssigkeit auswaschbar sind.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 43 13 132 C2 bekannt. Der in diesem Dokument beschriebene Partikelfilter im Abgassystem eines Dieselmotors wird gereinigt, indem zunächst die in dem Filtermaterial abgesetzten Rußpartikel abgebrannt werden und anschließend das Filtermaterial mit einer Flüssigkeit, die insbesondere ein wässriges Lösungsmittel mit Zusätzen ist, gespült wird. Dabei erfolgt die Spü lung im Gegenstrom zu dem Abgasstrom. Hierzu wird die wässrige Lösung entweder von einer Pumpe kontinuierlich gefördert oder aus einem gegenüber dem Partikelfilter geodätisch höher liegenden Flüs sigkeitsreservoir entnommen. Die Reinigung erfolgt derart, dass zu nächst das Filtermaterial durch Verschließen des Ablaufs für die wässrige Lösung vollständig geflutet wird, dann gewartet wird, bis sich die Asche aus dem Filtermaterial gelöst hat und schließlich durch Öffnen des Abflusses die wässrige Lösung mitsamt der gelös ten Asche aus dem Filtermaterial entfernt wird. Abschließend kann das Filtermaterial mit Druckluft getrocknet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reini gung eines Partikelfilters von anorganischen Reststoffen anzugeben, das effektiv und einfach anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Filtermaterial abwech selnd mit Druck und hoher Strömungsgeschwindigkeit beaufschlagt wird. Durch dieses Verfahren werden die Aschen und auch zumindest teilweise die (Ruß)-Partikel wesentlich effektiver, nämlich schneller, vollständiger und schonender für das Filtermaterial aus diesem aus gewaschen als dies bisher möglich war. Hierbei ist es für das erfin dungsgemäße Verfahren unerheblich, wie und wo die Aschen ent standen sind. Selbstverständlich können diese durch chemische Re aktionen von in dem Filtermaterial eingelagerten Stoffen entstanden sein, aber ebenso innerhalb der Brennkraftmaschine durch Reaktio nen von im Brennstoff und im Schmieröl enthaltenen Stoffen gebil det worden sein. In einer ersten Variante wird das Filtermaterial mit einer Zweiphasenströmung der Flüssigkeit beaufschlagt. Die Flüssig keit wird also in ihrer flüssigen Phase und ihrer gasförmigen Phase durch das Filtermaterial geleitet. Da - wie später ausgeführt wird - die Flüssigkeit ohnehin vorteilhaft bis in den Bereich des Siedepunktes erhitzt wird, stellt die Einstellung der gasförmigen und der flüssigen Phase der Flüssigkeit keinen erheblichen Aufwand dar. Die Einstel lung der gasförmigen Phase kann beispielsweise in der Form gesche hen, dass nach der Erhitzung der Flüssigkeit bis in den Bereich des Siedepunktes ein Teil der Flüssigkeit entnommen wird und beispiels weise in einem separaten Behälter oder Behälterteil in dessen dampfförmigen Zustand überführt wird. In einer zweiten Variante wird das Filtermaterial alternierend von einem Gas und der Flüssigkeit durchströmt. Hierbei wird in weiterer Ausgestaltung vorteilhaft als Gas Wasserdampf, Luft oder Abgas der beim Reinigungsvorgang laufenden Brennkraftmaschine genutzt. Selbstverständlich sind hier auch andere Gase verwendbar; hier haben sich aber die zuvor konkret genannten Gase wegen ihrer Verfügbarkeit bewährt. Beide Varianten sind folglich einfach anwendbar, und der Partikelfilter braucht insbesondere nicht aus dem Abgasstrang ausgebaut zu werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird als Flüssigkeit Leitungswasser benutzt. Soweit es erforderlich ist, werden dem Leitungswasser waschaktive und insbesondere umweltverträgliche Substanzen zuge geben. Dies kann durch Erzeugung einer entsprechenden Mischung in einem entsprechenden Vorratsbehälter oder aber auch durch do sierte Zugabe während des Durchleitens des Leitungswassers durch das Filtermaterial erfolgen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur der Flüssigkeit während der Einwirkung auf das Filtermaterial auf ca. 60 bis 100°C eingestellt. Hierbei erfolgt die Einstellung der Temperatur insbesondere in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur in dem Fil termaterial. Ist beispielsweise die Temperatur in dem Filtermaterial vor bzw. zu Beginn des Reinigungsvorgangs höher als 100°C, so wird die Flüssigkeit mit einer geringen Temperatur (beispielsweise 60°C) zur Kühlung des Filtermaterials eingebracht. Weist das Filtermaterial zu Beginn des Reinigungsvorgangs eine Temperatur von unter 100°C auf, kann die Flüssigkeit dampfförmig in das Filtermaterial einge bracht werden, um durch Kondensation innerhalb des Filtermaterials die für den Reinigungsvorgang günstige, flüssige Phase zu erzeugen.

In Weiterbildung der Erfindung werden die Schwankungen von Druck- und Strömungsgeschwindigkeit durch Pulsation des Gases und/oder durch pulsierende Einbringung der Flüssigkeit erzeugt. Dies kann beispielsweise durch getaktet betätigte Ventile in der bzw. den Zufüh rungsleitungen oder aber durch entsprechend getaktet betätigte Pumpen oder Verdichter erfolgen.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Flüssigkeit und/oder das Gas in Gegenstrom zu dem Abgasstrom durch das Filtermaterial geleitet. Dies ist die bevorzugte Ausführungsform, wobei aber auch eine gleich gerichtete Strömungsrichtung möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die rückgespülten (Ruß)-Partikel zusammen mit den Reinigungsstoffen durch eine dem Partikelfilter vorgeschaltete Reinigungsöffnung austreten. Dabei ist in weiterer Ausgestaltung die Brennkraftmaschine während dieses Rei nigungsvorgangs in Betrieb, wobei die Abgase der Brennkraftmaschi ne ebenfalls durch die dem Partikelfilter vorgeschaltete Reinigungs öffnung ausströmen können. Diese Ausbildung wird bevorzugt wäh rend eines Werkstatt-Reinigungsverfahrens im eingebauten Zustand durchgeführt. Dabei wird durch diese Ausbildung verhindert, dass Wasser oder Ascheschlamm in die Brennkraftmaschine oder bis zu empfindlichen Sensoren im Abgassystem gerät. Dabei ist es auch denkbar, das Abgas bei diesem Prozess als den gasförmigen Stoff der Reinigungskombination zu verwenden.

In Weiterbildung der Erfindung wird die ausgewaschene Asche in einem nachgeschalteten Abscheider, beispielsweise in einem Flüssig keitsabscheider, aus der Flüssigkeit ausgeschieden und gesammelt. Die Flüssigkeit steht somit zumindest für mehrere Auswaschvorgänge zur Verfügung, während die Asche aus dem Flüssigkeitsabscheider entfernt und entsorgt wird.

Je nach Einsatz der Brennkraftmaschine und der Größe des Parti kelfilters bzw. der Reinigungseinrichtung erfolgt die Reinigung im Rahmen eines Werkstattaufenthaltes oder bei normalem Betrieb oder einer Betriebsunterbrechung der Brennkraftmaschine vor Ort.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeich nungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in Figur dargestelltes Beispiel näher beschrieben ist.

Die einzige Figur zeigt ein Partikelfiltergehäuse 1, in das das Filter material 2 eingesetzt ist. Das Filtergehäuse 1 ist kreiszylinderförmig ausgebildet und weist kreisringförmige Endstücke 3a, 3b auf. In diese Endstücke 3a, 3b münden eine Abgaszufuhrleitung 4a und eine Ab gasableitung 4b. Die Abgaszufuhrleitung 4a ist in geeigneter Weise mit der Brennkraftmaschine verbunden, während die Abgasableitung 4b in die Umgebung mündet. Selbstverständlich können in die Ab gaszufuhrleitung 4a und die Abgasleitung 4b noch weitere Schall dämpfer und/oder Reinigungseinrichtungen oder Abgasumleitungen bzw. Abgaskurzschlussleitungen eingesetzt sein.

In dem Filtermaterial 2 werden während des Betriebs der Brennkraft maschine (Ruß)-Partikel und Aschen aus dem Abgas ausgefiltert. Diese Partikel bestehen zum größten Teil aus Ruß und organischen Reststoffen. Für die kontinuierliche oder diskontinuierliche Beseiti gung dieser Stoffe aus Partikelfiltern stehen verschiedenen Verfahren (sogenannte Regenerationsverfahren) zur Verfügung, die zeit- oder betriebsabhängig durchgeführt werden. Beispielsweise können die in dem Filtermaterial 2 angelagerten Partikel durch Verbrennen oder chemische Verfahren zumindest weitgehend in Aschen umgewandelt werden. Die von Brennkraftmaschinen emittierten Partikel enthalten jedoch auch anorganische Bestandteile, hauptsächlich Oxidations produkte metallorganischer Schmieröl- und Kraftstoffadditive sowie Verschleißprodukte. Diese Stoffe (Aschen) sind durch konventionelle Verfahren nicht zu beseitigen. Diese Aschen werden durch Auswa schen des Filtermaterials 2 entfernt. Hierzu wird das Filtermaterial zumindest mit einer Flüssigkeit durchströmt, die abwechselnd mit Druck und hoher Strömungsgeschwindigkeit durch das Filtermaterial 2 geleitet wird. Hierzu sind in die Endstücke 3a, 3b zumindest zwei weitere Anschlussstutzen 5a, 5b angeordnet, durch die die Flüssig keit in das Filtergehäuse 1 eingeleitet und wieder abgeleitet wird. Da bei wird die Flüssigkeit im Gegenstrom zu dem Abgasstrom oder mit dem Abgasstrom durch das Filtergehäuse 1 geleitet. In ersten Fall kann in die Abgaszufuhrleitung 4a eine Rückschlagklappe 6 einge setzt sein, die dann automatisch oder manuell betätigt schließt. In die Endstücke 3a, 3b können noch weitere Anschlussstutzen 7a, 7b ein gelassen sein, durch die die Flüssigkeit in einem anderen Phasen zustand geleitet wird. Es ist aber auch vorgesehen, die in einem an deren Phasenzustand befindliche Flüssigkeit abwechselnd zu der in dem ersten Phasenzustand befindlichen Flüssigkeit durch die An schlussstutzen 5a, 5b ein- und abzuleiten. Die Flüssigkeit ist norma lerweise Wasser, dem gegebenenfalls waschaktive Substanzen zuge fügt werden, wobei die Temperatur der Flüssigkeit während der Ein wirkung auf das Filtermaterial 2 vorzugsweise gesteuert in Abhängig keit von der Filtertemperatur bei 60 bis 100 Grad Celsius liegt.

Claims

1. Verfahren zur Reinigung eines Partikelfilters im Abgassys tem einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, wobei das Partikelfilter ein Filtergehäuse auf weist, in das vom Abgas durchströmbares Filtermaterial eingesetzt ist, wobei an dem Filtermaterial aus dem Abgas ausgeschiedene (Ruß)-Partikel und Aschen anhaften und wobei die Aschen im Be darfsfall mittels durch das Filtermaterial leitbare Flüssigkeit aus waschbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (2) abwechselnd mit Druck und hoher Strömungsgeschwindigkeit beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (2) mit einer Zwei phasenströmung der Flüssigkeit beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermaterial (2) alternierend von einem Gas und der Flüssigkeit durchströmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Wasserdampf, Luft oder das Abgas der beim Reinigungsvorgang laufenden Brennkraftmaschine genutzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkeit Leitungswasser genutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Leitungswasser waschaktive Sub stanzen beigefügt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Flüssigkeit wäh rend der Einwirkung auf das Filtermaterial (2) bei 60 bis 100°C liegt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwankungen von Druck und Strömungsgeschwindigkeit durch Pulsationen des Gasstroms und/oder durch pulsierende Einbringung der Flüssigkeit erzeugt werden.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Flüssigkeit insbe sondere in Abhängigkeit der Temperatur in dem Filtermaterial (2) ein stellbar ist.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit und/oder das Gas in Gegenstrom zu dem Abgasstrom durch das Filtermaterial (2) geleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die rückgespülten (Ruß)-Partikel zu sammen mit den Reinigungsstoffen durch eine dem Partikelfilter vor geschaltete Reinigungsöffnung austreten können.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine beim Reini gungsvorgang in Betrieb ist, wobei die Abgase der Brennkraftmaschi ne ebenfalls durch die dem Partikelfilter vorgeschaltete Reinigungs öffnung ausströmen.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgetriebene Asche in einem nachgeschalteten Abscheider aus der Flüssigkeit ausgeschieden und gesammelt wird.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung im Rahmen eines Werk stattaufenthaltes erfolgt.

15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung während des normalen Einsatzes der Brennkraftmaschine bei normalem Betrieb oder einer Betriebsunterbrechung erfolgt.