DE19607341C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von AbgasenInfo
- Publication number
- DE19607341C2 DE19607341C2 DE19607341A DE19607341A DE19607341C2 DE 19607341 C2 DE19607341 C2 DE 19607341C2 DE 19607341 A DE19607341 A DE 19607341A DE 19607341 A DE19607341 A DE 19607341A DE 19607341 C2 DE19607341 C2 DE 19607341C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- filter
- temperature
- exhaust gases
- average temperature
- air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
- F01N3/306—Preheating additional air
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
- B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
- B01D53/9495—Controlling the catalytic process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/031—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters having means for by-passing filters, e.g. when clogged or during cold engine start
- F01N3/032—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters having means for by-passing filters, e.g. when clogged or during cold engine start during filter regeneration only
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
- F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
- F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2250/00—Combinations of different methods of purification
- F01N2250/02—Combinations of different methods of purification filtering and catalytic conversion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
- F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2510/00—Surface coverings
- F01N2510/06—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction
- F01N2510/065—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction for reducing soot ignition temperature
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2530/00—Selection of materials for tubes, chambers or housings
- F01N2530/02—Corrosion resistive metals
- F01N2530/04—Steel alloys, e.g. stainless steel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
- F01N3/32—Arrangements for supply of additional air using air pump
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/40—Engine management systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von
Abgasen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In der jüngeren Vergangenheit wurde begonnen, aus Diesel
motoren ausgestoßene Feststoffpartikel im Hinblick auf den
Umweltschutz und die Gesundheit zu normieren. Bei einem her
kömmlichen Verfahren zur Beseitigung solcher Feststoffpartikel
zum Reinigen der aus einem Dieselmotor ausgestoßenen Verbren
nungsgase wird ein hitzefester Keramikfilter wie er beispielsweise
in der DE 196 07 341 A1 beschrieben ist, in einem Abgasrohr zwischen
dessen gegenüberliegende
Enden angeordnet, um die Feststoffpartikel auszufiltern. Ein
Merkmal dieses Verfahrens ist, daß die Feststoffpartikel, wenn
sie sich in einem bestimmten Maß angesammelt oder abgelagert
haben, entzündet werden, um sie zu verbrennen, so daß die Fest
stoffpartikel in Kohlendioxidgas umgewandelt und in die Atmo
sphäre abgegeben werden. Dabei wird der Keramikfilter in einen
sauberen Zustand regeneriert, so daß der Filter wiederholt be
nutzt werden kann. Dieser Vorgang wird als Verbrennungsregene
ration bezeichnet. Im allgemeinen ist die Temperatur der Abgase
eines Dieselmotors niedriger als die Zündtemperatur der Fest
stoffpartikel, und demzufolge würden die Feststoffpartikel ohne
das Vorhandensein besonderer Einrichtungen nicht verbrannt wer
den, sondern sie würden sich nur auf dem Filter ablagern, so daß
der Ausstoßdruck unmäßig ansteigen würde, wodurch die Leistung
des Motors und eine Emissionsleistung absinken würde. Um eine
Verbrennungsregeneration zu bewirken, ist es daher erforder
lich, die Temperatur der Abgase oder die Temperatur des Filters
auf irgendeine Weise zu steigern. Kürzlich wurde ein Verfahren
vorgeschlagen, bei dem zwei Filter in einem Abgassystem vorge
sehen sind, um die Reinigung der Gase abwechselnd durchzufüh
ren. Die Verbrennungsregeneration wird nicht während der Reini
gung der Abgase durchgeführt, sondern nachdem sich Feststoff
partikel in einem gewissen Ausmaß angesammelt haben, während
der andere Filter die Reinigung der Abgase bewirkt. Die Tempe
ratur der Filter wird mit einer elektrischen Heizung, einem
Brenner, Mikrowellen oder dergleichen erhöht, um die Feststoff
partikel zu verbrennen und die Filter zu regenerieren.
Nachfolgend wird eine herkömmliche Vorrichtung zur Reini
gung von Dieselabgasen anhand der Zeichnungen erläutert.
In Fig. 8 ist der allgemeine Aufbau der herkömmlichen Vor
richtung zur Reinigung der Abgase eines Dieselmotors schema
tisch dargestellt. Mit den Bezugszeichen 8a und 8b sind Kera
mikfilter einer Bienenwabenbauart bezeichnet, mit den Bezugs
zeichen 20a und 20b sind elektrische Heizungen zum Heizen der
Filter 8a und 8b bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 6 ist ein
Ventil zur Steuerung des Abgasstromes des Motors bezeichnet,
mit dem Bezugszeichen 11 ist ein Einlaßventil zur Einleitung
von Sekundärluft zum Zweck der Verbrennungsregeneration be
zeichnet, mit den Bezugszeichen 18a und 18b sind Auslaßventile
zum Ausstoßen der Sekundärluft zum Zweck der Verbrennungsrege
neration bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 13 ist ein Luftge
bläse zum Zuführen der Sekundärluft bezeichnet, mit den Bezugs
zeichen 4, 5a, 5b, 9a und 9b sind Rohre für die Motorabgase be
zeichnet, mit den Bezugszeichen 10a, 10b und 12 sind Rohre für
die Sekundärluft zum Zweck der Verbrennungsregeneration be
zeichnet, mit den Bezugszeichen 19a und 19b sind Rohre zum Aus
stoßen der Sekundärluft zum Zweck der Verbrennungsregeneration
bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 16 ist eine Steuerung zum
Steuern des Luftgebläses 13, des Ventils 6, des Einlaßventils
11, der Auslaßventile 18a und 18b und der elektrischen Heizun
gen 20a und 20b bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 2 ist ein
Dieselmotor bezeichnet, mit dem Bezugszeichen 3 ist ein Abgas
krümmer bezeichnet, und mit den Bezugszeichen 7a und 7b sind
Gehäuse bezeichnet, die die Filter 8a bzw. 8b enthalten.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise dieser vorstehend er
läuterten herkömmlichen Vorrichtung zur Reinigung von Diesel
abgasen zum Zeitpunkt der Regeneration erläutert.
Während der Reinigung der Abgase durch den Filter 8a wird
durch eine Rückstandsmengen-Meßeinrichtung, beispielsweise ei
nen Differentialdrucksensor festgestellt, daß die Regeneration
des Filters 8a begonnen werden sollte. Infolgedessen werden das
Ventil 6 und das Einlaßventil 11 betätigt oder umgeschaltet, so
daß die Abgase, die bisher von dem Rohr 5 in das Rohr 5a nun
mehr von dem Rohr 5 in das Rohr 5b strömen und zur Reinigung
durch den Filter 8b hindurchströmen und durch das Rohr 9b aus
strömen. Andererseits wird der elektrischen Heizung 20a elek
trische Energie zugeführt, um den Filter 8a zu erhitzen, bei
dem eine Regeneration für erforderlich erachtet wurde. Gleich
zeitig wird das Einlaßventil 11 geöffnet, und Sekundärluft wird
dem Filter 8a durch das Rohr 10a zugeführt. Nach einer bestimm
ten Zeitdauer erreicht die Temperatur des Filters 8a die
Selbstentzündungstemperatur der Feststoffpartikel, so daß die
Feststoffpartikel zu brennen beginnen. Diese Verbrennungsgase
entweichen durch das Rohr 19a. Sodann wird nach einer bestimm
ten Zeitdauer die Stromzufuhr zu der elektrischen Heizung 20a
beendet, und die Verbrennung der Feststoffpartikel wird ledig
lich durch die Sekundärluft fortgesetzt. Diese Verbrennung wird
durch Flammenfortpflanzung der Feststoffpartikel erreicht. So
dann wird nach einer bestimmten Zeitdauer ermittelt, daß die
Verbrennungsregeneration abgeschlossen ist, wodurch das Luftge
bläse 13 abgeschaltet, das Auslaßventil 18a geschlossen und die
Zufuhr der Sekundärluft beendet wird, und der Filter 8a ist für
den Reinigungsvorgang bereit.
Sodann wird durch die Rückstandsmengen-Meßeinrichtung,
beispielsweise einen Differentialdrucksensor, festgestellt, daß
es an der Zeit ist, mit der Regeneration des Filters 8b zu be
ginnen. Infolgedessen wird für den Filter 8b ein Vorgang durch
geführt ähnlich dem vorstehenden Vorgang für den Filter 8a, und
die beiden Filter 8a und 8b bewirken demzufolge abwechselnd die
Abgasreinigung und die Regeneration auf wiederholte Weise.
Wenngleich bei der vorstehenden herkömmlichen Konstruktion
die Erwärmung durch elektrische Heizungen bewirkt wird, wurde
auch ein Heizverfahren (IPC Code F01N3/02, 331) mit einem Bren
ner angewendet, der Gasöl als Brennstoff verwendet, und die in
diesem Fall zu lösenden Probleme bestanden in der Stabilität
des Brenners und der Betriebssicherheit wegen der Verwendung
einer Flamme. Bei einem Mikrowellen-Heizverfahren (ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung Nr. 4-136409) besteht der
Vorteil, daß die Menge der zurückgehaltenen Feststoffpartikel
ermittelt werden kann, es treten aber Probleme hinsichtlich
einer gleichförmigen Erwärmung des Filters, des Austretens von
Mikrowellen und der Betriebssicherheit wegen der angewendeten
Hochspannung und dergleichen auf.
In der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 3-36133
ist ein Verfahren offenbart, bei dem die Temperatur am
Einlaß eines Filters festgesetzt wird. Bei diesem Verfahren
wird die für eine vollständige Verbrennung der Feststoffparti
kel erforderliche Temperatur lediglich festgesetzt und eine
Entzündungserscheinung eingeleitet, und es kommt zu einem
raschen Temperaturanstieg, was mit einer möglichen Beschädigung
des Filters verbunden ist.
Es ist auch ein Filterregenerationsverfahren (Rückspülver
fahren genannt) bekannt, bei dem der Filter selbst nicht
erhitzt und statt dessen die Feststoffpartikel mit unter hohem
Druck stehender Luft ausgeblasen und außerhalb des Filters
erhitzt und verbrannt werden.
Bei der vorstehenden herkömmlichen Konstruktion wird die
Verbrennung jedoch durch die Flammenfortplanzung infolge der
Erhitzung durch die elektrische Heizung bewirkt, und demzufolge
wird der Temperaturgradient in dem Filter sehr groß, so daß in
dem Filter Sprünge entstehen. Ferner wird die Verbrennung durch
die Flammenfortpflanzung fortgesetzt, und demzufolge bleibt ein
von dem Zustand der Menge der zurückgehaltenen Feststoffparti
kel abhängiger Teil derselben unverbrannt, und wenn das Zurück
halten und die Regeneration wiederholt werden, dann treten hohe
Temperaturen infolge einer anormalen Verbrennung auf, was eine
Beschädigung durch Schmelzen verursacht. Die Entstehung von
Sprüngen oder Rissen sowie die Beschädigung durch Schmelzen be
einträchtigt die Leistungsfähigkeit des Filters, was schwerwie
gende Probleme der praktischen Anwendung waren.
In Anbetracht der vorstehenden Probleme liegt der Erfin
dung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Reinigung von Abgasen zu schaffen, bei dem die Entstehung
von Sprüngen oder Rissen in dem Filter sowie die Beschädigung
des Filters durch Schmelzen unterdrückt wird.
Ein diesem Erfordernis entsprechendes Verfahren und eine
Vorrichtung zu dessen Durchführung sind in den Patentansprüchen
1 und 8 angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zum Reinigen von Abgasen gemäß einer bevorzugten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Systems der Abgasreini
gungsvorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 einen Ablaufplan, der den Betrieb der erfindungs
gemäßen Abgasreinigungsvorrichtung zeigt;
Fig. 4A und 4B Diagramme, die den Zusammenhang zwi
schen der von einem Temperatursensor gemessenen Temperatur und
der Durchschnittstemperatur in einem Filter zeigen;
Fig. 5 eine Darstellung, die die zur Bestimmung der
Durchschnittstemperatur in dem Filter benutzten Meßpunkte
zeigt;
Fig. 6A und 6B charakteristische Diagramme, die den
Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem durch thermische
Analyse bestimmten Verbrennungsgewicht der zurückgehaltenen
Feststoffpartikel zeigen;
Fig. 7 ein charakteristisches Diagramm, das den Zusam
menhang zwischen der Geschwindigkeit des Anstiegs der Durch
schnittstemperatur und dem Grad der Verunreinigung zeigt, und
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer herkömmli
chen Vorrichtung zum Reinigen der aus einem Dieselmotor ausge
stoßenen Verbrennungsgase.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennungs
regeneration nicht durch Flammenfortpflanzung bewirkt, sondern
statt dessen wird ein Filter in seiner Gesamtheit erhitzt, wo
bei Luft als Heizmedium benutzt wird, derart, daß die Geschwin
digkeit des Temperaturanstiegs nicht größer ist als 10°C/min,
wenn die Temperatur im Filter im Bereich zwischen 400 und 600°C
liegt. Für den Fall, daß der Filter einen Oxidationskataly
sator trägt, wird die Erwärmung derart durchgeführt, daß die
Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs nicht größer ist als
10°C/min im Bereich zwischen 200 und 400°C.
Der Filter zum Zurückhalten von Feststoffpartikeln ist
bienenwabenförmig ausgebildet und aus einem anorganischen Mate
rial wie zum Beispiel Kordierit und Mullit hergestellt. Der
Filter hat üblicherweise eine zylindrische Form, er kann aber
auch rohrförmig mit einem ovalen oder mit einem quadratischen
Querschnitt sein. Der Filter hat einen Durchmesser von 10 bis
33 cm und eine Länge von 13 bis 36 cm, und die Anzahl (Dichte)
der Zellen des Filters beträgt 8 bis 62 pro cm2. Die Menge der
von dem Filter zurückgehaltenen Feststoffpartikel wird durch
das Gewicht (g)/Einheitsvolumen (1 Liter) des Filters ausge
drückt, und die Menge beträgt 1 bis 30 g/l.
Als Lufterhitzungseinrichtung kommen eine elektrische Hei
zung zum Erhitzen der Luft und ein Brenner zum Erhitzen der
Luft durch Verbrennen von Brennstoff in Frage. Die elektrische
Heizung zum Erhitzen der Luft ist so ausgebildet, daß ein Heiz
element die Luft berührt, und die Heizelemente bestehen bei
spielsweise aus einem Nickelchrom-Draht, einem Kanthal-Draht
oder einer keramischen Heizeinrichtung. Die Leistungsfähigkeit
der Heizeinrichtung wird entsprechend der Menge der zu erhit
zenden Luft bestimmt.
Ein den Filter enthaltendes Gehäuse ist aus einem hitzefe
sten Metall hergestellt, und ein Dichtungsteil, das Vermiculit
enthält und sich bei Erwärmung ausdehnt, ist zwischen dem Fil
ter und dem Gehäuse angeordnet, um ein Entweichen der Fest
stoffpartikel zu verhindern. Wegen der Wärmestrahlung des Ge
häuses entsteht eine Temperaturdifferenz zwischen dem inneren
und dem äußeren Umfang des Filters, und demzufolge wird vor
zugsweise ein Wärmeisolierungsverfahren angewendet, bei dem das
Gehäuse mit einem wärmeisolierenden Material, beispielsweise
Steinwolle, bedeckt oder ummantelt ist.
Als Luftfördereinrichtung kommen ein Luftgebläse, eine
Luftpumpe und ein Verdichter in Frage. Das Luftgebläse bewirkt
einen großen Durchsatz aber nur einen kleinen statischen Druck.
Die Luftpumpe und der Verdichter bewirken einen hohen stati
schen Druck, aber nur einen geringen Durchsatz.
Der Luftdurchsatz beträgt 0,1 bis 2 m3, und er sollte mög
lichst groß sein; in Anbetracht der Leistungsfähigkeit der
Luftfördereinrichtung ist es aber angebracht, daß dieser Durch
satz nicht größer als 1 m3 ist. Um ungefähr 1 m3 Luft zu erhit
zen, ist viel elektrische Energie erforderlich, weshalb vor
zugsweise Sparmaßnahmen getroffen werden, beispielsweise indem
die erhitzte Luft umgewälzt wird oder indem die Abgase eines
Motors benutzt werden.
Die Feststoffpartikel enthalten lösliche organische Sub
stanzen (SOF) als Bestandteil, und selbst wenn die Feststoff
partikel von dem Filter zurückgehalten werden, dann wird diese
Substanz während der Regeneration nicht verbrannt, und sie ver
dampft und wird in die Atmosphäre ausgestoßen. Deshalb ist es
vorteilhaft, daß ein SOF Oxidationskatalysator, der mit Edel
metall oder dergleichen beschichtet ist, vor oder hinter dem in
der vorliegenden Erfindung benutzten Filter angeordnet ist.
Mit den technischen Mitteln der vorliegenden Erfindung
werden folgende Wirkungen erreicht.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennungsrege
neration nicht durch Flammenfortpflanzung bewirkt, und statt
dessen wird der Filter insgesamt erhitzt, wobei Luft als Heiz
medium benutzt wird auf solche Weise, daß die Geschwindigkeit
des Temperaturanstiegs nicht größer ist als 10°C/min, wenn die
Temperatur in dem Filter in dem Bereich zwischen 400 und
600°C liegt (im Bereich zwischen 200 und 400°C für den
Fall, daß der Filter einen Oxidationskatalysator trägt). Bei
diesem Verfahren wird die infolge einer Verbrennungsreaktion
der Feststoffpartikel pro Zeiteinheit entstehende Wärmemenge
verringert, und sie ist kleiner als die Strahlungswärme pro
Zeiteinheit. Dadurch wird ein als "Zündung" bezeichneter plötz
licher Temperaturanstieg verhindert, und der Temperaturgradient
in dem Filter ist klein, wodurch die Entstehung unmäßig hoher
Temperaturen verhindert wird. Demzufolge kann das Entstehen von
Sprüngen oder Rissen in dem Filter oder eine Beschädigung des
Filters durch Schmelzen zuverlässig verhindert werden.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung
zur Reinigung von Abgasen gemäß einer bevorzugten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung.
Gemäß Fig. 1 ist ein Krümmer 103 mit einem Dieselmotor 102
verbunden, und ein Rohr 104 ist mit dem Krümmer 103 verbunden.
Abzweigrohre 105a und 105b sind mit dem Rohr 104 verbunden, und
ein Abzweigventil 106 ist an einem Verbindungsbereich vorgese
hen, wo das Rohr 104 mit den Abzweigrohren 105a und 105b ver
bunden ist. Ein Auslaßrohr 119a ist über ein Auslaßventil 118a
mit dem Abzweigrohr 105a verbunden. Auf ähnliche Weise ist ein
Auslaßrohr 119b über ein Auslaßventil 118b mit dem Abzweigrohr
105b verbunden.
Ein Filtergehäuse 107a ist mit dem Abzweigrohr 105a ver
bunden, und das Filtergehäuse 107a enthält einen Filter 108a
zum Zurückhalten von in dem Abgas enthaltenen Feststoffparti
keln und dergleichen, um das Abgas zu reinigen, eine elektri
sche Heizung 117a und einen Temperaturfühler 114a, der zwischen
dem Filter 108a und der elektrischen Heizung 117a angeordnet
ist. Der Filter 108a und die elektrische Heizung 117a sind in
dieser Reihenfolge in dem Filtergehäuse 107a in Strömungsrich
tung der Abgase angeordnet.
Ein Differentialdrucksensor 121a mißt oder ermittelt einen
Differentialdruck zwischen den gegenüberliegenden Enden des
Filters 108a in dem Filtergehäuse 107a.
Ein Filtergehäuse 107b ist mit dem Abzweigrohr 105b ver
bunden, und es hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie das
Filtergehäuse 107a. Genauer gesagt, das Filtergehäuse 107b ent
hält einen Filter 108b, um die in den Abgasen enthaltenen Fest
stoffpartikel zurückzuhalten und die Abgase zu reinigen, eine
elektrische Heizung 117b und einen Temperaturfühler 114b, der
zwischen dem Filter 108b und der elektrischen Heizung 117b an
geordnet ist. Der Filter 108b und die elektrische Heizung 117b
sind in dieser Reihenfolge in dem Filtergehäuse 107b in Strö
mungsrichtung der Abgase angeordnet.
Ein Differentialdruckmesser 121b mißt oder ermittelt einen
Differentialdruck zwischen den gegenüberliegenden Enden des
Filters 108b in dem Filtergehäuse 107b.
Ein Rohr 109a ist mit dem Filtergehäuse 107a verbunden und
stößt die gereinigten Abgase aus, und ein Rohr 109b ist mit dem
Filtergehäuse 107b verbunden und stößt die gereinigten Abgase
aus. Ein Luftgebläse 113 erzeugt einen Luftstrom, und ein Rohr
112 ist mit dem Luftgebläse 113 verbunden. Abzweigrohre 110a
und 110b sind mit dem Rohr 112 sowie mit den Rohren 109a bzw.
109b verbunden. Ein Abzweigventil 111 ist an einer Verzwei
gungsstelle angeordnet, wo das Rohr 112 mit den Abzweigrohren
110a und 110b verbunden ist.
Eine Steuerung (Steuerbereich) 116 steuert die elektri
schen Heizungen 117a und 117b, das Luftgebläse 113 und so wei
ter.
Die vorstehend erwähnten Rohre sind vorzugsweise aus einem
korrosionsfesten Material, wie zum Beispiel rostfreier Stahl,
hergestellt. Die vorstehend erwähnten Ventile (einschließlich
der Auslaßventile und der Abzweigventile) können mit irgendei
ner geeigneten Einrichtung, beispielsweise einer pneumatischen
Einrichtung, einer hydraulischen Einrichtung oder einer magne
tischen Einrichtung, betätigt werden. Vorzugsweise sind dieje
nigen Bereiche eines jeden der vorstehend erwähnten Ventile,
die mit den Verbrennungsgasen in Berührung kommen, aus einem
korrosionsfesten Material, wie zum Beispiel rostfreier Stahl,
hergestellt.
Die Filter 108a und 108b sind vorzugsweise aus einem kor
rosionsfesten Material, wie zum Beispiel Kordierit und Mullit
hergestellt, und sie haben einen Bienenwabenaufbau mit kleinem
Druckverlust. Ein Oxidationskatalysator kann an mindestens
einem der Filter 108a und 108b vorgesehen sein.
Das Luftgebläse 113 ist erforderlich, um einen bestimmten
Ausstoßdurchsatz und einen bestimmten statischen Druck zu er
zeugen, was von der Größe der Filter 108a und 108b abhängt, und
das Luftgebläse 113 sollte vorzugsweise einen großen Ausstoß
durchsatz und einen großen statischen Druck bewirken. Anstelle
des Luftgebläses 113 könnte eine Luftpumpe benutzt werden.
Die Temperaturfühler 114a und 114b können von irgendeiner
geeigneten Bauart sein, die verhältnismäßig hohe Temperaturen
ermitteln kann, wie zum Beispiel ein ummanteltes Thermoelement
und einen Platinwiderstand. Da diese Fühler 114a und 114b den
Abgasen ausgesetzt sind, sind sie vorzugsweise korrosionsbe
ständig. Jeder dieser Fühler ist vorzugsweise so angeordnet, um
ein Absinken der angezeigten Temperatur infolge der Strahlungs
wärme zu verhindern.
Jede der elektrischen Heizungen 117a und 117b ist vorzugs
weise von einer Bauart, bei der ein Heizelement, wie zum Bei
spiel ein Nickelchrom-Draht oder ein Kanthal-Draht derart ge
wickelt ist, um die thermische Leistung zu steigern, und in
einem Trägerteil aus keramischem Material angeordnet ist.
Vorzugsweise werden Halbleiter-Druckfühler oder derglei
chen an denjenigen Bereichen der Differentialdrucksensoren 121a
und 121b benutzt, die an den zugeordneten Filtergehäusen 107a
und 107b vorgesehen sind, und vorzugsweise ist ein Staubfilter
oder dergleichen um jeden Sensor herum angeordnet, damit die
Abgase mit dem Sensor nicht in unmittelbare Berührung gelangen.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
zur Reinigung von Abgasen wird nachfolgend anhand der Fig. 1, 2
und 3 erläutert. Fig. 2 ist ein Blockdiagramm der erfindungsge
mäßen Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen, und Fig. 3 ist ein
Flußdiagramm, das die Arbeitsweise der Vorrichtung veranschau
licht. Bei dieser Ausführungsform werden die Vorgänge erläu
tert, bei denen nach vorheriger Reinigung der Abgase in dem
Filtergehäuse 107a die Abgase in das Filtergehäuse 107b einge
leitet und der in dem Filtergehäuse 107a enthaltene Filter 108a
regeneriert wird.
Zunächst stellt die Steuerung 116 im Schritt 1 (in Fig. 3
mit S1 bezeichnet) fest, ob der Zeitpunkt für eine Verbren
nungsregeneration gekommen ist oder nicht. Im Schritt 1 prüft
die Steuerung 116 den Ausgang des Differentialdrucksensors
121a, um dadurch zu beurteilen, ob der Zeitpunkt für eine Ver
brennungsregeneration gekommen ist oder nicht. Genauer gesagt,
ein Differentialdruck-Meßbereich 201 erzeugt ein Differen
tialdrucksignal entsprechend dem Ausgang des Differentialdruck
sensors 121a, und die Steuerung 116 beurteilt auf der Grundlage
dieses Differentialdrucksignals, ob der Zeitpunkt für eine Ver
brennungsregeneration gekommen ist oder nicht. Bei dieser Aus
führungsform ist die Menge der zurückgehaltenen Feststoffparti
kel und so weiter um so größer, je größer der Druckunterschied
zwischen der Einlaßseite und der Auslaßseite des Filtergehäuses
107a ist, und demzufolge kann die Steuerung den Zeitpunkt für
die Verbrennungsregeneration bestimmen.
Sodann betätigt oder schaltet die Steuereinrichtung 116 im
Schritt 2 das Abzweigventil 106, so daß die Abgase in dem Krüm
mer 103, die bisher in das Filtergehäuse 107a geströmt sind, in
das Filtergehäuse 107b strömen, indem das Abzweigrohr 105b mit
dem Rohr 104 verbunden wird. Infolgedessen strömen die Abgase
von dem Krümmer 103 in das Filtergehäuse 107 b. Die Steuerung
116 betätigt ferner das Abzweigventil 111, so daß ein von dem
Luftgebläse 113 erzeugter Luftstrom über das Abzweigrohr 110a
und das Rohr 109a in das Filtergehäuse 107a zugeführt wird.
Sodann sendet die Steuerung 116 im Schritt 3 ein Signal an
einen Heizungs-Betriebsbereich 202 zum Einschalten der elektri
schen Heizung 117a. Im Schritt 3 sendet die Steuerung 116 fer
ner ein Signal an einen Gebläse-Betriebsbereich 203 zum Ein
schalten des Luftgebläses 113, um die Luftzufuhr zu beginnen.
Im Schritt 3 sendet die Steuerung 116 ferner ein Signal an das
Auslaßventil 118a, um das Abzweigrohr 105a mit dem Rohr 119a zu
verbinden. Durch diese Vorgänge wird der von dem Luftgebläse 113
erzeugte Luftstrom über das Abzweigrohr 110a und das Rohr
109a dem Filtergehäuse 107a zugeführt und von der elektrischen
Heizung 117a innerhalb des Filtergehäuses 107a zu einem Heiß
luftstrom erhitzt. Dieser Heißluftstrom strömt in den Filter
108a, um diesen zu erhitzen, und er entzündet die in dem Filter
108a zurückgehaltenen oder gesammelten Feststoffpartikel oder
dergleichen. Der auf diese Weise in den Filter 108a einge
strömte Heißluftstrom tritt aus dem Filtergehäuse 107a aus und
strömt durch das Abzweigrohr 105a in das Rohr 119a und wird
durch das Auslaßventil 118a in die Atmosphäre ausgestoßen.
Im Schritt 4 erzeugt ein Temperatur-Meßbereich 204 ein
Temperatursignal entsprechend dem Ausgang des Temperaturfühlers
114a, und die Steuerung 116 beurteilt aufgrund dieses Tempera
tursignals, ob die Durchschnittstemperatur in dem Filter 108a
nicht unter 400°C liegt. Zu diesem Zeitpunkt, nachdem einige
Zeit vergangen ist, beträgt der Unterschied zwischen der von
dem Temperaturfühler 114a ermittelten Temperatur und der Durch
schnittstemperatur in dem Filter 108a ungefähr 100°C wie in
Fig. 4A gezeigt. Genauer gesagt, wenn der Druckfühler 114a un
gefähr 500°C ermittelt, dann beträgt die Durchschnittstempera
tur in dem Filter 108a ungefähr 400°C. Ferner besteht ein
Zusammenhang zwischen der von dem Temperaturfühler 114a ermit
telten Temperatur und der Durchschnittstemperatur in dem Filter
108a, wie in Fig. 4B gezeigt, und wenn die von dem Temperatur
fühler 114a ermittelte Temperatur beispielsweise 600°C be
trägt, dann beträgt die Durchschnittstemperatur in dem Filter
108a 500°C, wie aus Fig. 4B hervorgeht. Bei dieser Ausfüh
rungsform beträgt der Unterschied zwischen der von dem Tempera
turfühler 114a ermittelten Temperatur und der Durchschnittstem
peratur in dem Filter 108a ungefähr 100°C wie in Fig. 4A ge
zeigt, und zwischen der ermittelten Temperatur und der Durch
schnittstemperatur besteht ein linearer Zusammenhang, wie in
Fig. 4B gezeigt. Diese Temperaturen schwanken jedoch in Abhän
gigkeit von der Art des Filters 108a, der Regenerationstempera
tur, der Art der Abgase und so weiter, und der Zusammenhang
zwischen den beiden Temperaturen muß daher im Hinblick auf
diese Einflußgrößen gefunden werden. Bei dieser Ausführungsform
wird die Durchschnittstemperatur in dem Filter 108a (bei dem es
sich um einen zylindrischen Filter mit einem Durchmesser von
14,4 cm und einer Länge von 15 cm handelt) bestimmt, indem die
Summe der an Meßpunkten Z1 bis Z9 (wie in Fig. 5 gezeigt) ge
messenen Temperaturen gemittelt wird. Der Punkt Z1 ist ungefähr
20 mm von der Achse des Zylinders entfernt, und die Punkte Z4
bis Z5 bezeichnen Temperaturen nahe dem Zentrum des Filters
108a.
Wenn im Schritt 4 festgestellt wird, daß die Durch
schnittstemperatur in dem Filter 108a unter 400°C liegt, dann
wird der Vorgang mit dem Schritt 5 fortgesetzt, bei dem die
Steuerung 116 ein Signal an den Heiz-Betriebsbereich 202 sen
det, um die an die elektrische Heizung 117a angelegte Spannung
zu erhöhen. Wenn im Gegenteil beim Schritt 4 festgestellt wird,
daß die Durchschnittstemperatur des Filters 108a nicht unter
400°C liegt, dann wird der Vorgang mit dem Schritt 6 fortge
setzt. Der Grund dafür, daß die Durchschnittstemperatur des
Filters 108a auf mindestens 400°c festgesetzt ist, besteht
darin, daß die meisten Bestandteile (hauptsächlich Feststoff
partikel) der von dem Filter zurückgehaltenen Teilchen bei
Temperaturen über 400°C zu brennen beginnen.
Für den Fall, daß ein Oxidationskatalysator auf dem Filter
108a angeordnet ist, wird im Schritt 4 festgestellt, ob die
Temperatur in dem Filter 108a nicht unter 200°C liegt. Der
Grund für 200°C besteht darin, daß die meisten der zurückge
haltenen Teilchen infolge der Anwesenheit des Oxidationskataly
sators bei Temperaturen über 200°C verbrannt werden.
Im Schritt 6 wird nach einer bestimmten Zeitdauer eine
Zieltemperatur eingestellt, damit die Geschwindigkeit, mit der
die Durchschnittstemperatur in dem Filter 108a ansteigt
(nachfolgend als "Zunahme der Durchschnittstemperatur" bezeich
net) nicht mehr als 10°C/min beträgt. Wenn beispielsweise die
Durchschnittstemperatur in dem Filter 108a derzeit 400°C be
trägt, dann wird die Zieltemperatur nach 0,5 Minuten auf 405°C
eingestellt (in diesem Fall beträgt die Zunahme der Durch
schnittstemperatur 10°C/min). Wenngleich die Zunahme der
Durchschnittstemperatur nicht mehr als 10°C/min beträgt, soll
te diese Zunahme vorzugsweise 3°C/min bis 7°C /min. und vor
zugsweise 4°C/min bis 5°C/min betragen.
Im Schritt 7 wird beurteilt, ob die Durchschnittstempera
tur im Filter 108a über 600°C liegt, und wenn diese Durch
schnittstemperatur über 600°C liegt, dann springt der Vorgang
zum Schritt 10, bei dem die elektrische Heizung 117a und das
Luftgebläse 113 abgeschaltet werden. Wenn jedoch im Schritt 7
festgestellt wird, daß die Durchschnittstemperatur nicht über
600°C liegt, dann fährt die Bearbeitung mit dem Schritt 9
fort.
Im Schritt 9 wird beurteilt, ob die tatsächliche Tempera
tur unter der Zieltemperatur liegt, und wenn die tatsächliche
Temperatur unter der Zieltemperatur liegt, dann fährt der Vor
gang mit dem Schritt 8 fort, bei dem die an die elektrische
Heizung 117a angelegte Spannung erhöht wird. Sodann kehrt der
Vorgang zum Schritt 6 zurück, bei dem eine neue Zieltemperatur
eingegeben wird. Wenn beim Schritt 9 festgestellt wird, daß die
augenblickliche Temperatur höher ist als die Zieltemperatur,
dann fährt der Vorgang fort zum Schritt 11, bei dem die an die
elektrische Heizung 117a angelegte Spannung verringert wird.
Sodann kehrt der Vorgang zum Schritt 6 zurück, bei dem eine
neue Zieltemperatur eingegeben wird.
Die Regeneration des Filtergehäuses 107b wird auf die
gleiche Weise durchgeführt, wie dies vorstehend für das Filter
gehäuse 107a erläutert wurde. Dabei führen ein Differential
druck-Meßbereich 301, ein Heizungs-Betriebsbereich 302 und ein
Temperatur-Meßbereich 304 die gleichen Funktionen aus wie der
Differentialdruck-Meßbereich 201, der Heizungs-Betriebsbereich
202 und der Temperatur-Meßbereich 204.
Wenngleich bei dieser Ausführungsform die Temperatur in
dem Filtergehäuse 107a durch Verändern der von der elektrischen
Heizung 117a erzeugten Wärmemenge eingestellt wird, kann diese
Temperatur eingestellt werden, indem die Menge des von dem
Luftgebläse 113 erzeugten Luftstromes verändert wird. Alterna
tiv kann diese Temperatur eingestellt werden, indem sowohl die
von der elektrischen Heizung 117a erzeugte Wärmemenge als auch
die Menge des von dem Luftgebläse 113 erzeugten Luftstromes
verändert wird. Vorzugsweise wird aber, wie bei dieser Ausfüh
rungsform, die elektrische Heizung 117a gesteuert, weil dieses
Verfahren mit einer einfachen Steuerung und mit geringen Kosten
durchgeführt werden kann.
Wie dies vorstehend erläutert wurde, ist diese Ausfüh
rungsform auf eine Vorrichtung gerichtet, bei der die Abgase
durch eines der Filtergehäuse 107a und 107b gereinigt werden,
und wenn eines der Filtergehäuse durch die Abgase verstopft
ist, dann werden die Abgase durch das andere Filtergehäuse ge
reinigt, und der Filter in dem einen Filtergehäuse wird regene
riert. Ähnliche Wirkungen können aber in einer Vorrichtung er
reicht werden, die nur ein Filtergehäuse hat. Bei einer solchen
Vorrichtung, die nur ein Filtergehäuse hat, wird der Motor ab
geschaltet, wenn der Filter verstopft ist, und der Filter wird
sodann regeneriert. Ähnliche Wirkungen könne auch mit einer
Vorrichtung erreicht werden, die drei oder mehr Filtergehäuse
hat.
Wenngleich bei dieser Ausführungsform festgestellt wird,
ob die Durchschnittstemperatur in dem Filter 108a 600°C be
trägt oder nicht, kann eine Anordnung benutzt werden, bei der
eine solche Zeitdauer voreingestellt wird, daß die Durch
schnittstemperatur 600°C nicht übersteigt, und vor Ablauf die
ser Zeitdauer wird der Filter bei einer bestimmten Zunahme der
Durchschnittstemperatur erhitzt. Wenngleich bei dieser Ausfüh
rungsform die Durchschnittstemperatur im Hinblick auf das Mate
rial des Filters 108a und andere Einflußgrößen so festgesetzt
wird, daß sie nicht über 600°C liegt, kann sie 600°C gering
fügig übersteigen. Bei dieser Ausführungsform sollte die Durch
schnittstemperatur aber vorzugsweise 600°C nicht übersteigen.
Wenngleich der Filter 108a bei dieser Ausführungsform
durch den Heißluftstrom erhitzt wird, können ähnliche Wirkungen
erreicht werden, indem der Filter 108a mit einem heißen (oder
erhitzten) Fluid erhitzt wird, dem die Abgase oder ein Oxida
tionsmittel beigefügt sind. Als ein solches heißes Fluid kann
einfach die heiße oder erhitzte Luft verwendet werden, und das
macht die Konstruktion einfach und verringert die Kosten.
Nachfolgend wird die Zunahme der Durchschnittstemperatur
erläutert.
In einem Versuch wurde ein aus Mullit hergestellter Fil
ter von zylindrischer Form mit einem Durchmesser von 14,4 cm
und einer Länge von 15 cm benutzt. Die Anzahl der Zellen des
Filters betrug 15,5 Zellen pro cm2 , und die Menge der von dem
Filter zurückgehaltenen Feststoffpartikel betrug 15 g/l.
Zum Erhitzen der Luft wurde eine elektrische Heizung benutzt,
bestehend aus einem Heizelement, das in einem Metallrohr ange
ordnet ist, durch das die Luft hindurchgeleitet wird. Als Heiz
element wurde ein Kanthal-Draht benutzt. Zum Zuführen der Luft
wurde ein Luftgebläse benutzt, und der Luftdurchsatz betrug 600
Liter pro Minute. Die übrige Ausbildung war die gleiche wie in
Fig. 1 gezeigt.
Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Zunahme der
Durchschnittstemperatur und dem Verunreinigungsgrad, der das
Entweichen von Feststoffpartikeln nach der Regeneration an
zeigt. Die Zunahme der Durchschnittstemperatur wird durch Ein
geben der Temperaturdaten im Abstand von 5 Sekunden und durch
Berechnen der Temperaturzunahme pro Minute ermittelt. Der Ver
unreinigungsgrad wurde unter Verwendung von JIS D8004 gemessen
(Reflexions-Rauchmeßgerät zum Messen der Rauchabgase eines
Kraftfahrzeug-Dieselmotors). Wie aus Fig. 7 deutlich hervor
geht, steigt der Verunreinigungsgrad nicht an, und der Filter
ist nicht beschädigt, wenn die Zunahme der Durchschnittstempe
ratur nicht mehr als 10°C/min beträgt. Wenn die Zunahme der
Durchschnittstemperatur mehr als 10°C/min beträgt, dann nimmt
der Verunreinigungsgrad zu, und der Filter ist beschädigt. Je
geringer die Zunahme der Durchschnittstemperatur ist, um so
besser. Es ist aber eine beträchtliche Zeitdauer erforderlich,
bis die Durchschnittstemperatur auf 600°C ansteigt, und die
Zunahme der Durchschnittstemperatur sollte daher nicht kleiner
als 3°C/min sein. Wenn die Zunahme der Durchschnittstemperatur
auf 10°C/min festgesetzt wird, dann steigt sie wegen eines
Steuerfehlers häufig auf 11°C/min an, und die Zunahme der
Durchschnittstemperatur sollte daher nicht über 7°C/min lie
gen. Demzufolge beträgt diese Zunahme vorzugsweise 3°C/min bis
7°C/min, und ihr noch praktikabler Bereich beträgt 4°C/min
bis 5°C/min.
Wie vorstehend erläutert, wird der Filter 108a derart
einer Verbrennungsregeneration unterzogen, daß die Zunahme der
Durchschnittstemperatur nicht mehr als 10°C/min (vorzugsweise
3°C/min bis 7°C/min und noch vorteilhafter 4°C/min bis
5°C/min) beträgt, wenn die Temperatur in dem Filter in dem Be
reich zwischen 400°C und 600°C liegt (in dem Bereich zwischen
200°C und 400°C für den Fall, daß der Filter 108a einen Oxi
dationskatalysator trägt). Dadurch wird der Filter 108a nicht
beschädigt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennungsrege
neration nicht durch Flammenfortpflanzung bewirkt, statt
dessen wird der Filter insgesamt erhitzt, wobei Luft als Heiz
medium benutzt wird, so daß die Zunahme der Temperatur nicht
mehr als 10°C/min beträgt, wenn die Temperatur in dem Filter
in dem Bereich zwischen 400 und 600°C liegt (in dem Bereich
zwischen 200 und 400°C für den Fall, daß der Filter einen
Oxidationskatalysator trägt). Mit diesem Verfahren kann die in
folge der Verbrennungsreaktion der Feststoffpartikel pro Zeit
einheit erzeugte Wärmemenge verringert werden und geringer ge
macht werden als die Strahlungswärme pro Zeiteinheit. Dadurch
wird ein als "Zündung" bezeichneter plötzlicher Temperaturan
stieg verhindert, und der Temperaturgradient in dem Filter wird
klein, wodurch die Entstehung unmäßig hoher Temperaturen ver
mieden wird. Demzufolge kann die Entstehung von Sprüngen oder
Rissen in dem Filter sowie eine Beschädigung des Filters durch
Schmelzen zuverlässig verhindert werden.
2
Dieselmotor
3
Abgaskrümmer
4
Abgasrohr
5
a, b Abgasrohr
6
Ventil
7
a, b Gehäuse
8
a, b Keramikfilter
9
a, b Abgasrohr
10
a, b Sekundärluftrohr
11
Einlaßventil
12
Sekundärluftrohr
13
Luftgebläse
16
Steuerung
18
a, b Auslaßventil
19
a, b Rohr
20
a, b elektrische Heizung
102
Dieselmotor
103
Krümmer
104
Rohr
105
a, b Abzweigrohr
106
Abzweigventil
107
a, b Filtergehäuse
108
a, b Filter
109
a, b Rohr
110
a, b Abzweigrohr
111
Abzweigventil
112
Rohr
113
Luftgebläse
114
a, b Temperaturfühler
116
Steuerungsbereich
117
a, b elektrische Heizung
118
a, b Auslaßventil
119
a, b Auslaßrohr
121
a, b Differentialdrucksensor
201
Differentialdruck-Meßbereich
202
Heizungs-Betriebsbereich
203
Gebläse-Betriebsbereich
204
Temperatur-Meßbereich
301
Differentialdruck-Meßbereich
302
Heizungs-Betriebsbereich
304
Temperatur-Meßbereich
Claims (9)
1. Verfahren zum Reinigen von Abgasen, dadurch gekenn
zeichnet, daß man
- a) die Abgase zur Abscheidung von Feststoffpartikeln durch einen Filter leitet,
- b) durch Erhitzen des Filters die daraus abgelagerten Fest stoffpartikel verbrennt und
- c) die Zunahme der Durchschnittstemperatur im Filter, die nicht unter 400°C liegt, beim Erhitzen auf 10°C/min begrenzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Filter derart erhitzt, daß die Durchschnittstemperatur
in dem Filter nicht mehr als 600°C beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man einen, einen Oxidationskatalysator tragenden Filter ein
setzt und die Durchschnittstemperatur im Filter nicht unter
200°C liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
man den Filter derart erhitzt, daß die Durchschnittstemperatur
in dem Filter nicht mehr als 400°C beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Zunahme der Durchschnittstemperatur in dem Filter
3°C/min bis 7°C/min beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Zunahme der Durchschnittstemperatur in dem Filter
4°C/min bis 5°C/min beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Filter mit einem Fluid erhitzt wird.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß
Anspruch 1, umfassend
- a) ein Filtergehäuse mit Filter, der ggf. einen Oxidationskata lysator trägt,
- b) ein erstes Rohr zum Zuführen der Abgase,
- c) ein zweites Rohr zum Ableiten der gereinigten Abgase,
- d) eine Temperaturmeßeinrichtung,
- e) eine Heizeinrichtung und
- f) eine Steuereinheit.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizeinrichtung eine Luftzuführung und eine elektrische
Heizung umfaßt.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7-040857 | 1995-02-28 | ||
JP7040857A JPH08232643A (ja) | 1995-02-28 | 1995-02-28 | 排ガス浄化方法及び排ガス浄化装置 |
DE19655302 | 1996-02-27 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19607341A1 DE19607341A1 (de) | 1996-08-29 |
DE19607341C2 true DE19607341C2 (de) | 1998-07-02 |
DE19607341C5 DE19607341C5 (de) | 2004-04-22 |
Family
ID=32044015
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19607341A Expired - Fee Related DE19607341C5 (de) | 1995-02-28 | 1996-02-27 | Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19607341C5 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10148180B4 (de) * | 2001-09-28 | 2006-04-27 | Keller Lufttechnik Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zur Abgasreinigung an Dieselmotorprüfständen |
DE102006035286A1 (de) * | 2006-07-31 | 2008-02-07 | VTI Thüringer Verfahrenstechnisches Institut Saalfeld GmbH | Filterverfahren und Filteranlage, insbesondere zum Reinigen von Gasen und Abluftströmen |
DE102011001857A1 (de) * | 2011-04-06 | 2012-10-11 | Behzad Sahabi | Verfahren zur Filterung und Filteranordnung |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61500861A (ja) * | 1983-12-27 | 1986-05-01 | フオ−ド モ−タ− カンパニ− | フィルタトラップ再生装置 |
US4651524A (en) * | 1984-12-24 | 1987-03-24 | Arvin Industries, Inc. | Exhaust processor |
JPH04136409A (ja) * | 1990-09-28 | 1992-05-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 内燃機関用フィルタ再生装置 |
DE4033621C1 (en) * | 1990-10-23 | 1992-06-25 | Mercedes-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De | Filter for cleansing exhaust gas, esp. from diesel engine - has filter body with longitudinal channels which are sepd. by porous sepg. walls which are not penetrated by soot particles |
DE4431565C2 (de) * | 1994-09-05 | 2001-08-09 | Deutz Ag | Thermisches Regenerationsverfahren für ein Rußfilter |
-
1996
- 1996-02-27 DE DE19607341A patent/DE19607341C5/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19607341C5 (de) | 2004-04-22 |
DE19607341A1 (de) | 1996-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0238916B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration von Abgas-Filtersystemen | |
DE19730335C2 (de) | Abgasreinigungsverfahren, Abgasfilter und Abgasfilterreinigungsvorrichtung dazu | |
DE69402437T2 (de) | Partikelabscheider | |
EP0731875B1 (de) | Verfahren zur verminderung des schadstoffausstosses eines dieselmotors mit nachgeschaltetem oxidationskatalysator | |
DE102007008954B4 (de) | Katalysatorsystem und seine Verwendung | |
DE2756570A1 (de) | Kontrollierbar beheizbarer rauchfilter fuer brennkraftmaschine | |
DE3403564A1 (de) | Filtriereinrichtung zum entfernen oxidierbarer partikel aus dem abgas eines dieselmotors | |
DE2815365A1 (de) | Rauchfilter fuer verbrennungskraftmaschine | |
EP1630369A2 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungseinrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs | |
DE69831587T2 (de) | Verfahren zur reinigung von abgasen und gasbrenner | |
DE3046258A1 (de) | Vorrichtung und verfahren zum aufbereiten eines brennbare feststoffteilchen mitfuehrenden heissen abgasstroms | |
DE60101837T2 (de) | Abgaspartikelfilter für Dieselmotor | |
DE102008030307A1 (de) | Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors | |
EP0837980A1 (de) | Vorrichtung zur reinigung von abgas einer gemischverdichtenden verbrennungskraftmaschine | |
DE3545437C2 (de) | ||
DE19607341C2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen | |
EP2166204A1 (de) | Flammglühkerze | |
DE19855092B4 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen des Abgases einer Brennkraftmaschine | |
DE3837073A1 (de) | Russfilter fuer dieselkraftfahrzeuge | |
DE102011081569A1 (de) | Vorrichtung zur Aufteilung eines Gesamtluftstroms zum Betrieb eines Abgasbrenners mit einem inneren und einem äußeren Brennraum | |
EP0638776B1 (de) | Anordnung zur Verringerung der Geruchs - und Schadstoffemission bei Heizgeräten für Fahrzeuge | |
DE3403505A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum regenerieren eines partikelabscheidefilters in der abgasleitung eines dieselmotors | |
EP2597368B1 (de) | Brennervorrichtung für den Brennraum eines Brenners, insbesondere zur Anhebung der Abgastemperatur einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs | |
EP1253300B1 (de) | Abgasreinigungsanlage mit Partikelfiltermittel und Regenerationsverfahren für Partikelfiltermittel | |
DE102006041284B4 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Regenerieren von durchströmten Parikelfiltern |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
8369 | Partition in: |
Ref document number: 19655302 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |
|
Q171 | Divided out to: |
Ref document number: 19655302 Country of ref document: DE Kind code of ref document: P |
|
8392 | Publication of changed patent specification | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: PANASONIC CORP., KADOMA, OSAKA, JP |
|
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110901 |