DE19824285C2

DE19824285C2 - Rußfilter für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE19824285C2
Application number: DE1998124285
Authority: DE
Inventors: Siegfried Kany
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2018-05-30
Also published as: DE19824285A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[Stand der Technik]

Ein derartiges Rußfilter ist aus der DE 36 23 600 A1 be kannt. In dieser Druckschrift werden Rußfilter mit einer ka talytisch aktiven Beschichtung aus Alkalimetall enthaltendem Kupfervanadat beschrieben, bei denen die Zündtemperatur der Rußpartikel beträchtlich, bis zu 365°C, herabgesetzt wird. Bei den bekannten Filterelementen wird die Vanadat-Beschich tung auf einen Trägerkörper gebracht. Dabei haben sich Trä gerkörper aus Keramik, vorzugsweise aus Cordierit bestehende monolithische Filterelemente mit einer Vielzahl von Kanälen mit porösen Wandungen bewährt.

Aus der DE 195 04 450 A1 ist ein Rußfilter bekannt, dessen Filterelement aus einem von temperaturbeständigen Fasern ge bildeten Garn mit eingearbeitetem warmfesten Draht aus V4A- Stahl besteht. Jedoch wird bei diesem bekannten Filter zur Herabsetzung der Zündtemperatur auf etwa 350°C dem Treib stoff ein Additiv mit entsprechender katalytischer Wirkung zugeführt. Falls das Additiv nicht von vornherein im Treib stoff enthalten ist, wird mit Hilfe einer Pumpeinrichtung das Additiv dem Kraftstoff zugeführt.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe ist es, ein Rußfilter der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Zündtemperatur von Rußpartikeln weiter erniedrigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der warmfeste V4A-Stahldraht, der ebenfalls von der kataly tischen Beschichtung überzogen ist, besteht aus einer Vana dium-Legierung und trägt somit auch zur katalytischen Wir kung der Beschichtung bei.

[Beispiele]

Im nun folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen im einzelnen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbei spiels;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Teils des Fil terelements des Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Gestrick mit dem Me tall-Draht, welche das Filterelement bilden; und

Fig. 4 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils des Garns mit dem Metalldraht.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Behälters 3 mit einem darin befindlichen Hohlkörper 4 gezeigt. Die aus der Verbrennungskraftmaschine 2 kommenden Rußpartikel treten mit dem Gas durch einen Gaseintrittsstutzen 5 in den Behälter 3 ein. Der Gaseintrittsstutzen 5 ist in vorteilhafter Weise konzentrisch zum Behälter 3 angeordnet, wenn dieser Behälter 3 zylindrisch ausgeführt ist. Stirnflächen 16 und 16' sind in der Regel flach ausgeführt, sie können jedoch auch eine konische verjüngende Übergangsform annehmen.

Der Behälter 3 wird anstelle des sonst üblichen Schalldämp fers in das Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine 2 ein gesetzt. In der hier vorliegenden Ausführungsform befindet sich der Hohlkörper 4 konzentrisch zum Behälter 3 und zum Gaseintrittsstutzen 5. Der Hohlkörper 4 besteht aus einem Zylinder, dessen Mantelfläche 7 eine Vielzahl von Durchbrü chen 8 aufweist. Die Deckflächen des Hohlkörpers 4 sind an den Enden mit flachen Deckeln 20 und 21 verschlossen, wobei der Deckel 21 eine Öffnung für den Gaseintrittsstutzen 5 aufweist.

Das rußpartikelhaltige Abgas tritt durch den Gaseintritts stutzen 5 in das Innere des Hohlkörpers 4 ein und wird in folge des sich aufbauenden Druckes durch das Filtermaterial gedrückt, wobei die im Abgas befindlichen Rußpartikel zu über 90% herausgefiltert werden. Am linken Ende des Hohlkör pers 4 sind Keramik-Pakete 9 schematisch dargestellt (Fig. 2). Ebenfalls schematisch ist ein Metalldraht 13 gezeigt, der sich durch ein Gestrick hindurchzieht (Fig. 3). Der Auf bau der Keramik-Pakete 9 wird weiter unten im Detail erläu tert. Der Hohlzylinder 4 beinhaltet eine Vielzahl dieser Ke ramik-Pakete 9, die auf eine vorgegebene Dichte mittels me chanischen Drucks zu einem Filterelement verdichtet werden.

Die an den Oberflächen der Keramik-Garne 12 der Keramik- Pakete 9 ausgefilterten Fußpartikel erreichen bereits nach einer kurzen Anlaufzeit des Motors 2 die geforderte Zündtem peratur von etwa 320 bis 350°C, so dass ein rasches Abbren nen der Rußpartikel bereits bei niedrigen Temperaturen stattfindet, wodurch die notwendige Regeneration des Tiefen filters bewirkt wird.

In Fig. 2 ist ausschnittsweise ein Teil des Hohlkörpers 4 in einer Schnittdarstellung wiedergegeben. Diese Darstellung verdeutlicht, wie die Keramik-Pakete 9 im eingebauten Zu stand im Hohlkörper 4 gelagert und gehalten werden. Aus der Darstellung ist ferner ersichtlich, dass ein einzelnes Kera mik-Paket 9, 10 aus einem von einem Ende her aufgerollten gestrickten Schlauch 22 aus einem speziellen Keramikgarn hergestellt ist. Ein Keramik-Paket 10 stellt das ungepress te, unverformte und somit nicht verdichtete Filtermaterial in seinem Urzustand dar.

Wie bereits erwähnt, besteht das Keramik-Paket 9, 10 aus ei nem aufgerollten länglichen Schlauch 22, der in einer be stimmten Strickart zylindrisch gestrickt ist. Das Gestrick besteht aus einer Rechts-Links-Bindung mit einer Maschenwei te (a) zwischen 4,5 und 7,5 mm und einer Teilung von etwa 5, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Art der Bindung und der Maschenweite hat sich bei Langzeitversuchen als die günstigste Art des Gestricks herausgestellt, da sie den ge forderten notwendigen Differenzdruck im Abgassystem bei ent sprechender Verdichtung gewährleistet. Hierzu trägt ent scheidend der bei jeder einzelnen Masche mit durchzogene Me talldraht 13 bei, der einerseits die notwendige Elastizität des gesamten Keramik-Pakets 9 ermöglicht und andererseits ein allmähliches Verdichten des Gestricks verhindert, wo durch die lange Standzeit des Rußfilters gewährleistet wird.

Das für die Strickung des Schlauches verwendete spezielle Garn 12 besteht aus hochfeinen Keramik-Filamenten 12' mit einem mittleren Durchmesser von etwa 6 µm, der mit der han delsüblichen Bezeichnung Hakotherm-1200 im Handel erhältlich ist. Die chemische Zusammensetzung dieser keramischen Fila mente setzt sich wie folgt zusammen:
93,5% ≦ SiO₂
4% = Al₂O₃
0,8% ≧ Na₂O.

Dieses Keramikmaterial hat eine besonders hohe Dauertempera turbeständigkeit, die oberhalb von 1.000°C liegt. Ferner ist dieses Material gegen die meisten Chemikalien resistent, mit Ausnahme von Fluß- und Phosphorsäure und starken Laugen. Diese Keramik-Filamente sind darüber hinaus hautfreundlich und gesundheitlich unbedenklich. Das Garn 12 setzt sich also aus einer Vielzahl von feinen Keramik-Filamenten 12' zusam men, die texturiert und gezwirnt sind, wie dies in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Neben oder im Querschnitt des Garns 12 ist der Metalldraht 13 untergebracht, der jede ein zelne Masche des Gestricks des Schlauches durchzieht. Der Metalldraht besteht aus einem V4A-Stahl, der einerseits warmfest ist und andererseits eine ausreichende federnde Wirkung aufweist.

Die nach einem bestimmten Herstellungsverfahren, das an die ser Stelle nicht näher beschrieben wird, hergestellten Kera mik-Pakete aus länglichen gestrickten Schläuchen 22 befinden sich in einer sogenannten Filter-Kerze, die durch den Hohl körper 4 gebildet wird. Die so vorgefertigten Filter-Kerzen werden nach einem bekannten Verfahren, das in der DE 36 23 600 A1 näher beschrieben ist, mit der katalytischen Be schichtung versehen. Im Anschluss an die Beschichtung wird die Filter-Kerze in den Behälter 3 mittig eingebaut, so dass der Gaseintrittsstutzen 5 konzentrisch mit der beschichteten Filter-Kerze angeordnet ist.

Das Rußfilter dient zur Minderung der Menge der austretenden Rußpartikel aus einer Diesel-Verbrennungskraftmaschine. Das Rußfilter besteht aus dem Behälter 3 mit den Gasein- und Gasaustrittsstutzen 5, 6 und dem Hohlkörper 4, dessen Wan dungen 7 eine Vielzahl von Durchbrüchen 8 aufweisen. Um eine gleichmäßige Gasverteilung in dem Hohlkörper 4 zu erzielen, ist der Hohlkörper 4 an einem Ende geschlossen. Zwischen den Wandungen des Hohlkörpers 4 sind Keramik-Pakete 9 angeord net, deren grobe Maschen von dem warmfesten Draht 13 durch zogen sind. Eine katalytische Beschichtung mit einem Kupfer vanadat, das mit einem Alkalimetall dotiert ist, erniedrigt die Zündtemperatur der austretenden Rußpartikel erheblich, so dass mit den neuartigen Keramik-Garn-Paketen und der ka talytischen Beschichtung ein brauchbares Rußfilter entsteht, das eine vernünftige Betriebszeit gewährleistet.

Claims

1. Rußfilter für eine Verbrennungskraftmaschine insbesonde re einen Dieselmotor mit einem temperaturbeständigen Filterelement, durch dessen Kanäle das vom Russ zu befreiende Verbrennungsgas leitbar ist und welches einen Trägerkörper für eine katalytische Beschichtung aus Kupfervanadat bildet, durch welche die Zündtemperatur des abzubrennenden Rußes erniedrigt wird, dadurch ge kennzeichnet, dass das Filterelement von einem aus tem peraturbeständigen Fasern gebildeten Garn (12), welches von einem warmfesten Draht (13) aus V4A-Stahl durchzogen ist, gebildet ist, und dass der warmfeste Draht (13) ebenfalls von der katalytischen Beschichtung überzogen ist.

2. Russfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die temperaturbeständigen Fasern eine chemische Zusam mensetzung aus

- 93,5% Siliciumoxid,
- 4,0% Al₂O₃,
- 0,8 Na₂O

haben.