DE19945457A1 - Vorrichtung zur Abgasreinigung - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasreinigung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen mit einem Abgaskatalysator und einer Partikelfiltereinrichtung zum Filtern von Feststoffen aus dem Abgas, wobei die Vorrichtung als integrierte Baueinheit ausgeführt ist, die im durch die Baueinheit geführten Abgasstrom den Abgaskatalysator und die Partikelfiltereinrichtung aufweist. Zweckmäßigerweise enthält die Partikelfiltereinrichtung eine ringförmige Filterstruktur, die zwischen einem perforierten Außenrohr und einem perforierten Innenrohr angeordnet ist, wobei die beiden Rohrstirnseiten abgedeckt sind und in einer Öffnung der einen Rohrstirnseite der Abgaskatalysator angeordnet ist, durch den das zugeführte Abgas in einen Innenhohlraum des Innenrohres einströmt und von dort im wesentlichen radial durch das perforierte Innenrohr, die Filterstruktur und das perforierte Außenrohr abströmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen mit einem Abgaskatalysator und einer Par­ tikelfiltereinrichtung zum Filtern von Feststoffen aus dem Abgas.
Aus der EP 0 334 910 B1 ist ein Rußfilter mit rohrförmigen Fil­ terkerzen bekannt geworden, die auf einem gelochten Rohr ein Filtermaterial aufweisen, das beispielsweise als rundgestrickte Maschenware aus Keramikgarn hergestellt ist. Ein derartiger Wa­ renschlauch wird in der Art eines Strumpfes über das Rohr auf­ gezogen. Bei einem mehrlagigen Aufbau des Filtermaterials wer­ den mehrere Warenschläuche übereinander auf das Rohr aufgezo­ gen.
Aus der EP 0 341 832 B1 ist ein System zur Verarbeitung von Dieselabgas bekannt geworden, das einen Katalysator, z. B. ei­ nen keramischen Wabenkörper mit einer katalytischen Beschich­ tung, zum Oxidieren von im Abgas enthaltenen NO zu NO2 und eine stromabwärts vom Katalysator angeordnete Filtereinrichtung, z. B. ein Zellenkeramikfilter, zum Filtern von Partikeln aus dem Abgas aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die eine verbesserte Abgasreinigungswirkung bei einfachem und kompaktem Aufbau aufweist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Vor­ richtung erfindungsgemäß als integrierte Baueinheit ausge­ führt ist, die im durch die Baueinheit geführten Abgasstrom den Abgaskatalysator und die Partikelfiltereinrichtung auf­ weist. Gegenüber bisher bekannten Abgasreinigungsvorrichtun­ gen, die in einem ersten Gehäuse den Abgaskatalysator und in einem nachgeschalteten zweiten Gehäuse die Partikelfilterein­ richtung enthalten, benötigt die integrierte Baueinheit weni­ ger Bauraum und kann motornah mit minimalem Abstand unterge­ bracht werden. Das hat den Vorteil, daß Temperaturverlust im Abgas vermieden wird, so daß das Regenerieren des Partikelfil­ ters erleichtert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.
Bei einer im Hinblick auf den Raumbedarf optimierten Anord­ nung ist im Abgaszustrom der Abgaskatalysator und stromab­ wärts die Partikelfiltereinrichtung angeordnet.
Dabei kann die Partikelfiltereinrichtung eine ringförmige Filterstruktur mit einer im wesentlichen axialen Abgaszuströ­ mung in einen Innenhohlraum der Filterstruktur und einer im wesentlichen radialen Abgasabströmung aus dem Innenhohlraum durch die Filterstruktur aufweisen, wobei in die Abgaszuströ­ mung der Partikelfiltereinrichtung der Abgaskatalysator inte­ griert ist.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß die Partikelfil­ tereinrichtung eine ringförmige Filterstruktur enthält, die zwischen einem perforierten Außenrohr und einem perforierten Innenrohr angeordnet ist, wobei die beiden Rohrstirnseiten abgedeckt sind und in einer Öffnung der einen Rohrstirnseite der Abgaskatalysator angeordnet ist, durch den das zugeführte Abgas in einen Innenhohlraum des Innenrohres einströmt und von dort im wesentlichen radial durch das perforierte Innen­ rohr, die Filterstruktur und das perforierte Außenrohr ab­ strömt.
Die Filterstruktur enthält zweckmäßigerweise ein Filtergewebe und ein Drahtgestrick. Die Filterstruktur kann aus sich re­ gelmäßig oder unregelmäßig abwechselnden Lagen von Drahtge­ strick mit Hilfsfaden und Fasergewebe mehrlagig aufgebaut sein, um eine Optimierung des Filterergebnisses z. B. durch Einstellen der Dichte des Fasermaterials in Abhängigkeit des Einsatzortes der Filterstruktur und des zu reinigenden Abga­ ses zu erzielen. Zur Verbesserung der Filterwirkung kann es vorteilhaft sein, wenn das Filtermedium nicht nur aus Faser­ gewebe besteht, sondern auch zusätzlich lockeres Fasermaterial aus temperaturfesten Fasern aufweist.
Zur Optimierung der Filterwirkung für unterschiedliche Anwen­ dungsfälle der Filterstruktur kann das Fasergewebe in seiner Höhe, Dichte, Webart und Faserart variiert sein. Dabei kann die Dichte in Quer- und in Längsrichtung des Fasergewebes un­ terschiedlich sein. Bei unterschiedlichen Webarten können sich die einzelnen Fäden von Kette und Schuß unterschiedlich kreuzen. Eine hochtemperaturfeste Faser kann als Keramik- oder als Glasfaser verwendet werden.
Eine verbesserte katalytische Abgasreinigung wird auch da­ durch erzielt, daß ein zweiter Katalysator in das Innenrohr mit Abstand zu dem ersten Katalysator eingebaut ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 in einem Längsschnitt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 2 in einem Längsschnitt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung;
Eine Vorrichtung zur Abgasreinigung umfaßt ein metallisches In­ nenrohr 4 und ein metallisches Außenrohr 5, welche unter Bil­ dung eines Ringraums koaxial zueinander angeordnet sind. Das Innenrohr 4 ist länger als das Außenrohr 5 und in der Weise im Außenrohr angeordnet, daß es an einem Ende bündig mit diesem abschließt und am anderen Ende aus dem Außenrohr 5 herausragt.
Die Stirnseite der Vorrichtung mit den bündigen Rohrabschlüssen ist dicht mit einer Scheibe 11 verschlossen. Die an der gegen­ überliegenden Stirnseite ist der Ringraum 2 mit einem Ring 9 abgeschlossen. Zwischen Scheibe 11 und Ring 9 sind das Innen- und Außenrohr 4 und 5 perforiert. Der über das Außenrohr 5 überstehende Rohrabschnitt 7 des Innenrohrs 4 weist in dem dar­ gestellten Beispiel eine geschlossene Wand auf.
Der Ringraum ist mit einem Fasermaterial oder Fasergewebe 3 ge­ füllt, welches durch ein Drahtgestrick (nicht dargestellt) ge­ stützt sein kann. Er dient als Filtermedium für Partikel im Ab­ gas eines Verbrennungsmotors.
Im Rohrabschnitt 7 des Innenrohrs 4 ist vor der Stirnseite des Außenrohrs 5 liegend ein Wabenkörper 8 mit katalytischer Be­ schichtung angeordnet. Die Wabenstruktur des Wabenkörpers 8 kann dabei unmittelbar im Rohrabschnitt 7 angeordnet sein. Al­ ternativ ist es auch möglich, den Wabenkörper 8 in einem sepa­ raten, zylindrischen Gehäuse anzuordnen (nicht dargestellt), welches in den Rohrabschnitt 7 eingesetzt ist. Der Wabenkörper 8 oder ein gegebenenfalls vorhandenes zylindrisches Gehäuse ist am Innenrohr 4 angeschweißt.
Zu reinigendes Abgas wird gemäß Pfeil 20 über eine nicht ge­ zeigte Zuführung zugeführt.
Durch die integrale Anordnung des Wabenkörpers und des Parti­ kelfilters dadurch, daß das Innenrohr 4 sowohl Teil des Parti­ kelfilters ist als auch Träger für den Wabenkörper 8, erhält man eine äußerst kompakte Vorrichtung.
Das Abgas strömt zu dem Katalysator 8 und durch ihn hindurch, wobei durch die Reaktion mit der katalytischen Beschichtung des Katalysators CO in CO2, HC in H2O und NO in NO2 (jedoch nur we­ niger als etwa 20% des im Abgas vorhandenen NO) umgesetzt wird. Der durch den Katalysator 8 axial in den zylindrischen Innen­ raum 12 des Innenrohres 4 zugeführte Abgasstrom strömt radial und/oder schräg zur Längsachse gleichmäßig nach außen durch das perforierte Innenrohr 4, die Filterstruktur 1 und das perfo­ rierte Außenrohr 5. Dabei filtert die Filterstruktur 1 die Feststoffpartikel, wie insbesondere Ruß, aus dem Dieselabgas.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das gemäß der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung aufgebaut ist und einen weite­ ren katalytisch beschichteten Wabenkörper aufweist, der im In­ nenrohr 4 beabstandet von dem ersten Katalysator 8 eingepaßt ist. Der weitere Katalysator 13 liegt somit auch vollständig innerhalb des Außenrohres 5. Während ein Anteil des Abgasstro­ mes vor dem zweiten Katalysator 13 durch einen ersten Abschnitt 14 der Filterstruktur 1 nach außen abströmt, strömt der restli­ che Abgasstrom noch durch den zweiten Katalysator 13, bevor er durch den hinteren Abschnitt 15 der Filterstruktur 1 ab­ strömt. In dem zweiten Katalysator 13 erfolgt eine zusätzliche katalytische Abgasreinigung. In Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den beiden Katalysatoren 8 und 13 können sich unter­ schiedliche Druck- und Strömungsverhältnisse in dem vor­ deren und dem hinteren Innenraum 12 bzw. 12' vor und hinter dem zweiten Katalysator 13 einstellen, die eine Anpassung und Optimierung der katalytischen Wirkung sowie der Filterwirkung gestatten. Durch die Anordnung des weiteren Katalysators 13 und den dadurch aufgebauten Gegendruck im axialen Abgasstrom wird die radiale Durchströmung der Filterstruktur 1 stromaufwärts vor dem Katalysator 13 erhöht. Somit wird die Verteilung des radialen Strömungsanteils über die Länge der Filterstruktur 1 verbessert.
Um die wirksame Oberfläche des weiteren Katalysators 13 zu er­ höhen, kann es zweckmäßig sein, den betreffenden Wabenkörper mit radialen Öffnungen zu versehen, beispielsweise indem er aus einem gelochten Blech gewickelt wird. Radiale Öffnungen unter­ stützten ferner den radialen Abgasstrom in die Filterstruktur hinein.
Der weitere Katalysator 13 ist bevorzugt im Innenrohr 4 ver­ schweißt.
Falls es zweckmäßig ist, können auch mehrere zweite Katalysato­ ren beabstandet voneinander im Innenrohr 4 angeordnet sein. Die Wabenstruktur kann dabei zur Optimierung der Druckverhältnisse jeweils unterschiedlich sein.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen mit einem Abgaskatalysator und einer Partikelfilterein­ richtung zum Filtern von Feststoffen aus dem Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als integrierte Baueinheit ausge­ führt ist, die im durch die Baueinheit geführten Abgas­ strom den Abgaskatalysator (8) und die Partikelfilterein­ richtung (1) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgaszustrom der Abgaskatalysator (8) und strom­ abwärts dazu die Partikelfiltereinrichtung (1) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelfiltereinrichtung (1) eine ringförmige Filterstruktur (1, 4, 5) mit einer im wesentlichen axia­ len Abgaszuströmung in einen Innenhohlraum (12) der Fil­ terstruktur (1, 4, 5) und einer im wesentlichen radialen Abgasabströmung aus dem Innenhohlraum (12) durch die Filterstruktur (1, 4, 5) aufweist, und daß in die Abgas­ zuströmung der Partikelfiltereinrichtung (1) der Abgas­ katalysator (8) integriert ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikelfiltereinrichtung (1) eine ringförmige Filterstruktur (1, 4, 5) enthält, die zwischen einem perforierten Außenrohr (5) und einem perforierten Innen­ rohr (4) angeordnet ist, wobei die beiden Rohrstirnsei­ ten (6, 10) abgedeckt sind und in einer Öffnung der ei­ nen Rohrstirnseite (6) der Abgaskatalysator (8) angeord­ net ist, durch den das zugeführte Abgas in einen Innen­ hohlraum (12) des Innenrohres (4) einströmt und von dort im wesentlichen radial durch das perforierte Innenrohr (4), die Filterstruktur (1) und das perforierte Außen­ rohr (5) abströmt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterstruktur (1) ein Filtergewebe (3) und ein Drahtgestrick (2) enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Katalysator (13) in das Innenrohr (4) mit Abstand zu dem ersten Katalysator (8) eingebaut ist.
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