DE20122744U1 - Process for removing soot particles from the exhaust gas of internal combustion engine comprises feeding gas through collecting element, and holding and/or fluidizing until there is sufficient reaction with nitrogen dioxide in exhaust gas - Google Patents

Process for removing soot particles from the exhaust gas of internal combustion engine comprises feeding gas through collecting element, and holding and/or fluidizing until there is sufficient reaction with nitrogen dioxide in exhaust gas Download PDF

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Abstract

Process for removing soot particles from the exhaust gas of an internal combustion engine comprises feeding the gas through a collecting element which is provided with a number of deviations (15, 16) and/or fluidizing and quiet zones; and holding and/or fluidizing a part of the particles until there is sufficient reaction with the nitrogen dioxide in the exhaust gas for further removal of the collected particles. An independent claim is included for a collecting element for collecting soot particles from an internal combustion engine exhaust gas comprising flow passages (13) structured to produce deviations or fluidizing zones and quiet zones. Preferred Features: The collecting element has a mixing element for uniformly distributing a reductant, especially urea. One part if the walls of the flow passages of the collecting element is coated with a washcoat of aluminum.

Description

Die Erfindung betrifft ein Auffangelement zum Entfernen von Rußpartikeln aus einem Abgas, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, das regenerierbar ist und in ein Rohr, wie z.B. in den Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs, einbaubar ist.The The invention relates to a collecting element for removing soot particles from an exhaust gas, in particular an internal combustion engine, which can be regenerated is and in a tube, such. in the exhaust system of a motor vehicle, can be installed.

Das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthält neben gasförmigen Bestandteilen auch Partikel. Diese gelangen mit dem Abgas direkt in die Umwelt, was unerwünscht ist, oder lagern sich oft irgendwo im Abgassystem ab, so dass sie z. B. bei Laständerungen dann in Form einer Partikelwolke ausgestoßen werden.The Exhaust gas of an internal combustion engine contains in addition to gaseous components also particles. These get directly into the environment with the exhaust gas, something undesirable is, or often deposited somewhere in the exhaust system, so they z. B. load changes then ejected in the form of a particle cloud.

Herkömmlich werden Filter eingesetzt, die die Partikel auffangen. Der Einsatz geschlossener Filtersysteme birgt jedoch zwei erhebliche Nachteile, zum einen können diese Filter verstopfen und zum anderen bewirken sie einen unerwünschten Druckabfall. Wenn keine Filter eingesetzt werden, dann lagern sich möglicherweise die Partikel, die nicht direkt in die Umgebung gelangen, auf der Beschichtung eines eingebauten Katalysators zur Abgasreinigung von anderen Schadstoffkomponenten ab und führen dort zu einer Vergiftung oder zumindest zu einer Verringerung der katalytisch aktiven Oberfläche. Im Zuge immer strengerer Gesetze zum Schutz der Umwelt soll der Ausstoß an Schadstoffen und Partikeln weiter reduziert werden. Neben der Beseitigung von Partikeln spielt auch die Reduzierung von Stickoxiden eine wichtige Rolle bei der Abgasreinigung. Aus der DE 42 03 807 ist eine Vorrichtung hierzu bekannt, bei der ein Oxidationsmittel eingespritzt und mit dem Abgas vermischt wird.Traditionally, filters are used to trap the particles. However, the use of closed filter systems involves two significant disadvantages, on the one hand, these filters can clog and on the other hand, they cause an undesirable pressure drop. If no filters are used, then the particles which do not escape directly into the environment may be deposited on the coating of a built-in catalyst for exhaust gas purification of other pollutant components and there cause poisoning or at least a reduction of the catalytically active surface. In the course of ever stricter environmental protection laws, emissions of pollutants and particulates are to be further reduced. In addition to the removal of particles, the reduction of nitrogen oxides plays an important role in the purification of exhaust gases. From the DE 42 03 807 a device is known for this purpose, in which an oxidizing agent is injected and mixed with the exhaust gas.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Auffangelement für Partikel eines Abgasstromes zu schaffen.task The present invention is a particle capture element to create an exhaust gas stream.

Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Auffangelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Weiterhin werden bevorzugte Verwendungen des Auffangelementes angegeben.These Tasks are solved with a collecting element according to the features of claim 1. Further advantageous embodiments are in the dependent claims described. Furthermore, preferred uses of the collecting element specified.

Bei Versuchen mit Mischelementen, wie sie beispielsweise in der WO91/01807 oder der WO91/01178 beschrieben sind und die zur besseren Verteilung von in Abgassysteme eingespritzten Additiven getestet wurden, hat sich überraschend ergeben, dass solche Elemente auch zu einer Reduzierung von Rußpartikeln führen können. Die Partikel werden vermutlich durch die Verwirbelungen im Inneren der Mischelemente, die an Umlenkstellen in der Strömung entstehen, aufgehalten oder werden an die Wände im Inneren des Mischelementes quasi angespült (vergleichbar einer Schwerkraftabscheidung) und haften dann fest. Bei der Haftung der Partikel spielt eine mögliche Wechselwirkung Metall-Ruß und/oder auch der Temperaturgradient Abgas/Kanalwand eine Rolle. Es wird auch eine starke Agglomeration der Partikel, insbesondere bei unbeschichteten und metallischen Wänden, beobachtet. Diese Erkenntnisse macht sich die vorliegende Erfindung zunutze, indem ein Auffangelement so gestaltet wird, dass Rußpartikel so lange dort aufgehalten werden, dass eine genügende Wahrscheinlichkeit zur Reaktion mit im Abgas vorhandenem Stickstoffdioxid besteht.at Try with mixing elements, as described for example in WO91 / 01807 or WO91 / 01178 are described and for better distribution tested in exhaust system injected additives surprisingly revealed that such elements also reduce soot particles to lead can. The particles are believed to be due to the turbulence inside the mixing elements, which arise at deflection points in the flow, stopped or hit the walls in the interior of the mixing element quasi washed up (comparable to a gravity separation) and then stick firmly. In the adhesion of the particles plays a possible interaction Metal soot and / or also the temperature gradient exhaust gas / duct wall a role. It will also a strong agglomeration of the particles, especially in uncoated and metallic walls, observed. These findings make the present invention By using a catch element designed so that soot particles so long as there is a sufficient chance for Reaction exists in the exhaust gas with existing nitrogen dioxide.

Es wird also nicht der übliche Weg beschritten, Rußpartikel durch poröse Wände oder dergleichen sozusagen zwangsweise zu 100 % herauszufiltern, sondern es wird einfach die Wahrscheinlichkeit zur Reaktion von Rußpartikeln mit Stickstoffdioxid erhöht, indem die Verweilzeit von Rußpartikeln in dem Auffangele ment verlängert wird. Dies geschieht bei an sich frei durchgängigen Strömungswegen durch eine genügende Anzahl von Verwirbelungs- und Beruhigungszonen und/oder durch Umlenkungen, die die Ablagerung der Partikel an den Wänden begünstigen. Während ein mit dem Abgasstrom fliegendes Partikel nur geringe Chancen für die Reaktion mit anderen Abgasbestandteilen hat, erhöhen sich diese Chancen drastisch, wenn das Partikel in einer Verwirbelungszone aufgehalten oder an einer Wand abgelagert wird. Alle vorbeikommenden Stickstoffdioxide kommen dann für eine Reaktion in Frage und bauen so die Rußpartikel schnell ab. Das Auffangelement kann daher nicht verstopfen, sondern wird stetig regeneriert.It So it will not be the usual one Proceeded, soot particles through porous Walls or to forcibly sort out 100% of them, so to speak it just becomes the probability of reacting soot particles increased with nitrogen dioxide, by the residence time of soot particles extended in the catchment element becomes. This is done by a sufficient number of independently flow paths turbulence and calming zones and / or deflections, which favor the deposition of the particles on the walls. While one with the exhaust gas flow flying particles have little chance of reacting with others Has exhaust components, increase These opportunities change dramatically when the particle is in a swirling zone stopped or deposited on a wall. All passing by Nitrogen dioxides then come for a reaction in question and so quickly reduce the soot particles. The collecting element can therefore not clogged, but is constantly regenerated.

Als Beruhigungszone wird eine Zone im Kanal mit geringer Strömungsgeschwindigkeit und als Totzone eine Zone ohne Fluidbewegung bezeichnet.When Calming zone becomes a zone in the channel with low flow velocity and referred to as a dead zone zone without fluid movement.

Als frei durchgängig wird das Auffangelement im Gegensatz zu geschlossenen Systemen deshalb bezeichnet, weil keine Strömungssackgassen vorgesehen sind. So kann das Auffangelement nicht verstopfen, wie ein herkömmliches Filtersystem, wo sich Poren zusetzen können, weil zuvor die Strömung die Partikel mitreißen würde. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Umlenkungen derart gestaltet sind, dass jeweils etwa 2% bis 15% der im Abgas noch enthaltenen Partikel gegen die Wände (11, 12, 21, 22) des Auffangelementes (5) geschleudert werden, wobei ein bevorzugter Bereich zwischen 4% und 8% liegt. Mit der Formulierung „noch im Abgas enthaltenen Partikel" ist berücksichtigt, dass die Menge Partikel in Strömungsrichtung und bei häufigerer Umlenkung des Abgasstromes abnimmt. Die Anzahl der Umlenkungen ist hierzu insbesondere so zu wählen, dass, zumindest statistisch, der gesamte Abgasstrom gegen die Wände des Auffangelementes gelenkt wird. Die mengenmäßige Begrenzung der auftreffenden Partikel bzw. des umzulenkenden Abgasstromes hat den Vorteil, dass nur ein sehr geringer Druckabfall über das Auffangelement auftritt.As a free throughout the collecting element is therefore called in contrast to closed systems, because no Strömungssackgassen are provided. Thus, the collecting element can not clog up, like a conventional filter system, where pores can become clogged because previously the flow would entrain the particles. It is particularly advantageous that the deflections are designed such that in each case about 2% to 15% of the particles still contained in the exhaust gas against the walls ( 11 . 12 . 21 . 22 ) of the collecting element ( 5 ), with a preferred range between 4% and 8%. The phrase "particles still present in the exhaust gas" takes into account that the amount of particles decreases in the direction of flow and with more frequent deflection of the exhaust gas flow The number of deflections is to be selected in such a way that, at least statistically, the entire exhaust gas flow against the walls of the The quantitative limitation of the impacting particles or the umzu directing exhaust gas flow has the advantage that only a very small pressure drop across the collecting element occurs.

Zur Abdeckung verschiedener (dynamischer) Lastfälle des Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs wird ein konisches System bevorzugt. Solche Systeme, wie z.B. in der WO93/20339 beschrieben, haben sich erweiternde Kanäle, so dass bei jedem Massendurchsatz an irgendeiner Stelle der Kanäle, wenn sie mit entsprechenden Umlenkungs- oder Verwirbelungsstrukturen versehen werden, besonders günstige Verhältnisse für das Auffangen von Partikeln entstehen müssen.to Covering different (dynamic) load cases of the drive system Motor vehicle, a conical system is preferred. Such systems, such as. described in WO93 / 20339, have widening channels, so that at any mass flow at any point of the channels, though they with corresponding deflection or Verwirbelungsstrukturen be provided, especially cheap conditions for the Collecting particles must arise.

Das Material des Auffangelementes ist bevorzugt Metall, es kann aber auch Kunststoff anorganischer (Keramik, Fasermaterial), organischer oder metallorganischer Natur und/oder ein gesintertes Material sein. Dabei können die Wände des Auffangelementes mit einem Washcoat und/oder katalytisch aktivem Material beschichtet oder unbeschichtet sein.The Material of the collecting element is preferably metal, but it can also plastic inorganic (ceramic, fiber material), organic or organometallic nature and / or a sintered material. It can the walls of the collecting element with a washcoat and / or catalytically active Material coated or uncoated.

Die Wandstärke liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,02 und 0,11mm, insbesondere bevorzugt zwischen 0,04 und 0,08 mm.The Wall thickness is preferably in the range between 0.02 and 0.11 mm, in particular preferably between 0.04 and 0.08 mm.

Die Zelldichten (Zahl der Kanäle pro Querschnittsfläche) eines Auffangelements liegen bevorzugt im Bereich zwischen 25 bis 1000 cells per square inch (cpsi), bevorzugt zwischen 200 und 400 cpsi.The Cell densities (number of channels per cross-sectional area) a collecting element are preferably in the range between 25 to 1000 cells per square inch (cpsi), preferably between 200 and 400 cpsi.

Ein typisches Auffangelement hat z.B. 200 cpsi, ein Volumen, bezogen auf einen Dieselmotor, von etwa 0,5 bis 0,8 Liter pro 100kW bzw. eine geometrische Oberfläche von 1 bis 2 m2 pro 100kW, wobei bevorzugt Umlenkungs- oder Verwirbelungsstrukturen in Abständen von 3 bis 20 mm in den Strömungswegen vorhanden sind.For example, a typical containment element has 200 cpsi, a volume based on a diesel engine, of about 0.5 to 0.8 liters per 100kW, or a geometric surface area of 1 to 2 m 2 per 100kW, with preferential deflection or swirling structures at intervals from 3 to 20 mm are present in the flow paths.

Das Auffangelement ist kontinuierlich oder periodisch regenerierbar, wobei in einem Dieselmotor-Abgasstrang die Regeneration durch die Oxidation des Rußes entweder durch Stickstoffdioxid (NO2) bei Temperaturen oberhalb von 250°C oder mit Luft bzw. Sauerstoff (O2) thermisch bei Temperaturen > 500°C und/oder durch Einspritzung eines Additivs (z.B. Cer) erfolgen kann.The collecting element is regenerable continuously or periodically, wherein in a diesel engine exhaust system, the regeneration by the oxidation of the carbon black either by nitrogen dioxide (NO 2 ) at temperatures above 250 ° C or with air or oxygen (O 2 ) thermally at temperatures> 500 ° C and / or by injection of an additive (eg cerium) can take place.

Die Rußoxidation mittels NO2, beispielsweise über den Mechanismus des continuous regneration traps (CRT) nach C + 2NO2 -> CO2 + 2NO erfordert, dass vor das Auffangelement im Abgasstrang ein Oxidationskatalysator gesetzt wird, der NO zu NO2 in ausreichender Menge oxidiert. Untersuchungen haben ergeben, dass bis zur doppelten Menge, bevorzugt das 1,2-fache, (entspricht ca. 2,4 Mol) an NO2 als stöchiometrisch erforderlich zur vollständigen Rußoxidation in das Auffangelement eingespeist werden sollte. Das Mengenverhältnis der Reaktionspartner hängt jedoch auch wesentlich von der Durchmischung der Fluide ab, so dass je nach Ausgestaltung des Auffangelements auch unterschiedliche Mengenverhältnisse eingesetzt werden sollten.The soot oxidation by means of NO 2 , for example via the mechanism of the continuous regeneration traps (CRT) after C + 2NO 2 -> CO 2 + 2NO requires that in front of the catch element in the exhaust line an oxidation catalyst is set, which oxidizes NO to NO 2 in sufficient quantity. Investigations have shown that up to twice the amount, preferably 1.2 times (corresponding to about 2.4 mol) of NO 2 should be fed as stoichiometric required for complete soot oxidation in the collecting element. However, the ratio of the reactants also depends essentially on the mixing of the fluids, so that depending on the configuration of the collecting element and different proportions should be used.

Das Auffangelement kann bei verschiedenen Ausführungsformen noch viele erwünschte Nebeneffekte beim Einbau beispielsweise in einen Kraftfahrzeug-Abgasstrang haben:
Nach einer Ausführungsform hat das Auffangelement neben der Abscheidung von Partikeln auch die Aufgabe des Vermischens des Abgases mit einem weiteren Fluid, wie z.B. die Vermischung von Diesel-Abgas mit Ammoniak oder Harn stofflösung zur Reduktion, wie beispielsweise bei Anwendung des SCR (selective catalytic reduction)-Verfahrens. Dazu wird das Auffangelement mit zumindest einer Additivzugabe kombiniert.The collecting element may in many embodiments have many desirable side effects during installation, for example in a motor vehicle exhaust system:
According to one embodiment, the collecting element in addition to the separation of particles and the task of mixing the exhaust gas with another fluid, such as the mixing of diesel exhaust gas with ammonia or urea solution for the reduction, such as when using the SCR (selective catalytic reduction) method. For this purpose, the collecting element is combined with at least one additive addition.

Durch eine vorteilhafte Ausgestaltung des Auffangelements wird auch die Strömungsverteilung des durchfließenden Fluids, z.B. für die folgende Einspeisung in einen Reduktionskatalysator, optimiert. Nach einer Ausführungsform wird das Auffangelement in Kombination mit einer vorgeschalteten Additivzugabe verwendet.By an advantageous embodiment of the collecting element is also the Flow distribution of the flowing through Fluids, e.g. For the following feed into a reduction catalyst optimized. To an embodiment is the collecting element in combination with an upstream Additive addition used.

Nach einer Ausführungsform wird das Auffangelement in Kombination mit zumindest einem Katalysator verwendet. Als Katalysatoren und/oder Vorkatalysatoren eignet sich dazu insbesondere: Oxidationskatalysator, Heizkatalysator mit vor- oder nachgeschalteter Heizscheibe, Hydrolysekatalysator und/oder Reduktionskatalysator. Als Oxidationskatalysator werden auch solche die NOx (nitrose Gase) zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidieren, neben denjenigen, die Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidieren, eingesetzt. Die Katalysatoren sind rohr- oder konusförmig.In one embodiment, the capture element is used in combination with at least one catalyst. Suitable catalysts and / or precatalysts are in particular: oxidation catalyst, heating catalyst with upstream or downstream heating disk, hydrolysis and / or reduction catalyst. Also, as the oxidation catalyst, those which oxidize NO x (nitrous gases) to nitrogen dioxide (NO 2 ) will be used besides those which oxidize hydrocarbons and carbon monoxide to carbon dioxide. The catalysts are tubular or conical.

Auch die Kombination des Auffangelements mit zumindest einem Katalysator und einem Turbolader oder die Kombination eines Auffangelements mit einem Turbolader ist vorteilhaft. Dabei kann das dem Turbolader nachgeschaltete Auffangelement motornah oder in Unterbodenposition angeordnet sein.Also the combination of the collecting element with at least one catalyst and a turbocharger or the combination of a capture element with a turbocharger is advantageous. It can do that to the turbocharger Downstream collecting element close to the engine or in underfloor position be arranged.

Das Auffangelement wird auch in Kombination mit einem vor- oder nachgeschalteten Rußfilter verwendet, wobei der Rußfilter nachgeschaltet wesentlich kleiner als ein herkömmlicher Rußfilter sein kann, weil er lediglich einen zusätzlichen Schutz bieten soll, dass Partikelemission ausgeschlossen wird. Beispielsweise genügt ein Filter der Größe 0,5 bis 1m2 pro 100kW Dieselmotor, wohingegen ohne Auffangelement Filtergrößen von ca. 4m2 pro 100kW erforderlich sind.The collecting element is also used in combination with an upstream or downstream soot filter, wherein the soot filter downstream can be substantially smaller than a conventional soot filter, because it is merely intended to provide additional protection that particle emission is excluded. For example, a filter of size 0.5 to is sufficient 1m 2 per 100kW diesel engine, whereas without collecting element filter sizes of about 4m 2 per 100kW are required.

Folgende Beispiele geben Anordnungen wieder, die die Vielzahl der möglichen Kombinationen des Auffangelements mit Katalysatoren, Turboladern, Rußfilter und Additivzugabe entlang eines Abgasstranges eines Kraftfahrzeugs belegen:

  • A) Oxidationskatalysator – Turbolader – Auffangelement, wobei das Auffangelement motornah oder in Unterbodenposition angeordnet sein kann.
  • B) Vorkatalysator – Auffangelement – Turbolader
  • C) Oxidationskatalysator – Turbolader – Oxidationskatalysator – Auffangelement
  • D) Heizkatalysator – Auffangelement 1 – Auffangelement 2 (wobei Auffangelement 1 und 2 gleich oder ungleich sein können)
  • E) Auffangelement 1 – Konusöffnung des Abgasstranges – Auffangelement 2F
  • F) Additivzugabe – Auffangelement – Hydrolysekatalysator – Reduktionskatalysator
  • G) Vorkatalysator – Oxidationskatalysator – Additivzugabe – (eventuell Rußfilter) – Auffangelement z.B. in Konusform, ggf. mit Hydrolysebeschichtung-(eventuell Rußfilter) – (eventuell Konus zur Erhöhung des Rohrquerschnitts) Reduktionskatalysator
The following examples represent arrangements which prove the multitude of possible combinations of the collecting element with catalysts, turbochargers, soot filters and additive addition along an exhaust line of a motor vehicle:
  • A) oxidation catalyst - turbocharger - collecting element, wherein the collecting element can be arranged close to the engine or in underfloor position.
  • B) Pre-catalyst - collecting element - turbocharger
  • C) Oxidation Catalyst - Turbocharger - Oxidation Catalyst - Capture Element
  • D) heating catalyst - collecting element 1 - collecting element 2 (whereby collecting element 1 and 2 can be identical or unequal)
  • E) Collecting element 1 - cone opening of the exhaust line - collecting element 2F
  • F) Additive Additive - Capture Element - Hydrolysis Catalyst - Reduction Catalyst
  • G) Pre-catalyst - Oxidation catalyst - Addition of additive - (possibly soot filter) - Collecting element eg in cone shape, if necessary with hydrolysis coating- (possibly soot filter) - (possibly cone to increase the tube cross-section) Reduction catalyst

Je nach Ausführungsform kann das Auffangelement verschiedene Beschichtungen haben, die jeweils eine Funktionalität bedingen. Beispielsweise kann das Auffangelement neben der Speicher-, Vermischungs-, Strömungsverteilungsfunktion auch eine Funktion als Hydrolysekatalysator haben.ever according to embodiment The collecting element may have different coatings, respectively a functionality require. For example, the trapping element next to the memory, Mixing, flow distribution function also have a function as a hydrolysis catalyst.

Im folgenden wird die Erfindung noch anhand von bevorzugten Ausgestaltungen näher beschrieben.in the The following will be the invention with reference to preferred embodiments described in more detail.

1 zeigt schematisch eine Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine. 1 schematically shows an exhaust system of an internal combustion engine.

2 zeigt einen kleinen Ausschnitt aus einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Auffangelementes. 2 shows a small section of an embodiment of a collecting element according to the invention.

3 zeigt einen kleinen Ausschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Auffangelementes. 3 shows a small section of another embodiment of a collecting element according to the invention.

In 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine 1, insbesondere ein Dieselmotor, gezeigt, dessen Abgase in einen Abgasstrang 2 geleitet werden. Der Abgasstrang weist mindestens einen Oxidationskatalysator 3 auf, dem auch noch ein nicht dargestellter sehr nahm am Auslass angeordneter Vorkatalysator vorgeschaltet sein kann. In diesem Bereich kann außerdem ein ebenfalls nicht dargestellter Turbolader vorhanden sein. Weiter folgt im Abgasstrang eine Einspeisung 4 für ein Additiv, insbesondere Harnstoff. Stromabwärts dieser Einspeisung ist ein erfindungsgemäßes Auffangelement angeordnet, dem wiederum ein SCR-Katalysator nachgeschaltet ist.In 1 is an internal combustion engine 1 , in particular a diesel engine, shown whose exhaust gases in an exhaust line 2 be directed. The exhaust gas system has at least one oxidation catalyst 3 on, which may also be preceded by an unrepresented took at the outlet disposed primary catalyst. In addition, a turbocharger also not shown in this area may be present. Next follows in the exhaust system an infeed 4 for an additive, in particular urea. Downstream of this feed, a collecting element according to the invention is arranged, which in turn is followed by an SCR catalytic converter.

2 zeigt einen kleinen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Auffangelementes. Dieses ist aus strukturierten 11 und glatten Blechlagen 12 aufgebaut, wobei sich frei durchgängige Strömungswege 13 ergeben, die aber durch die spezielle Struktur der strukturierten Blechlage 11 mit Umlenkungen 15, 16 versehen sind. Diese Umlenkungen verwirbeln das Abgas, so dass sich Partikel länger in dem Auffangelement aufhalten und leichter mit anderen Bestandteilen des Abgases reagieren können. Je nach der genauen Ausgestaltung der Umlenkungen 15, 16 schleudern diese auch Partikel gegen die durch die Blechlagen 11, 12 gebildeten Wände der Strömungswege 13, wo sie haften bleiben. Die Umlenkungen 15, 16 haben Öffnungs- oder Anstellwinkel von beispielsweise 20° bis 90°. Je größer der Anstellwinkel zur Strömungsrichtung, desto größer ist die erzielte Umlenkung und die Verwirbelung, jedoch bei exponentiell steigendem Druckverlust. Ein Optimum des Winkels liegt zwischen 40° und 50°, wo eine gute Verwirbelung bei einem vertretbaren Druckverlust stattfindet. Die Umlenkungen 15, 16 sind vorzugsweise mit Öffnungen 17 in den strukturierten Blechlagen 11 kombiniert, wodurch sich stärkere Wirbel bilden und eine Durchmischung der Strömungen in benachbarten Strömungswegen 13 erreicht wird. 2 shows a small section of an embodiment of a collecting element according to the invention. This is made of textured 11 and smooth sheet metal layers 12 built, with freely continuous flow paths 13 However, due to the special structure of the structured sheet metal layer 11 with deflections 15 . 16 are provided. These baffles swirl the exhaust so particulates are longer in the containment element and easier to react with other constituents of the exhaust. Depending on the exact configuration of the deflections 15 . 16 These also hurl particles against the through the metal layers 11 . 12 formed walls of the flow paths 13 where they stick. The diversions 15 . 16 have opening or angle of, for example, 20 ° to 90 °. The larger the angle of attack to the flow direction, the greater the deflection achieved and the turbulence, but with exponentially increasing pressure loss. An optimum of the angle is between 40 ° and 50 °, where a good turbulence takes place with a reasonable pressure loss. The diversions 15 . 16 are preferably with openings 17 in the structured sheet metal layers 11 combined, forming stronger vortexes and mixing the flows in adjacent flow paths 13 is reached.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in 3 dargestellt, wiederum nur als kleiner Ausschnitt eines Auffangelementes. Das Auffangelement ist aus einer strukturierten Blechlage 21 und einer glatten Blechlage 22 mit Durchbrechungen 28 aufgebaut und bildet frei durchgängige Strömungswege 23. Flügelähnliche Umlenkun gen 25, 26 in Verbindung mit kurvenförmigen Öffnungen 27 führen zu den gleichen Effekten wie oben beschrieben. Die Durchbrechungen 28 in den glatten Blechlagen 22 unterstützen die Wirbelbildung und die Durchmischung von Abgasen in dem Auffangelement.Another embodiment is in 3 shown, again only as a small section of a collecting element. The collecting element is made of a structured sheet metal layer 21 and a smooth sheet metal layer 22 with openings 28 constructed and forms freely continuous flow paths 23 , Wing-like deflections gene 25 . 26 in conjunction with curved openings 27 lead to the same effects as described above. The breakthroughs 28 in the smooth metal layers 22 support the vortex formation and the mixing of exhaust gases in the collecting element.

Es wurde festgestellt, dass die Ablagerung von Partikeln insbesondere auch im Bereich der Ein- und Austrittsflächen der Auffangelemente stattfindet. Deshalb wird nach einer Ausführungsform das Auffangelement in Form mehrerer hintereinandergeschalteter schmaler Wabenkörper als Scheibenelemente eingesetzt. Dabei ergeben sich Umlenkungen und/oder Verwirbelungen jeweils im Eintritts- bzw. Austrittsbereich jeder Scheibe. Dabei werden bis zu 10 Elemente bevorzugt.It it was found that the deposition of particles in particular also takes place in the area of the inlet and outlet surfaces of the collecting elements. Therefore is according to one embodiment the collecting element in the form of several narrowed one behind the other honeycombs used as disc elements. This results in deflections and / or Turbulence in each case in the entrance or exit area of each disc. In this case, up to 10 elements are preferred.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Auffangsystem für Rußpartikel vorgeschlagen, das herkömmliche Filtersysteme ersetzen kann und gravierende Vorteile gegenüber diesen Systemen bringt:
Zum einen kann es nicht verstopfen und der durch das System erzeugte Druckabfall nimmt mit der Betriebsdauer nicht so schnell zu wie bei Filtersystemen, weil die Partikel außerhalb des Fluidstromes haften und zum anderen bewirkt es vergleichsweise geringe Druckverluste, weil es ein offenes System ist.With the present invention, a collecting system for soot particles is proposed, which can replace conventional filter systems and gravie rende advantages over these systems brings:
First, it can not clog and the pressure drop generated by the system does not increase as fast with the operating time as with filter systems, because the particles adhere outside the fluid stream, and second, it causes comparatively low pressure drops because it is an open system.

Nachfolgend wird der ursprünglich beanspruchte Gegenstand offenbart:

  • A) Verfahren zum Beseitigen von Ruß-Partikeln aus einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine (1), insbesondere eines Dieselmotors, wobei das Abgas durch ein für das Abgas frei durchströmbares, aber mit einer Vielzahl von Umlenkungen (15, 16; 25, 26) und/oder Verwirbelungs- und Beruhigungszonen versehenes Auffangelement (5) geleitet wird, in dem zumindest ein Teil der Partikel so lange festgehalten bzw. herumgewirbelt wird, dass eine genügende Wahrscheinlichkeit zur Reaktion mit im Abgas vorhandenem Stickstoffdioxid bis zur weitgehenden Beseitigung der aufgefangenen Partikel besteht.
  • B) Verfahren gemäß A), wobei das Auffangelement (5) gleichzeitig ein Mischelement für die gleichmäßige Verteilung eines Reduktionsmittels, insbesondere Harnstoff, ist und vor dem Auffangelement das Reduktionsmittel zugeführt (4) wird.
  • C) Verfahren nach A) oder B) wobei die Partikel durch Umlenkungen (15, 16; 25, 26) des Abgases gegen Wände (11, 12, 21, 22) des Auffangelementes (5) geschleudert werden, wo sie sich festsetzen und/oder mit anderen Partikel agglomerieren können.
  • D) Verfahren nach C), wobei mit einer Umlenkung (15, 16; 25, 26) jeweils 2% bis 15% der im Abgas noch enthaltenen Partikel gegen die Wände (11, 12, 21, 22) des Auffangelementes (5) geschleudert werden, wobei vorzugsweise so viele Umlenkungen (15, 16; 25, 26) breitgestellt werden, dass die gesamte Menge Partikel gegen die Wände (11, 12, 21, 22) geschleudert werden.
  • E) Auffangelement (5) zum Auffangen von Ruß-Partikeln aus einem das Auffangelement (5) durchströmenden Abgas, wobei das Auffangelement (5) für das Abgas frei durchströmbare Strömungswege (13; 23) aufweist, die Strömungswege (13; 23) aber so gestaltet sind, dass sich Umlenkungen (15, 16; 25, 26) oder Verwirbelungszonen und Beruhigungszonen ergeben.
  • F) Auffangelement nach E), wobei das Auffangelement (5) mindestens einen metallischen Wabenkörper aus Blechlagen (11, 12; 21, 22) umfasst, wobei die Blechlagen (11, 12; 21, 22) in an sich bekannter Weise zumindest teilweise so strukturiert sind, dass sich für das Abgas frei durchströmbare Strömungswege (13; 23) mit Hindernissen oder Umlenkungen (15, 16; 25, 26) ergeben.
  • G) Auffangelement nach F), bei dem die Hindernisse oder Umlenkungen (15, 16; 25, 26) so ausgeführt sind, dass jeweils zwischen 2% und 15% der im Abgas noch enthaltenen Partikel gegen die Wände (11, 12, 21, 22) des Auffangelementes (5) geschleudert werden.
  • H) Auffangelement nach E), F) oder G), wobei zumindest ein Teil der Wände (11, 12; 21, 22) der Strömungswege (13; 23) des Auffangelements (5) beschichtet ist, insbesondere mit einem Washcoat aus Aluminiumoxid.
  • I) Auffangelement nach E), F), G) oder H), wobei das Auffangelement (5) konusförmig ist.
  • J) Verwendung zumindest eines Auffangelements (5) nach E), F), G), H) oder I) in einem Abgasstrang (2) einer Verbrennungskraftmaschine (1), insbesondere eines Dieselmotors.
  • K) Verwendung eines Auffangelements (5) nach E), F), G), H) oder I) in Kombination mit zumindest einer vor- oder nachgeschalteten Additivzugabe (4).
  • L) Verwendung eines Auffangelements (5) nach E), F), G), H) oder I) in Kombination mit zumindest einem Katalysator (3, 6).
  • M) Verwendung eines Auffangelements (5) nach E), F), G), H) oder I) in Kombination mit zumindest einem vor- und/oder nachgeschalteten Oxidationskatalysator (3), wovon zumindest einer nitrose Gase (NOx) zu Stickstoffdioxid (NO2) oxidiert.
  • N) Verwendung eines Auffangelements (5) nach E), F), G), H) oder I) in Kombination mit zumindest einem vor- und/oder nachgeschalteten Turbolader, wobei das Auffangelement motornah und/oder in Unterbodenposition angebracht ist.
  • O) Verwendung eines Auffangelements nach E), F), G), H) oder I) in einem Dieselmotor-Abgasstrang kombiniert mit einem vorgeschalteten Turbolader, dem wiederum ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet ist.
Hereinafter, the originally claimed subject matter is disclosed:
  • A) Method for removing soot particles from an exhaust gas of an internal combustion engine ( 1 ), in particular a diesel engine, wherein the exhaust gas by a freely flowable through the exhaust, but with a plurality of deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ) and / or swirling and calming zones ( 5 ), in which at least part of the particles is held or swirled around so long that there is sufficient probability of reaction with nitrogen dioxide present in the exhaust gas until substantial removal of the collected particles.
  • B) method according to A), wherein the collecting element ( 5 ) at the same time a mixing element for the uniform distribution of a reducing agent, in particular urea, and before the collecting element, the reducing agent is supplied ( 4 ) becomes.
  • C) Process according to A) or B) wherein the particles are separated by deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ) of the exhaust gas against walls ( 11 . 12 . 21 . 22 ) of the collecting element ( 5 ), where they can settle and / or agglomerate with other particles.
  • D) Method according to C), wherein with a deflection ( 15 . 16 ; 25 . 26 ) each 2% to 15% of the particles still contained in the exhaust gas against the walls ( 11 . 12 . 21 . 22 ) of the collecting element ( 5 ), preferably with as many deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ), that the total amount of particles against the walls ( 11 . 12 . 21 . 22 ) are thrown.
  • E) collecting element ( 5 ) for collecting soot particles from a collecting element ( 5 ) flowing through the exhaust gas, wherein the collecting element ( 5 ) for the exhaust gas freely flowable flow paths ( 13 ; 23 ), the flow paths ( 13 ; 23 ) but are designed so that deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ) or turbulence zones and calming zones.
  • F) collecting element according to E), wherein the collecting element ( 5 ) at least one metallic honeycomb body made of sheet metal layers ( 11 . 12 ; 21 . 22 ), wherein the sheet metal layers ( 11 . 12 ; 21 . 22 ) are at least partially structured in a manner known per se in such a way that flow paths which can be flowed freely through the exhaust gas ( 13 ; 23 ) with obstacles or deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ).
  • G) collecting element according to F), in which the obstacles or deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ) are designed so that in each case between 2% and 15% of the particles still contained in the exhaust gas against the walls ( 11 . 12 . 21 . 22 ) of the collecting element ( 5 ) are thrown.
  • H) collecting element according to E), F) or G), wherein at least a part of the walls ( 11 . 12 ; 21 . 22 ) of the flow paths ( 13 ; 23 ) of the collecting element ( 5 ), in particular with a washcoat of alumina.
  • I) collecting element according to E), F), G) or H), wherein the collecting element ( 5 ) is cone-shaped.
  • J) Use of at least one collecting element ( 5 ) to E), F), G), H) or I) in an exhaust gas line ( 2 ) an internal combustion engine ( 1 ), in particular a diesel engine.
  • K) Use of a collecting element ( 5 ) to E), F), G), H) or I) in combination with at least one upstream or downstream additive addition ( 4 ).
  • L) Use of a collecting element ( 5 ) according to E), F), G), H) or I) in combination with at least one catalyst ( 3 . 6 ).
  • M) Use of a collecting element ( 5 ) according to E), F), G), H) or I) in combination with at least one upstream and / or downstream oxidation catalyst ( 3 ), of which at least one nitrous gas (NO x ) oxidizes to nitrogen dioxide (NO 2 ).
  • N) Use of a collecting element ( 5 ) to E), F), G), H) or I) in combination with at least one upstream and / or downstream turbocharger, wherein the collecting element is mounted close to the engine and / or in underfloor position.
  • O) use of a collecting element according to E), F), G), H) or I) in a diesel engine exhaust system combined with an upstream turbocharger, which in turn is preceded by an oxidation catalyst.

11
VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
22
Abgasstrangexhaust gas line
33
Oxidationskatalysatoroxidation catalyst
44
Einspeisung eines Additivesfeed an additive
55
Auffangelementcollecting element
66
SCR-KatalysatorSCR catalyst
1111
strukturierte Blechlagestructured sheet metal layer
1212
glatte Blechlagesmoothness sheet metal layer
1313
Strömungswegflow
1414
1515
Umlenkungredirection
1616
Umlenkungredirection
1717
Öffnungopening
2121
strukturierte Blechlagestructured sheet metal layer
2222
glatte Blechlagesmoothness sheet metal layer
2323
Strömungswegflow
2424
2525
Umlenkungredirection
2626
Umlenkungredirection
2727
Öffnungopening
2828
Durchbrechungperforation

Claims (9)

Auffangelement (5) zum Auffangen von Ruß-Partikeln aus einem das Auffangelement (5) durchströmenden Abgas, wobei das Auffangelement (5) ein offenes System aus für das Abgas nicht verstopfbaren, frei durchströmbaren Strömungswegen (13; 23) aufweist, die Strömungswege (13; 23) aber so gestaltet sind, dass sich Umlenkungen sowie Verwirbelungszonen und Beruhigungszonen ergeben, wobei das Auffangelement (5) einen metallischen Wabenkörper aus Blechlagen (11, 12; 21, 22) umfasst, wobei die Blechlagen (11, 12; 21, 22) zumindest teilweise so strukturiert sind, dass sich für das Abgas frei durchströmbare Strömungswege (13; 23) mit Umlenkungen (15, 16; 25, 26) ergeben.Catch element ( 5 ) for collecting soot particles from a collecting element ( 5 ) flowing through the exhaust gas, wherein the collecting element ( 5 ) an open system of non-clogging the exhaust gas, freely flowed through flow paths ( 13 ; 23 ), the flow paths ( 13 ; 23 ) but are designed so that deflections and Verwirbelungszonen and calming zones result, the collecting element ( 5 ) a metallic honeycomb body of sheet metal layers ( 11 . 12 ; 21 . 22 ), wherein the sheet metal layers ( 11 . 12 ; 21 . 22 ) are at least partially structured so that flows freely through the exhaust gas flow paths ( 13 ; 23 ) with deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ). Auffangelement nach Anspruch 1, bei dem die Umlenkungen (15, 16; 25, 26) so ausgeführt sind, dass jeweils zwischen 2% und 15% der im Abgas noch enthaltenen Partikel gegen die Wände (11, 12, 21, 22) des Auffangelementes (5) geschleudert werden.A collecting element according to claim 1, wherein the deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ) are designed so that in each case between 2% and 15% of the particles still contained in the exhaust gas against the walls ( 11 . 12 . 21 . 22 ) of the collecting element ( 5 ) are thrown. Auffangelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die mit der strukturieten Blechlage 11 gebildeten Umlenkungen (15, 16; 25, 26) einen Anstellwinkel im Bereich von 20° bis 90°, bevorzugt im Bereich von 40° bis 50°, zur Strömungsrichtung bilden.A collecting element according to claim 1 or 2, wherein the structural sheet metal layer 11 formed deflections ( 15 . 16 ; 25 . 26 ) form an angle of attack in the range of 20 ° to 90 °, preferably in the range of 40 ° to 50 °, to the flow direction. Auffangelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest ein Teil der Wände (11, 12; 21, 22) der Strömungswege (13; 23) des Auffang elements (5) mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist, insbesondere ohne Washcoat.A collecting element according to any one of claims 1 to 3, wherein at least a part of the walls ( 11 . 12 ; 21 . 22 ) of the flow paths ( 13 ; 23 ) of the catch element ( 5 ) is coated with a catalytically active material, in particular without washcoat. Auffangelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Auffangelement eine Anzahl von Strömungswegen pro Querschnittsfläche im Bereich zwischen 200 und 400 cpsi liegt.Collecting element according to one of claims 1 to 4, wherein the collecting element a number of flow paths per cross-sectional area in the range between 200 and 400 cpsi lies. Auffangelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Umlenkungen in Abständen von 3 bis 20 mm in den Strömungswegen vorhanden sind.Collecting element according to one of claims 1 to 5, with the deflections at intervals from 3 to 20 mm in the flow paths available. Auffangelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Rußpartikel nicht durch porösen Wände gefiltert, sondern an den Wänden abgelagert werden.Collecting element according to one of claims 1 to 6, wherein the soot particles not filtered through porous walls, but on the walls be deposited. Abgasstrang umfassend zumindest einen Oxidationskatalysator, der NO zu NO2 oxidieren kann, und ein Auffangelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Oxidationskatalysator vor das Auffangelement gesetzt ist.An exhaust line comprising at least one oxidation catalyst that can oxidize NO to NO 2 , and a capture element according to any one of the preceding claims, wherein the oxidation catalyst is placed in front of the capture element. Verwendung eines Abgasstranges nach Anspruch 8 zur Reinigung von Abgasen eines Dieselmotors mit wenigstens einer der folgenden Eigenschaften: – das Auffangelement hat ein Volumen von 0,5 bis 0,8 Liter pro 100 kW des Dieselmotors, – das Auffangelement hat eine geometrische Oberfläche von 1 bis 2 m2 pro 100 kW des Dieselmotors, – der Oxidationskatalysator oxidiert ausreichend NO zu NO2, so dass Ruß-Partikel in dem Auffangelement bereits bei einer Temperatur ab ca. 250° Celsius regeneriert werden.Use of an exhaust line according to claim 8 for purifying exhaust gases of a diesel engine having at least one of the following properties: - the trapping element has a volume of 0.5 to 0.8 liters per 100 kW of the diesel engine, - the trapping element has a geometric surface of 1 to 2 m 2 per 100 kW of the diesel engine, - the oxidation catalyst oxidizes sufficient NO to NO 2 , so that soot particles are regenerated in the collecting element already at a temperature above about 250 ° Celsius.
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