DE3217357A1

DE3217357A1 - Einrichtung zur verminderung des russanteils im abgas von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3217357A1
Application number: DE19823217357
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ing.(grad.) 7300 Esslingen Wörner; Walter 7331 Faurndau Öttle
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1982-05-08
Filing date: 1982-05-08
Publication date: 1983-11-10
Also published as: DE3217357C2; US4669261A

Description

J. Eberspächer 1308 D

Eberspächerstr. 24

7300 Esslingen/N. 30. April 1982

Einrichtung zur Verminderung des
Rußanteils im Abgas von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung des Rußanteiles im Abgas von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem in einer Abgasleitung angeordneten, mit Lä'ngskanälen versehenen, porösen Keramikkörper zur Rußabscheidung bzvi/.
Rußverbrennung.

Es ist bekannt, daß bei den Brennkraftmaschinen infolge unvollkommener Verbrennung Ruß abgeschieden und mit dem Abgas ins Freie transportiert wird. Bei der Menge der Kraftfahrzeuge stellt diese Rußabscheidung eine Umweltbelastung dar, die abgebaut werden muß.

Es sind daher Anordnungen bekannt, bei denen in einem porösen Keramikkörper, durch den das Abgas geleitet wird, die Rußpartikel zurückgehalten werden und bei der auftretenden
82 04 30 -2-

Temperatur weitgehend verbrennen. Die Anordnungen besitzen einen sehr hohen Wirkungsgrad. Die Verbrennung des Rußes erfolgt jedoch bei sehr hoher Temperatur in der Größenordnung von etwa 500° C, die jedoch erst nach längerer Betriebsdauer erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Anordnung zu verbessern, so daß die Rußabscheidung mit noch höherem Wirkungsgrad bei geringerer Temperaturbelastung der Bauteile erfolgt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Einrichtung, bei welcher der in der Abgasleitung als Einsatz angeordnete, aus einem mit Längskanälen versehenen, aus poröser Keramik gebildet^ Körper (Wabenkörper) an mindestens einer Seite schachbrettartig verschlossen ist, und daß in mindestens einigen der Kanäle ein mit einer als Katalysator zur Rußverbrennung wirkenden Schicht versehenes Gestrick eingebracht ist.

Dieses katalytisch wirkende Gestrick bewirkt, daß eine Rußverbrennung bereits bei erheblich niedriger Temperatur, in der Größenordnung von etwa 2OD C stattfindet, so daß in dem Keramikkörper nur noch eine Restverbrennung stattfindet. Dabei kann das Gestrick aus Metallfaden bestehen und in bekannter Weise entweder mit der Katalysatorsubstanz beschichtet sein oder eine solche als Beimengung aufweisen. An Stolle eines Gestrickes kann auch ein Qewirr von Drähten treten. Das schachbrettartige eintrittsseitige und/ oder austrittsseitige Verschließen eines Anteils der Kanäle bewirkt in Verbindung mit der Füllung mindestens eines feiles der nicht verschlossenen Kanäle mit dem Drahtgestrick, daß das die Rußpartikel transportierende Abgas zunächst durch die "gefüllten" Kanäle strömt und 82 04 "JO -3-

dort einer ersten Reinigung unterzogen werden und von dort durch Diffusion längs des Kanales den Keramikkörper durchdringen und daß dabei die verbleibenden Rußpartikel verbrannt werden bzw. in dem Werkstoff zurückgehalten werden und daß das Abgas sodann aus den "nicht gefüllten" Kanälen abströmen kann. Dei den Kanälen handelt es sich dabei um Querschnitte in der Größen-

2
Ordnung von 30 - 50 mm in die das Gestrick aus katalytisch u/irksamen Metallfaden eingepreßt wird, wobei gleichzeitig eine Verdichtung des Gestricks stattfinden kann. Bei dieser Einrichtung können aber auch entweder alle eintrittsseitig offenen oder alle austrittsseitig offenen Kanäle mit Gestrick gefüllt sein, wobei sich Eintritt und Austritt auf die Strömungsrichtung des Abgases bezieht. Als günstiger hat sich dabei erwiesen, daß zunächst die Reinigung des Abgases von RußanteiJen mittels des Gestrickes und erst sodann mittels Reinigung in dem Keramikkörper erfolgt.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß je eine schachbrettartige Abdeckung eintrittsseitig und austrittsseitig angeordnet ist. Diese Abdeckungen können, wie auch die zuvor Beschriebenen Bestandteil des keramischen Wabenkörpers sein, so daß er stirnseitig mit gleichem Material entsprechend abgedeckt ist z.B. durch Materialauffüllungen oder Verdichtungen oder regelrechten "Stopfen". Die beiderseitige Abdeckung ist natürlich derart anzubringen, daß dem abgedeckten Feld auf der einen Seite ein offenes Feld auf der anderen Seite gegenüberliegt. Damit wird ein möglichst langer Strömungsweg für das Abgas geschaffen,.da es nicht aus dem Kanal austreten.kann, in den es eingetreten ist, sondern immer über Wanddiffusion in einen jeweils benachbarten Kanal übertreten muß.

82 04 30 -4-

-If

Bei einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung ist die Abdeckung als gesondertes Bauteil ausgebildet und drehbeweglich gelagert. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß vor dem Einbau durch entsprechende Stellung der Abdeckung oder Abdeckungen der Strömungsweg des Abgases verschieden eingestellt werden kann, was hinsichtlich des Gegendruckes des Abgases von Bedeutung sein kann. Wenn nämlich ein Teil des Abgases auch durch nicht mit - Gestrick gefüllte - Kanäle strömen kann, vorausgesetzt die Rußmenge läßt dies zu, dann entsteht ein geringerer Gegendruck. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann dabei die Abdeckung den Keramikkörper haltend in der Abgasleitung angeordnet sein. Diese Maßnahme trägt zum Schutz des an sich stoßempfindlichen Keramikkörpers bei. Schließlich kann auch zwischen der in Strömungsrichtung ersten Abdeckung und dem Keramikkörper ein federnder Gestrickring angeordnet sein. Dieser Ring wirkt gleichzeitig als ein Umstromungshindernis gegen die Umströmung des Keramikkörpers durch das Abgas und verhindert so, daß eine gewisse Abgasmenge ungereinigt die Einrichtung verläßt. Bei diesen Anordnungen kann der Keramikkörper in bekannter Weise ein katalytisch wirksamer Wabenkörper sein, der gleichzeitig der Reinigung des Abgases von Kohlenmonoxyden und Kohlenwasserstoffen dient. Schließlich ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung möglich, in die Kanäle das Gestrick in Form eines ein- oder mehrlagigen Schlauchen einzubringen.

B2 04 50 -5-

In den Abbildungen 1 bis 3 ist ein bevorzugtes AuiTühriirujijbeispiel vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Abb. 1 die Anordnung im Feilnchnitt Abb. 2 eine Ansicht an der Stelle a - a Abb. 3 einen Kanal im Schnitt.

Die Abb. 1 zeigt eine Abgasleitung 1 in der der Einsatz 3 angeordnet ist. Dieser Einsatz 3 besteht aus einer keramischen porösen Masse und weist Kanäle 2 auf. Diese Kanäle 2 können einen beliebigen Querschnitt aufweisen, z.B. rund oder rnehreckig. Bei bekannten Ausführungen sind ca. 16 Kanäle pro square inch angeordnet. Wie die Abb. 2 zeigt, sind etwa die Hälfte der Kanäle 2 verschlossen. Die Verschlüsse können als Stopfen ausgebildet sein oder durch ein eng und plan anliegendes Gitter gebildet sein. Das schachbrettartige Muster weist natürlich als Abdeckungen den Querschnitt der Kanäle auf, Rls rund oder eckig. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um quadratische Kanäle. Die Abdeckungen werden so vorgenommen oder angeordnet, daß jeweils ein Kanal 2a eintrittsseitig offen ist und der jeweils benachbarte Kanal 2 b austrittsseitig offen ist. In dem dargestellten Beispiel sind nun alle eintrittsseitig offenen Kanäle 2a mit einem Gestrick 4 gefüllt. Dieses Gestrick oder Gewirr aus feinem Metalldraht ist katalytisch beschichtet, um die Verbrennung der Rußpartikel zu bewirken. Die Kanäle 2 können jedoch auch mit einem Schlauch oder "Stumpf" aus Metallgestrirk einoder'mehrlagig versehen sein. Das hat dann den Vorteil der gleichmäßigeren Beaufschlagung durch das in den jeweiligen Kanal 2 einströmende Abgas. Eine solche Ausführung ist in Abb. 3 dargestellt. Die Abdeckung 5a ifjt in dieser Abbildung durch einen Stopfmi gebildet. Die Lagerung des stoßempf irid-^L82 04 30 -6-

lichen Einsatzes 3 erfolgt zwischen federnden Gestrickringen 6, die zugleich die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen \/on Abgasleitung 1 und Linsatz 3 aufnehmen.

Das ankommende Abgas tritt in die eintrittsseitig offenen Kanäle 2a ein und es findet mittels des in diesen Kanälen angeordneten Gestrickes 4 eine Verbrennung eines Teiles der Rußpartikel bei einer Zündtemperatur von bereits ca. 200° C statt. Der Wirkungsgrad kann hierbei bereits bis zu 50 % betragen. Da diese Kanäle 2a austrittsseitig verschlossen sind, tritt das Abgas durch die poröse Wand des Einsatzes 5 in einiMi dar jeweils benachbarten Kanäle 2b, die ein- Iv ittiise i I.ig verschlossen und austrittsseitig offen sind. Hierbei findet eine weitere Verbrennung der noch vorhandenen Rußpartikel statt. Die Zündtemperatur beträgt hier ca. 500 C und der gemessene Wirkungsgrad kann bis zu 90 % betragen. Das durch die poröse Wand in die Kanäle 2b gelangte Abgas verläßt diese Kanäle gereinigt in die Abgasleitung 1 und gelangt von dort ins Freie. En ist natürlich auch möglich, alle Kanäle 2 mit dem Gestrick zu füllen. Dann findet auch in den austritts-Goitig offenen Kanälen noch eine Reinigung statt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese Maßnahme nur in Sonderfällen erforderlich ist.

112 04 50

Claims

J. Eberspächer

Eberspächerstr. 24

Esslingen/N. 30. April 1982

Patentansprüche

inrichtung zur Verminderung des Rußanteils im Abgas von Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem in einer Abgasleitung angeordneten mit Längakanälen versehenen, porösen Keramikkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Abgasleitung (1) als Einsatz angeordnete, aus einem mit
Längskanälen (2) versehenen, aus poröser Keramik gebildete Köper (3) an mindestens einer Seite schachbrettartig verschlossen ist und daß in mindestem; einigen
der Kanäle ein mit einer als Katalysator zur Rußverbrennung u/irkenden Schicht versehenes Gestrick (4) ein
gebracht ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die eintrittsseitig offenen Kanäle (2a) mit Gestrick (4) gefüllt sind.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die austrittsseitig offenen Kanäle (2b) mit Gestrick gefüllt sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß je eine schachbrettartige Abdeckung ( 5a,
5b) eintrittsseitig und austrittsseitig angeordnet ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß L die Abdeckungen (5a, 5b) als gesonderte Bauelemente aus-

82 04 30 -2-

gebildet und drehbeweglich gelagert sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckungen (5a, 5b) den Keramikkörper (3) in der Abgasleitung (1) haltend angeordnet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der in Strömungsrichtung ersten Abdeckung (5a) und dem Keramikkörper (3) ein federnder Gestrickring (6) angeordnet ist.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestrick in Form eines Schlauches oin- oder mehrlagig angeordnet ist.

82 04 30