DE3821143C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum diskontinuierlichen Abbrennen von Ruß in Gegenwart mindestens eines Metalls. Der Ruß ist bei diesem Verfahren auf einem hitzebeständigen Ab­ gasfilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Die­ selbrennkraftmaschine, abgeschieden.

Da die Rußemission, besonders bei Dieselmotoren, aus Gründen des Umweltschutzes weiter vermindert werden soll, ist es notwendig, die Rußpartikel aus dem Abgasstrom herauszufil­ tern. Der abgeschiedene Ruß setzt das Filtriermittel während des Betriebes der Brennkraftmaschine jedoch allmählich zu, so daß das Filter immer wieder regeneriert werden muß. Dies kann während des Betriebes einer Dieselbrennkraftmaschine durch das Verbrennen des Rußes geschehen. Weil eine selbst­ tätige Auslösung des Abbrennvorganges jedoch unter nicht reproduzierbaren Bedingungen und somit zufällig erfolgt, muß die Rußverbrennung kontrolliert eingeleitet werden. Die Ein­ leitung und Aufrechterhaltung eines kontrollierten Abbrenn­ vorganges der Rußpartikel auf dem Filter kann durch das Zu­ dosieren von Additiven geschehen. Diese Additive sorgen u.a. dafür, daß die Zündtemperatur des Rußes herabgesetzt wird.

Derartige Verfahren wurden bereits beschrieben. So wird in der DE-OS 31 11 228 als Zusatz zur Reduzierung der Zündtem­ peratur Kupfer(I)-chlorid verwendet. In diesem Fall wird das Kupfer(I)-chlorid dem Abgasstrom in feinverteilter Form zu­ gegeben.

Um die Standzeit des Filters zu erhöhen und die Zündtempera­ tur des Rußes noch weiter zu senken, macht die DE-OS 33 25 391 den Vorschlag, dem Kupfer(I)-chlorid zusätzlich noch Ammoniumnitrit zuzumischen.

Eine weitere Verbesserung der Verbrennung des Rußes konnte schließlich in der DE-OS 34 36 351 erreicht werden. Hier werden die Rußteilchen durch die Zugabe von Kupferperchlorat als Oxidationsmittel verbrannt.

Alle drei eben beschriebenen Verfahren wirken aber noch nicht optimal. So kann das verwendete Kupfer(I)-chlorid durch seine Abscheidung auf dem Filter in Form von Kupfer­ oxid zu einer Verminderung der Durchlässigkeit des Filters führen. Das Kupferperchlorat erfordert durch seine chemi­ schen Eigenschaften bestimmte sicherheitstechnische Vorkeh­ rungen. Außerdem enthalten alle Verbindungen, die in den genannten Offenlegungsschriften als Additive beschrieben werden, Chlor. Das Chlor kann jedoch, wenn keine geeigneten Maßnahmen getroffen werden, zu erhöhter Korrosion und zu Belastungen der Umwelt führen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einerseits die Verbrennung des Rußes definiert bei möglichst niedrigen Zündtemperaturen ablaufen zu lassen und andererseits eine hohe Standzeit des Filters, verbunden mit einer geringen Umweltbelastung, zu erreichen.

Diese Aufgabe wird von der Erfindung dadurch gelöst, daß als Additiv zur Verbrennung ein zur Komplexbildung mit dem Me­ tall fähiger organischer Komplexbildner, der eine Enolstruktur durch Einstellen eines tautomeren Keto-Enol-Gleichgewichts aus einem β-Diketon auszubilden vermag und/oder eine metallorganische Komplexverbindung des Metalls mit dem orga­ nischen Komplexbildner verwendet wird.

Bei dem Filter, wie es in der Erfindung benutzt wird, kann es sich um ein aus dem vorgenannten Stand der Technik be­ kanntes Abgasfilter handeln. Es besteht beispielsweise aus gewickelten Mineralfasern, wobei die Fasern vorzugsweise aus Bor-Aluminium-Silikaten aufgebaut sind.

Bei dem in der metallorganischen Komplexverbindung gebunde­ nen bzw. auf dem Filtermaterial befindlichen Metall handelt es sich vorzugsweise um ein Übergangsmetall, insbesondere um die beiden Metalle Eisen und Kupfer. Von diesen beiden ist insbesondere das Kupfer erfindungsgemäß bevorzugt.

Vorzugsweise wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine metallorganische Komplexverbindung eingesetzt, die den orga­ nischen Komplexbildner als Anion und das Metall als Kation enthält, d.h. in einer Art Salzform. Da der Komplexbildner gleich selbst das Anion darstellt und so für den Ladungsaus­ gleich des Komplexsalzes sorgt, treten keine zusätzlichen Anionen auf. Diese Tatsache stellt einen weiteren Vorteil der Erfindung dar, da auf diese Weise keine weiteren Sub­ stanzen die Umwelt belasten. Als organischer Komplexbildner wird insbesondere eine solche Verbindung eingesetzt, die mit dem Metall eine flüchtige metallorganische Komplexverbindung ausbilden kann. Obwohl der genaue Reaktionsmechanismus bei der Verbrennung des Rußes auf einem Abgasfilter noch nicht bekannt ist, kann angenommen werden, daß die Flüchtigkeit der metallorganischen Komplexverbindung für das Herabsetzen der Zündtemperatur und den vollständigen Ablauf der Verbren­ nung an allen Stellen des Filters eine günstige Rolle spielt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es sich bei den organischen Komplexbildnern um β-Diketone, insbe­ sondere Acetylaceton (2,4-Pentandion) handeln. Bei Acetylaceton liegt das tautomere Keto-Enol-Gleichgewicht weit auf seiten der Enolform. Der Anteil der Enolform be­ trägt in der flüssigen Phase 72%, in der Dampfphase sogar 100%. Die Enolform reagiert mit vielen Metallen, z.B. zu Metall-acetylacetonaten. Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführungsform Kupfer(II)-acetylacetonat als metallorgani­ sche Komplexverbindung im erfindungsgemäßen Verfahren einge­ setzt.

Das Verfahren, wie es nach der Erfindung beansprucht wird, kann insbesondere so ausgestaltet sein, daß sich das Metall beispielsweise in Komplexform oder vorzugsweise in Form eines seiner Oxide, bereits auf dem Abgasfilter befindet. Zu diesem Zweck kann das Filtermittel mit dem Metallkomplex bzw. dem Metalloxid imprägniert bzw. beschichtet werden. So wird beispielsweise das Filtermittel für eine gewisse Zeit in eine Metallkomplex-Suspension, wie z.B. eine Kupfer­ acetylacetonat-Suspension, getaucht oder das Filtermittel wird, zur Abscheidung von Metalloxid mit Metallverbindungen, wie beispielsweise Kupfernitratlösung, behandelt.

Befindet sich beispielsweise das Metalloxid schon auf dem Filtermittel, bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft durchzufüh­ ren. Zum Beispiel stellt der direkte Einsatz des organischen Komplexbildners eine solche Möglichkeit dar. Zusammen mit dem Metalloxid entfaltet der Komplexbildner dann direkt auf bzw. über dem Filter die zur Rußverbrennung notwendige kata­ lytische Wirkung. Ein etwaiger Metallverlust, der dadurch eintritt, daß bei der Zugabe von größeren Mengen an organi­ schen Komplexbildner das Metalloxid, insbesondere bei der Bildung von flüchtigen Komplexen, in geringen Mengen aus­ getragen wird, kann kompensiert werden. Es ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung günstig, das Metall­ oxid im gewünschten Maß zu ersetzen. Dies kann dadurch ge­ schehen, daß der organische Komplexbildner in Kombination mit der metallorganischen Komplexverbindung zugegeben wird. Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung eines flüssigen organischen Komplexbildners, so daß die metallorganische Komplexverbindung sogar in diesem gelöst zugegeben werden kann. Dadurch werden nicht nur die Metallverluste auf dem Filtermittel wieder ausgeglichen, sondern es kann in einfa­ cher Weise zudosiert werden, da es sich bei dem verwendeten Additiv um eine Flüssigkeit handelt. Diese Zudosierung in flüssiger Form bzw. auch der Ersatz eventueller Metallver­ luste kann nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens auch dadurch erreicht werden, daß organi­ scher Komplexbildner und/oder metallorganische Komplexver­ bindung in einem Lösungsmittel zugegeben werden. Bei den Lösungsmitteln handelt es sich bevorzugt um organische Lö­ sungsmittel wie z.B. Alkohole, Ketone, aromatische Kohlen­ wasserstoffe u.a.

Nach der Erfindung ist es auch möglich, in vorteilhafter Weise ein Filter zu verwenden, das noch kein Metalloxid auf dem Filtermittel enthält. Dann ist es bevorzugt möglich, die metallorganische Komplexverbindung in gewünschtem Maße zuzu­ dosieren, insbesondere in Pulverform feinverteilt stromauf des Filtermittels zuzugeben. Hierbei lagert sich das Pulver auf dem Filtermittel ab und entfaltet auf diese Weise eben­ falls die vorteilhaften Wirkungen nach der Erfindung. Die Wirkung ist um so besser, je feinkristalliner das verwendete Pulver ist. So liefert die Siebanalyse einer typischerweise nach der Erfindung eingesetzten Kupfer(II)-acetylacetonat- Menge das Ergebnis, daß ca. 75% aller Teilchen kleiner als 80 µm und 85% aller Teilchen kleiner als 100 µm sind. Die weitere Zugabe kann dann auch in flüssiger bzw. gelöster Form erfolgen.

Sämtliche Ausführungsformen des beschriebenen erfindungsge­ mäßen Verfahrens beinhalten, daß der organische Komplexbild­ ner und/oder die metallorganische Komplexverbindung sowie ggf. weitere Zusätze erst nach der Verbrennung des Treib­ stoffs zugegeben werden. Nach der Treibstoffverbrennung er­ folgt die Zugabe der eben genannten Additive zur Rußverbren­ nung, insbesondere in dosierter Menge, stromauf des Filters und dabei vorzugsweise direkt auf das Abgasfilter. Die Ein­ leitung des Abbrennvorganges erfolgt dabei insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 250°C. Diese Zugabe kann zum Bei­ spiel dadurch erfolgen, daß der organische Komplexbildner und/oder die metallorganische Komplexverbindung sowie ggf. weitere Zusätze durch eine Düse, die sich stromauf des Fil­ termittels befindet, zerstäubt werden. Für diesen Zerstäu­ bungsvorgang kann Luft, vorzugsweise Druckluft, verwendet werden. Dieser Dosierluftstrom kann nach der Einleitung des Abbrennvorganges noch bis zu 10 Minuten aufrechterhalten werden und kann so die nachfolgende Verbrennung weiter un­ terhalten. So dient die Luft, insbesondere die Druckluft, dazu, das Additiv für das erfindungsgemäße Verfahren zu zer­ stäuben, als Strömungsmedium das Additiv auf das Filtermit­ tel zu transportieren und zusätzlich Sauerstoff zur Verfü­ gung zu stellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so durchgeführt werden, daß entweder sowohl die Einleitung der Verbrennung als auch der Verbrennungsvorgang vollständig im Abgasstrom oder zu­ mindest die Einleitung der Verbrennung vollständig in Luft, vorzugsweise Druckluft, stattfindet. Bevorzugt ist diejenige Ausführungsform der Erfindung, bei der die Einleitung des Abbrennvorganges und das Abbrennen selbst in Luft, vorzugs­ weise Druckluft, stattfindet. Insbesondere kann das Verfah­ ren so durchgeführt werden, daß die Dauer der Zudosierung des Dosierluftstromes im wesentlichen mit der Dauer des Ab­ brennvorganges übereinstimmt.

Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Verfahren nach der Er­ findung so auszugestalten, daß der Abbrennvorgang durch das Zudosieren von Luft, insbesondere Druckluft, eingeleitet wird und anschließend zur Aufrechterhaltung dieses Abbrenn­ vorganges ein, ggf. dosierter, Abgasstrom durch das Filter­ mittel geleitet wird, dem vorzugsweise noch Luft zugemischt ist.

Die Menge an Additiv, die zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden kann, ist von Art und Zahl der Verfahrens­ schritte abhängig. Gewöhnlich reichen Mengen von 10 bis 100 mg an Metallkomplex und/oder Komplexbildner pro 100 cm² Filteroberfläche aus, um eine Regenerierung einzuleiten. Ist das Filtermittel zum Beispiel während des Zudosierens des Zündmittels vom Abgas durchströmt, so kann es nötig sein, größere Mengen an organischen Komplexbildner und/oder an metallorganischer Komplexverbindung zuzugeben. Wird der Ab­ gasstrom durch das Filtermittel jedoch während des Zudosie­ rens unterbrochen, ist es möglich, geringere Mengen an Addi­ tiv zuzusetzen. Des weiteren können dadurch Metalloxid-Ver­ luste wesentlich geringer gehalten werden.

So hat es sich gezeigt, daß besonders günstige Ergebnisse erzielt werden können, wenn bei einer unterteilten Filter­ fläche das Abbrennen des Rußes nur auf einem Teil der insge­ samt zur Verfügung stehenden Filterfläche durchgeführt wird. Dabei ist es weiter besonders vorteilhaft, wenn dieser Teil der Filterfläche während der Einleitung des Abbrennvorganges nicht vom Abgas durchströmt wird. Bei dieser Art der Filter­ regeneration wird weniger an Metallkomplex, der seine kata­ lytische Wirkung noch nicht entfaltet hat, und auch weniger an Metalloxid durch den Komplexbildner ausgetragen.

Die Verbrennung des Rußes erfolgt vorteilhafterweise da­ durch, daß ab einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen dem Druck vor und nach dem Filter und bei einer zur Verbrennung ausreichenden Temperatur der organische Komplexbildner und/ oder die metallorganische Komplexverbindung feinverteilt auf den einen Teil der Filterfläche aufgebracht wird und dadurch die Verbrennung eingeleitet wird. Insbesondere kann das er­ findungsgemäße Verfahren so ablaufen, daß die Filterfläche, auf der die Verbrennung des Rußes stattfinden soll, vor dem Einleiten des Abbrennvorganges vom Abgasstrom getrennt wird. Dann erfolgt durch Zusatz der Additive die Einleitung der Rußverbrennung. Schließlich wird, insbesondere nach einer vorgegebenen Zeit, z.B. nach Ablauf von 3 bis 5 Minuten ab Einleitung des Abbrennvorganges, das Abgas wieder durch den abgetrennten Teil der Filterfläche geleitet. Es kann bei einer für die Verbrennung ausreichenden Temperatur, abhängig von der jetzt herrschenden Druckdifferenz zwischen dem Druck vor und nach dem Filter, oder bevorzugt im wesentlichen di­ rekt nach erfolgtem Abbrennen des ersten Teils der Filter­ fläche, ein weiterer oder restlicher Teil der Filterfläche auf dieselbe, eben beschriebene Weise einer Rußverbrennung unterworfen werden.

Wie aus der Beschreibung zu entnehmen ist, kann das erfin­ dungsgemäße Verfahren bei unterteilter Filterfläche in einer Vielzahl von kombinierten Verfahrensschritten durchgeführt werden. Hat man zum Beispiel eine größere Anzahl von Filter­ kerzen vorliegen, so ist es u.a. möglich, die einzelnen Ker­ zen nacheinander durch Abbrennen des Rußes zu regenerieren. Genauso kann es aber in Abhängigkeit von den jeweiligen An­ forderungen vorteilhaft sein, mehrere Filterkerzen gleich­ zeitig zu regenerieren. Es kann aber immer ein so großer Anteil der Filterfläche vom Abgasstrom durchströmbar blei­ ben, daß der Fahrbetrieb bzw. der Betrieb der Brennkraftma­ schine nicht beeinträchtigt wird. Sämtliche Ausführungsfor­ men, die die Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens, ent­ weder einzeln oder in Kombination, verwirklichen, sollen deshalb eingeschlossen sein.

Setzt man nach einer der bevorzugten Ausführungsformen, bei denen das Abbrennen des Rußes ohne gleichzeitiges Durchströ­ men des Filtermittels mit Abgas erfolgt, beispielsweise rei­ nes Kupfer(II)-acetylacetonat als Additiv ein, so beträgt die Menge an Additiv, um ein einmaliges Abbrennen durchzu­ führen, ca. 2 g für 14 Filterkerzen (ca. 10 000 cm² Kerzen­ oberfläche). Dies entspricht einer Menge von ungefähr 20 mg Kupfer(II)-acetylacetonat pro 100 cm² Kerzenoberfläche. Die Schichtdicke des Filtermittels der Kerze ist bei dieser An­ gabe nicht berücksichtigt. Setzt man bei denselben bevorzug­ ten Ausführungsformen reines Acetylaceton als Additiv ein, werden für einen Abbrennvorgang ca. 5-10 ml pro 14 Kerzen eingesetzt, wobei der untere Bereich bevorzugt ist. Je mehr Acetylaceton zugesetzt wird, um so mehr Kupferoxid kann aus­ getragen werden. Diese Verluste an Kupferoxid können je nach Betriebsbedingungen im Bereich von 50 mg, maximal bis 150 mg betragen. Es ist jedoch nach der Erfindung in einfacher Wei­ se möglich, dieses ausgetragene Kupferoxid durch die Zugabe von Kupfer(II)-acetylacetonat wieder zu ersetzen, wie es bereits beschrieben wurde.

Besonders vorteilhaft ist es bei einer der bevorzugten Aus­ führungsformen, wenn der organische Komplexbildner und/oder die metallorganische Komplexverbindung diskontinuierlich also nur zur Einleitung des jeweiligen Abbrennvorganges zu­ gegeben werden. Überraschenderweise wird die Verbrennung des Rußes am besten eingeleitet, wenn die gesamte Portion an Additiv auf einmal auf das Filtermittel aufgebracht wird, vorzugsweise innerhalb von 2 bis 3 Sekunden. Bereits nach einer vorbestimmten Zeitdauer, die bevorzugt 3 bis 5 Minuten ab Zugabe des Additivs beträgt, kann der Teil der Filterflä­ che, auf dem der Ruß zur Verbrennung gebracht wurde, wieder vom Abgas durchströmt werden. Noch vorhandener, unverbrann­ ter Ruß brennt im Abgasstrom weiter ab.

Zum besseren Transport des Additivs auf das Filtermittel kann vor dem Zudosieren kurz mit Luft, vorzugsweise Druck­ luft, gespült werden. Auch nach dem Zudosieren ist eine Zu­ gabe von Luft, vorzugsweise Druckluft, besonders vorteil­ haft. Druckluft stellt ein bevorzugtes Mittel als Sauer­ stofflieferant und zum Spülen und Dosieren dar, da es vor allem bei LKW′s in ausreichendem Maß zur Verfügung steht.

Unter gewissen Umständen kann die Rußverbrennung noch da­ durch weiter optimiert werden, daß zur Erzielung einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung die Luft, insbesondere die Druckluft, vor oder während des Zudosierens des Additivs aufgewärmt wird. Dies führt dazu, daß zusammen mit dem Addi­ tiv erwärmte Luft, vorzugsweise Druckluft, in den Bereich des Filtermittels gebracht wird.

Zusätzlich können vorteilhafterweise zum Absenken der Zünd­ temperatur noch weitere Zündhilfsmittel bzw. Sauerstoffspen­ der, wie Ammoniumnitrat, Cellulosenitrat und/oder andere organische Nitroverbindungen zugeführt werden. Die Zugabe dieser Mittel erfolgt jedoch nur in einzelnen Fällen, wenn die Betriebsweise des Fahrzeugs den Einsatz der genannten Stoffe zweckmäßig erscheinen läßt.

Das vorstehend beschriebene Verfahren ermöglicht es somit, auf einfache, schonende aber wirkungsvolle Art und Weise, eine Regenerierung des Rußfilters zu erzielen.

Im Gegensatz zu vielen anderen bekannten Verfahren ist es bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich, zusätzliche aufwendige Brenneranlagen oder elektrische Einrichtungen vorzusehen. Des weiteren müssen die Anlagen nicht für wesentlich höhere Temperatur bei der Verbrennung ausgelegt sein, so daß die gemäß der Erfindung arbeitenden Anlagen eine gute Standzeit aufweisen. Des wei­ teren ist es nicht erforderlich, daß vom Fahrzeugführer die Verbrennung in irgendeiner Form eingeleitet werden muß.

Die Erfindung beinhaltet auch eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Zuleitung für das vom Motor kommende Abgas, mit einem hitzebeständigen Abgasfilter und mit einer Abgasleitung für das aus einer Filtereinheit austretende Abgas. Dabei weist das Filter erfindungsgemäß mindestens zwei mindestens zeitweise getrennt betreibbare und getrennt regenerierbare Filtereinheiten auf, die vom Abgasstrom abschaltbar ausgebildet sind. Jede Filtereinheit ist mit einer Zuleitung für Druckluft versehen, die mit einer Einrichtung zur Dosierung des Additivs aus Komplexbildner und/oder metallorganischer Komplexverbindung verbunden ist. Dadurch ist auch dann während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Regenerierung eines Filters möglich, wenn die Regenerierung unter Ausschluß von Abgas der Brennkraftmaschine erfolgt.

Die Vorrichtung kann vorteilhaft so ausgestaltet sein, daß sie Rückführleitungen zur Rückführung von Verbrennungsabga­ sen des zu verbrennenden Rußes aufweist, die die Filterein­ heiten jeweils mit mindestens einer anderen Filtereinheit verbinden. Die Vorrichtung kann dabei so aufgebaut sein, daß die Rückführleitung mit der Motor-Saugseite des Motors ver­ bunden ist. Die während der Regenerierzeit von 3 bis 5 Minu­ ten durch die vom Abgasstrom getrennte Filtereinheit strö­ mende Gasmenge (0,5 Nm³/min) wird durch diese Vorrichtung auf die Ansaugseite des Motors geführt. Dies bewirkt, daß sich das in dieser Gasmenge befindende Kupfer nicht mit dem Abgas ausgetragen, sondern durch den Motor in eine andere sich im Betrieb befindende Filtereinheit gelangt und dort wieder auf dem Filtermittel abgeschieden wird. Auf diese Weise kann auch auf einen Ersatz des Kupfers weitgehend ver­ zichtet werden. Das mit dem Abgas in Form von Kupferacetyl­ acetonat ausgetragene Kupfer wird durch die in den Brennräu­ men des Motors vorliegenden Reaktionsbedingungen oxidiert und steht damit wieder als Kupferoxid auf dem Filtermittel einer anderen Filtereinheit zur Verfügung.

Zwischen der Ausgangsseite der Filtereinheit und der Motor­ saugseite kann ein weiteres Filter, das zur Abscheidung von Feststoffen geeignet ist, vorgesehen sein. Dies ist dann vorteilhaft, wenn man einerseits das Kupfer nicht mit dem Abgas in die Umwelt austragen, andererseits aber den Eintrag von Kupfer in den Motor verhindern will. Die Vorrichtung kann dabei auch so ausgestaltet sein, daß ein gemeinsames Filter für mehrere Rückführleitungen von mehreren Filterein­ heiten vorgesehen ist. Die Betriebstemperatur eines solchen Zusatzfilters für Feststoffe wird unter etwa 200°C gehal­ ten, damit das ausgetragene Kupferacetylacetonat in fester Form vorliegt und vom Filter abscheidbar ist. Bei dieser Ausführungsform kann ein Kupferersatz auf den Filtereinhei­ ten zum Abbrennen des Rußes vorgenommen werden.

Nach einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist die Rückführleitung, die von einer Filterein­ heit ausgeht, unmittelbar mit der Eingangsseite einer ande­ ren Filtereinheit verbunden. Auf diese Weise wird das ausge­ tragene Kupfer ebenfalls auf das Filtermittel einer sich im Betrieb befindenden Filtereinheit gebracht und die Kupfer­ verluste werden ebenfalls nicht emittiert. Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung dieser Vorrichtung, bei der die Verbin­ dung der Rückführleitung mit der anderen Filtereinheit an einer Stelle vorliegt, an der im Betrieb ein relativer Un­ terdruck herrscht. Besondere Umwälzeinrichtungen brauchen nicht vorgesehen werden, insbesondere wenn der Regenerier­ vorgang mittels Druckluft unter Überdruck erfolgt.

Drei bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vor­ richtung sind schematisch in den folgenden drei Figuren dar­ gestellt. Der Übersichtlichkeit wegen beschränken sie sich auf die schematische Darstellung von zwei Filtereinheiten, die ihrerseits zahlreiche Filterkerzen aufweisen können. Die zwei Filtereinheiten können als Paar in einem mit einer Trennwand versehenen Gehäuse untergebracht sein, das einem normalen Auspufftopf entspricht. Üblicherweise, aber nicht notwendigerweise, beträgt der Überdruck gegenüber der Atmos­ phäre in einem solchen Gehäuse bei einem aufgekohlten Filter 100 bis 200 mbar, dann, wenn das Filter frisch gereinigt (abgebrannt) ist, 10 bis 20 mbar. Die erfindungsgemäßen Merkmale können jedoch für sich allein oder auch in Kom­ bination miteinander nicht nur bei zwei Filtereinheiten, sondern auch bei einer beliebig größeren Anzahl von Filter­ einheiten verwirklicht sein.

Fig. 1 zeigt eine aus zwei Filtereinheiten 1 bestehende Vor­ richtung, bei der die mit dem Filtermittel 2 versehene Fil­ tereinheit 1 eine Zuleitung 5 für das vom Motor kommende Abgas und eine Ableitung 6 für das aus der Filtereinheit 1 austretende Abgas aufweist. Zusätzlich ist in die Filterein­ heit 1 eine Zuleitung 3 für die Druckluft vorgesehen, die mit der Einrichtung 4 zur Dosierung des Additivs verbunden ist. Von der Ableitung 6 zweigt eine Rückführleitung 8 ab, die zur Ansaugseite des Motors führt. Am Ende der Ableitung 6 ist eine Rückschlagklappe 7 angebracht, wie sie an Enden von Abgasleitungen üblich ist. Durch die Rückschlagklappe 7 wird die Gasmenge, die während des Abbrennens des Rußes durch die vom Abgasstrom getrennte Filtereinheit 1 strömt, zur Ansaugseite des Motors geführt, und das sich in dieser Gasmenge befindende Kupfer wird dadurch über den Motor auf eine andere sich im Betrieb befindende Filtereinheit ge­ bracht.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung ist gegenüber Fig. 1 nur dadurch modifiziert, daß sich in der Rückführleitung 8, die zur Ansaugseite des Motors führt, ein zur Abscheidung von Feststoffen geeignetes Filter 9 angeordnet ist. Diese Vorrichtung könnte auch so ausgebildet sein, daß dieses Fil­ ter 9 als gemeinsames Filter für beide in Fig. 2 dargestell­ ten Rückführleitungen 8 vorgesehen ist. Durch diese Ausge­ staltung der Vorrichtung mit einem weiteren Filter kann die Ansaugleistung des Motors ausgenutzt werden, um das sich im Gas befindende Kupfer aus dem Abgasstrom herauszufiltern.

Auch Fig. 3 stellt eine Vorrichtung aus zwei Filtereinheiten 1 dar, deren Merkmale mit denen der Vorrichtungen in Fig. 1 und Fig. 2 gleich sind. Hier sind jedoch die von den Filter­ einheiten 1 ausgehenden Rückführleitungen 8 unmittelbar mit den Zuleitungen 5 der benachbarten Filtereinheit verbunden. Dadurch wird der zurückgeführte Gasstrom mit dem darin ent­ haltenen Kupfer auf die benachbarte, sich im Betrieb befin­ dende Filtereinheit gebracht. An der Stelle, an der die Rückführleitungen 8 in die Zuleitungen 5 für das Abgas mün­ den, kann eine in der Zeichnung nicht dargestellte Verengung der Zuführleitung vorgesehen sein. Der damit erzeugte Unter­ druck kann zum Überführen des zurückgeführten Gasstromes auf die benachbarte Filtereinheit ausgenutzt werden.

Die folgenden Beispiele zeigen bevorzugte Ausführungsbei­ spiele des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel 1

Auf eine aus 14 Filterkerzen bestehende Filtereinheit ent­ sprechend Fig. 1, deren Filtermittel aus Fasern bestehen und mit Kupferoxid imprägniert sind, wird durch den Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine Ruß abgeschieden. Wenn die Druckdifferenz zwischen dem Druck vor dem Filter und nach dem Filter einen Wert von 100 bis 200 mbar erreicht hat, wird die Filtereinheit vom Abgasstrom getrennt. Dann wird auf das Filtermittel eine Menge von 5 ml Acetylaceton pro 14 Kerzen, das entspricht einer Menge von 0,05 ml Acetylaceton pro ca. 100 cm² Filterkerzenoberfläche (ohne Berücksichti­ gung der Schichtdicke des Filtermittels), mit Hilfe von Druckluft zudosiert. Bei Temperaturen oberhalb von 250°C erfolgt die Zündung von selbst. Während des Abbrennvorganges des Rußes bleibt die vom Abgasstrom getrennte Filtereinheit weiter vom Luftstrom durchströmt. Während dieser Regenerier­ zeit von 3 bis 5 Minuten wird diese durch die Filtereinheit strömende Gasmenge entsprechend Fig. 1 durch eine Rückführ­ leitung auf die Motor-Saugseite geführt. Die in dieser Gas­ menge enthaltenen Mengen an eventuell ausgetragenem Kupfer­ acetylacetonat werden in den Brennräumen des Motors (Diesel­ brennkraftmaschine) in Kupferoxid umgewandelt und dieses wird mit dem Abgas auf dem Filtermittel einer anderen vom Abgas durchströmten Filtereinheit wieder abgeschieden. Das Verfahren kann vollautomatisch durchgeführt werden.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird mit einer aus 14 Filterkerzen bestehenden Filtereinheit entsprechend Fig. 2 wiederholt, deren aus Fa­ sern bestehende Filtermittel ebenfalls mit Kupferoxid vorim­ prägniert sind. Damit eventuell ausgetragenes Kupfer nicht in den Motor gelangen kann, ist in der Rückführleitung zwi­ schen Austrittsseite der Filtereinheit und Motor-Saugseite ein weiterer Filtereinsatz vorgesehen. Die Betriebstempera­ tur dieses Filtereinsatzes wird unter etwa 200°C gehalten. Dadurch liegt eventuell mit dem Gasstrom während der Rußver­ brennung mitgeführtes Kupferacetylacetonat in fester Form vor und wird auf dem Filter abgeschieden. Um bei dieser Ver­ fahrensweise das Kupfer auf dem Filtermittel der Filterein­ heit zur Rußabscheidung zu ersetzen, wird bei Erreichen der Druckdifferenz in der Filtereinheit gemäß Beispiel 1 eine Menge von 5 ml Acetylaceton pro 14 Kerzen (0,05 ml Acetyl­ aceton pro ca. 100 cm² Filterkerzenoberfläche), in dem Kup­ feracetylacetonat zur Kompensation der Kupferverluste gelöst ist, auf das Filtermittel dosiert.

Gemäß Beispiel 2 kann auch festes Kupferacetylacetonat zur Einleitung des Abbrennvorgangs des Rußes auf das Filtermit­ tel dosiert werden. Hierzu kann insbesondere Kupferacetyl­ acetonat mit einer Feinheit, bei der ca. 75% aller Teilchen kleiner als 80 µm sind, verwendet werden.

Beispiel 3

Auf einer Filtereinheit gemäß Beispiel 1 und 2 (14 Filter­ kerzen, mit Kupferoxid vorimprägniertes faseriges Filtermit­ tel) wird in einer Fig. 3 entsprechenden Vorrichtung durch den Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine Ruß abgeschieden. Bei Erreichen der Druckdifferenz zwischen Druck vor und nach dem Filter von 100 bis 200 mbar wird die Filtereinheit vom Abgasstrom getrennt und mit Hilfe von Druckluft eine Menge von 5 ml Acetylaceton pro 14 Kerzen (0,05 ml Acetylaceton pro ca. 100 cm² Filterkerzenoberfläche) auf das Filtermittel dosiert. Die Zündung der Rußverbrennung erfolgt oberhalb von 250°C selbsttätig. Der während der Abbrennzeit (3 bis 5 Minuten) weiter durch die Filtereinheit strömende Luft­ strom wird über eine Rückführleitung unmittelbar in die Ein­ gangsseite einer zweiten Filtereinheit geführt. Dadurch wird das mit dieser Gasmenge eventuell mitgeführte Kupfer auf das Filtermittel einer anderen sich im Betrieb befindenden Fil­ tereinheit gebracht und das Kupfer nicht emittiert.

Gemäß Beispiel 3 kann zusätzlich durch die Verwendung von im Acetylaceton gelöstem Kupferacetylacetonat ein Nachdosieren von Kupfer auf das Filtermittel erfolgen.

Beispiel 4

Auf eine aus 14 Filterkerzen bestehende Filtereinheit, die keine wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Rückführleitun­ gen aufweist und deren Filtermittel nicht vorimprägniert sind, wird durch den Betrieb einer Dieselbrennkraftmaschine Ruß abgeschieden. Sobald die Druckdifferenz des Druckes vor und nach dem Filter einen Wert zwischen 100 und 200 mbar aufweist, wird die Filtereinheit vom Abgasstrom abgetrennt. Dann wird mit Hilfe von Druckluft eine Menge von 4 g Eisen­ acetylacetonat pro 14 Kerzen, entsprechend 40 mg Eisenace­ tylacetonat pro ca. 100 cm² Filterkerzenoberfläche (Schicht­ dicke des Filtermittels nicht berücksichtigt), auf das Fil­ termittel aufgebracht. Dabei weist das zudosierte Eisenace­ tylacetonat eine Feinheit auf, bei der ca. 75% der Teilchen kleiner als 80 µm sind. Die Zündung erfolgt bei Temperaturen oberhalb 250°C von selbst. Beispiel 4 kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß das Eisenacetylacetonat in Acetylaceton gelöst zudosiert wird.

Nach einer Abbrennzeit von 3 bis 5 Minuten wird die Druck­ luft abgestellt und die vom Ruß befreite Filtereinheit wie­ der vom Abgas durchströmt und bei einer Vorrichtung, die aus 2 Filtereinheiten zu je 14 Filterkerzen besteht, sind jetzt wieder beide Filtereinheiten in Betrieb. Sobald in einer dieser beiden Filtereinheiten der zur Einleitung des Ruß-Ab­ brennvorganges nötige Wert der Druckdifferenz des Druckes vor und nach dem Filter erreicht wird, findet in dieser Fil­ tereinheit wieder ein Regeneriervorgang statt, während die jeweils andere Filtereinheit weiter vom Abgas durchströmt bleibt.

Claims (25)

1. Verfahren zum diskontinuierlichen Abbrennen von auf einem hitzebeständigen Abgasfilter einer Brennkraft­ maschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, abgeschiedenem Ruß in Gegenwart mindestens eines Me­ talls, dadurch gekennzeichnet, daß ein zur Komplexbil­ dung mit dem Metall fähiger organischer Komplexbildner, der eine Enolstruktur durch Einstellen eines tautomeren Keto-Enol-Gleichgewichts aus einem β-Diketon auszubilden vermag und/oder eine metallorganische Komplexverbindung des Metalls mit dem organischen Komplexbildner verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall ein Übergangsmetall verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Metall Eisen oder insbesondere Kupfer ver­ wendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine metallorganische Kom­ plexverbindung eingesetzt wird, die den organischen Komplexbildner als Anion und das Metall als Kation ent­ hält.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein organischer Komplexbild­ ner verwendet wird, der mit dem Metall eine flüchtige metallorganische Komplexverbindung zu bilden vermag.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als organischer Komplexbild­ ner Acetylaceton verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als metallorganische Komplex­ verbindung Kupferacetylacetonat verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß sich mindestens ein Anteil des Metalls, vorzugsweise in oxidischer Form, bereits auf dem Abgasfilter befindet und zur Einleitung des Abbrennvorgangs organischer Komplexbildner und/oder die metallorganischen Komplexverbindung zugegeben wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die metallorganische Komplex­ verbindung und/oder der organische Komplexbildner in einem Lösungsmittel, insbesondere einem organischen Lösungsmittel, zur Einleitung des Abbrennvorgangs zuge­ geben wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß ein flüssiger organischer Komplexbildner verwendet wird und vorzugsweise die me­ tallorganische Komplexverbindung im organischen Kom­ plexbildner gelöst zur Einleitung des Abbrennvorgangs zugegeben wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die metallorganische Kom­ plexverbindung als Pulver vorliegt und in Pulverform feinverteilt zur Einleitung des Abbrennvorgangs zuge­ geben wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Filterfläche unterteilt ist und das Abbrennen des Rußes nur auf einem Teil der insgesamt zur Verfügung stehenden Filterfläche durchge­ führt wird und daß dieser Teil während des Einleitens des Abbrennvorganges und vorzugsweise zumindest zu Be­ ginn des Abbrennens nicht vom Abgas durchströmt wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abbrennvorgang ab einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen dem Druck vor und nach dem Filter und bei einer zur Verbrennung ausreichenden Temperatur eingeleitet und hierzu der organische Komplexbildner und/oder die metallorganische Komplexverbindung feinverteilt auf den einen Teil der Filterfläche aufgebracht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die abzubrennende Filterfläche vor dem Einleiten des Abbrennvorganges vom Abgasstrom getrennt wird und nach mindestens teilweise durchgeführter Ver­ brennung des Rußes, insbesondere nach einer vorgegebe­ nen Zeit, das Abgas wieder durch den abgetrennten Teil des Filtermittels geleitet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Komplexbildner und/ oder die metallorganische Komplexverbindung zur Einlei­ tung eines Abbrennvorganges innerhalb kurzer Zeitdauer, vorzugsweise innerhalb von 2 bis 3 Sekunden, zugegeben wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer vorbestimmten Zeitdauer, vorzugsweise nach 3 bis 5 Minuten, der Teil der Filter­ fläche, auf dem der Ruß zur Verbrennung gebracht wird, wieder vom Abgas durchströmt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Filterfläche, auf dem der Ruß zur Verbrennung gebracht wird, vorzugsweise vor und nach dem Zudosieren des organischen Komplexbildners und/oder der metallorganischen Komplexverbindung mit Luft, insbesondere Druckluft, gespült wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft, insbesondere die Druckluft, erwärmt zugegeben wird.

19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine weitere chemische Sub­ stanz zum Absenken der Zündtemperatur zugefügt wird.

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach minde­ stens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Zuleitung (5) für das vom Motor kommende Abgas, mit einem hitzebeständigen Abgasfilter und mit einer Ableitung (6) für das aus einer Filtereinheit austretende Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter mindestens zwei mindestens zeitweise getrennt betreibbare und getrennt regenerierbare Filtereinheiten (1) aufweist, die vom Abgasstrom abschaltbar ausgebildet sind und daß jede Filtereinheit mit einer Zuleitung (3) für Druckluft versehen ist, die mit einer Einrichtung zur Dosierung (4) des Additivs aus Komplexbildner und/oder metallorganischer Komplexverbindung verbunden ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinheiten (1) jeweils eine Rückführlei­ tung (8) zur Rückführung von Verbrennungsabgasen des zu verbrennenden Rußes aufweisen, die mindestens zu einer jeweils anderen Filtereinheit (1) führen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (8) mit der Motor-Saugseite des Motors verbunden ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Ausgangsseite der Filtereinheit (1) und der Motor-Saugseite mindestens ein weiteres Filter (9) zur Abscheidung von Feststoffen angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (8) von einer Filtereinheit (1) unmittelbar in die Eingangsseite einer anderen Filter­ einheit (1) führt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsseite in die andere Filtereinheit (1) an einer Stelle vorgesehen ist, bei der im Betrieb ein relativer Unterdruck herrscht.