DE3874263T2

DE3874263T2 - Vorrichtung und verfahren zur abgasbehandlung von dieselmotoren.

Info

Publication number: DE3874263T2
Application number: DE8888115734T
Authority: DE
Inventors: Yoshimasa Arai; Satoshi Enamito; Noriyuki Oda
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1987-09-25
Filing date: 1988-09-23
Publication date: 1993-02-11
Anticipated expiration: 2008-09-24
Also published as: EP0308972A3; JPH0549805B2; EP0308972B1; EP0308972A2; JPH01159408A; DE3874263D1; US4875335A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln des Abgases eines Dieselmotors, wie er in verschiedenen Fahrzeugen, wie Pkws, Lastwagen, Bussen, Schienenfahrzeugen und dergleichen, wie auch in Industriemaschinen, Schiffen usw. verwandt wird. Spezieller betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verwenden einer Filtereinheit um Teilchen, die Kohlenstoff als Hauptkomponente im Abgas enthalten, durch z. B. Abscheiden und Entfernen zu behandeln.
Das vom Dieselmotor ausgestoßene Abgas enthält eine ziemlich große Menge an Teilchen einschließlich Kohlenstoffteilchen als Hauptkomponente, die zu Luftverunreinigung führen würden. Verschiedene Verfahren zum Abscheiden und Entfernen solcher Teilchen im Abgas von Dieselmotoren unter Verwendung einer Filtereinheit wurden vorgeschlagen.
EP-A-0 220 588 offenbart eine Vorrichtung, die die im Oberbegriff von Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, in der Kohlenstoffteilchen, die sich in einem Filtersystem nach einem Rückwaschvorgang abgeschieden haben, mit teilchenförmigem oder festem Brennstoff vermischt werden und die Mischung durch Zuführen von Sekundärenergie gezündet wird.
EP-A-0 194 131 offenbart ein ähnliches System, bei dem die rückgewaschene feste teilchenförmige Substanz durch die Rückwaschflüssigkeit zum Einlaß des Dieselmotors mitgenommen und transportiert wird, so daß die Substanz im Motor verbrannt werden kann.
JP-A-129020/1981 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Filtereinheit 10 aus Keramik, wie sie in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist, dazu verwendet wird, Teilchen im Abgas einzufangen und zu entfernen.
Die Filtereinheit 10 weist einen Grundaufbau auf, bei dem die Innenseite durch poröse keramische Zellwände 11 mit Filterfunktion unterteilt ist (ein Gas kann hindurchströmen, jedoch kann verhindert werden, daß die meisten festen Teilchen, insbesondere im wesentlichen alle festen Teilchen, hindurchströmen können), die eine Wabenstruktur mit mehreren Zellen 12 und 13 bilden, die nebeneinander liegen und durch Zellwände 11 voneinander getrennt werden. Die Zellen 12 und 13 erstrecken sich parallel zur Längsrichtung.
Ein Ende der Zellen 13, und zwar dasjenige zu einer Endfläche der Filtereinheit 10 hin, ist mit Verschlußmitteln 14 verschlossen, während das Ende, das zur anderen Endfäche 17 hin zeigt, geöffnet ist. Bei den Zellen 12 ist das Ende zur Seite der einen Endfläche 16 der Filtereinheit 10 hin offen, während das Ende zur Seite der anderen Endfläche 17 mit Verschlußmitteln 15 verschlossen ist. Wie es aus den schraffierten Linien, die das geschlossene Ende einer jeden Zelle in Figur 4 darstellen, erkennbar ist, sind Zellen 12 und 13 abwechselnd so angeordnet, daß ein Schachbrettmuster gebildet wird.
Wenn das Abgas vom Dieselmotor durch die eine Endfläche 16 der Filtereinheit 10 hindurchgeführt wird, tritt das Abgas von den Zellen 12 durch die Zellwände 11 in die Zellen 13 ein und wird an der anderen Endfläche 17 ausgegeben. Da Teilchen im Abgas nicht durch die Zellwände 11 hindurchtreten können, sondern an den Oberflächen der Zellwände 11 auf der Seite der Zellen 12 anhaften und dort abgeschieden werden, tritt gereinigtes Abgas aus den Zellen 13 aus, aus dem die Teilchen entfernt sind.
Ein Fortführen des Filtervorgangs führt dazu, daß der Filtrierwiderstand aufgrund des Ansammelns der Teilchen oder einer Verstopfung durch die Teilchen in den Zellwänden 11 zunimmt, was weiteren Filtrierbetrieb erschwert. Um eine solche Situation zu vermeiden, werden angesammelte Teilchen, die in erster Linie aus Kohlenstoffteilchen bestehen, in geeigneten Zeitintervallen abgebrannt, um sie dadurch von den Oberflächen der Zellwände zu entfernen, wodurch die Filterfunktion der Filtereinheit 10 aufgefrischt wird. Zum Beispiel sind elektrische Heizer neben den Endflächen 16 und 17 der Filtereinheit angeordnet, welche Heizer aktiviert werden, um die Teilchen abzubrennen, die sich nach den Heizern angesammelt haben. Das Abbrennen der Teilchenschicht, die an einem Ort nahe den Endflächen 16 und 17 beginnt, breitet sich bis in den mittleren Bereich der Filtereinheit aus. Schließlich sind die Teilchen auf der gesamten Oberfläche der Filtereinheit 10 verbrannt, wodurch sie von dort entfernt sind.
Übrigens verursacht das Abbrennen der Teilchen bei dieser herkömmlichen Technik ein Aufheizen der Filtereinheit 10 auf im allgemeinen 600 - 1.000º C oder auch manchmal auf eine noch höhere Temperatur über 1.000º C. Dies ist der Grund dafür, weswegen die Filtereinheit 10 aus Keramik gebildet sein muß, damit sie derart hohen Temperaturen widerstehen kann.
Darüberhinaus wird beim Abbrennen der Teilchen für deren Entfernung die Filtereinheit wiederholt auf diese hohe Temperatur aufgeheizt, wodurch sie weiter sintert. Im Ergebnis verändert sich die Porengröße und die Porenverteilung gegenüber den Werten bei der ursprünglichen Filtereinheit, wodurch sich der Abscheidwirkungsgrad und der Druckverlust im Verlauf der Zeit ändern, was das Beibehalten stabiler Filtrierfunktion erschwert. In den meisten Fällen verschlechtert sich die Filterwirkung mit zunehmender Alterung. Insbesondere trat häufig der Fall auf, daß die Zellwände 11 bei den hohen Temperaturen zum Zeitpunkt des Verbrennens der Teilchen zu deren Entfernung schmelzen, wodurch sie dann im wesentlichen nicht mehr dazu in der Lage sind, Teilchen abzuscheiden.
Darüberhinaus enthält das Abgas vom Dieselmotor nicht nur Kohlenstoffteilchen, sondern auch einen nicht vernachlässigbaren Anteil nicht verbrennbarer fester Teilchen (z.B. 1 - 5 Gewichtsprozent der Gesamtmenge an Teilchen) ; auch diese nicht verbrennbaren festen Teilchen werden von der Filtereinheit abgeschieden. SOx oder NOx im Abgas reagiert außerdem mit Materialien, die den Abgaskanal oder die Filtereinheit bilden, wodurch nicht verbrennbare feste Komponenten gebildet werden, die sich an den Zellwänden der Filtereinheit abscheiden. Diese nicht verbrennbaren festen Komponenten sammeln sich an, ohne daß sie durch Abbrennen entfernt werden können, was die Eigenschaften der Filtereinheit verschlechtert.
Die japanische Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 268813/1986 offenbart ein Verfahren, gemäß dem durch eine solche Filtereinheit abgeschiedene Kohlenstoffteilchen durch einen pulsförmigen Luftfluß abgelöst werden, der intermittierend in Richtung gegenläufig zum Fluß des Abgases geschickt wird; die abgelösten Teilchen werden zum Fluß des Einlaßgases des Dieselmotors geleitet, um in den Einlaß des Motors geführt zu werden, wo die Teilchen verbrannt werden.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Einlaßgas mit den festen Teilchen dem Motor zugeführt wird, welches Gas als durch den Luftfilter gereinigte Luft angesaugt werden sollte, was die Abnutzung von Maschinenteilen beschleunigt. Darüberhinaus werden nicht nur die Kohlenstoffteilchen, sondern auch die nicht verbrennbaren festen Komponenten in den Motor eingespeist, und die nicht verbrennbaren festen Kompnenten sammeln sich im Motorsystem an, ohne daß sie durch Abbrennen entfernt werden, was verschiedene Arten von Schwierigkeiten erzeugt, die die Maschine beschädigen und ihre Lebensdauer verkürzen können. Darüberhinaus bestehen andere Schwierigkeiten, weil es erforderlich ist, ein langes Bypassrohr anzubringen, das die Filtereinheit mit dem normalen Abgaseinlaßkanal verbindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend genannten Nachteile der herkömmlichen Vorrichtung und des Verfahrens auszuschließen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, bei denen eine Filtereinheit, die einen weiten Bereich für die Materialauswahl erlaubt, verwendet wird, um Teilchen im Abgas eines Dieselmotors abzuscheiden und zu entfernen.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden oder Entfernen von Teilchen anzugeben, die sich in einer Filtereinheit angesammelt haben, ohne daß die Filtereinheit auf hohe Temperatur erhitzt wird und ohne daß die Teilchen in den Motorrückgeführt werden.
Eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung oder ein Verfahren anzugeben, bei dem nicht nur verbrennbare Teilchen, sondern auch nicht verbrennbare Teilchen abgeschieden oder entfernt werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden oder Entfernen von Teilchen anzugeben, die stabile Filtereigenschaften über lange Zeit sicherstellen.
Weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor.
Gemäß der Erfindung wird eine Abgasbehandlungsvorrichtung für einen Dieselmotor angegeben, umfassend eine Filtereinheit im Abgaskanal für den Dieselmotor, wobei die Filtereinheit eine Wabenstruktur aufweist, bei der eine Vielzahl von Zellen durch Zellwände geteilt ist, welche Zellwände eine Filtrierfunktion haben und sich in die gleiche Richtung erstrecken, wobei vorbestimmte Zellen an einem Ende verschlossen sind und die restlichen Zellen am anderen Ende verschlossen sind; wobei die Verbesserung folgendes aufweist: Eine Einrichtung zur Erzeugung einer Rückwasch-Gasströmung, mit der in geeigneten Intervallen eine Gasströmung erzeugt wird, derart, daß sie durch die Zellwände in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Strömungen des Abgases hindurchtritt; und eine Sammeleinheit für teilchenförmiges Material, welche im Abgaskanal an einer Position stromaufwärts bezüglich der Filtereinheit vorgesehen ist.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Behandlung des Abgases aus einem Dieselmotor angegeben, umfassend die Verwendung einer Filtereinheit mit einer Wabenstruktur, wobei eine Vielzahl von Zellen durch Zellwände voneinander geteilt sind, welche eine Filtrierfunktion aufweisen und sich alle in die gleiche Richtung erstrecken, wobei vorbestimmte Zellen an einem Ende verschlossen sind und die restlichen Zellen am anderen Ende verschlossen sind, wobei das Abgas von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche der Zellwände hindurchgeführt wird; wobei die Verbesserung folgendes aufweist: Zwingen eines Rückwaschgas-Stroms in zweckentsprechenden Intervallen durch die Zellwände in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Strömung des Abgases und Abscheiden von Teilchen im Abgas in einer Sammeleinheit für die Teilchen, die im Abgaskanal an einer position stromaufwärts bezüglich der Filtereinheit vorgesehen ist.
Darüberhinaus wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Behandeln des Abgases von einem Dieselmotor angegeben, das folgende Schritte aufweist: Verwenden mehrerer Filtereinheiten mit Wabenstruktur, wobei eine Vielzahl von Zellen durch Zellwände geteilt sind, welche eine Filtrierfunktion aufweisen und sich alle in die gleiche Richtung erstrecken, wobei vorbestimmte Zellen an einem Ende verschlossen sind und die restlichen Zellen am anderen Ende verschlossen sind und Hindurchführen des Abgases von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche der Zellwände; wobei die Verbesserung folgende Schritte aufweist:
- Zwingen eines Rückwaschgasstroms dazu, durch die Zellwände in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Abgasströmung in mindestens einer der Filtereinheiten in zweckentsprechenden Intervallen hindurchzutreten;
- Beibehalten der Strömung des Abgases von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche der Zellwände in mindestens einer der restlichen Filtereinheiten, während der Rückwaschgasstrom dazu gezwungen wird, durch die Zellwände in der Richtung umgekehrt zur Abgasströmung in mindestens einer der Filtereinheiten zu fließen; und
- Abscheiden von Teilchen im Abgas in einer Sammeleinheit für die Teilchen, die in einem Abgaskanal an einer Position stromaufwärts bezüglich der Filtereinheit angeordnet ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Sammeleinheit neben der Filtereinheit angebracht, was es erlaubt, daß Teilchen mit besserer Wirkung gesammelt werden können als dann, wenn die Sammeleinheit in der Nähe des Motors angebracht ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Sammeleinheit unterhalb der Filtereinheit angeordnet, was es erlaubt, daß Teilchen wirkungsvoll in der Sammeleinheit gesammelt werden, da die meisten Teilchen, insbesondere die meisten Teilchenagglomerate aufgrund der Schwerkraft nach unten fallen.
Gemäß einem noch weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Abgaskanal an der Sammeleinheit größer ausgebildet als der Abgaskanal stromaufwärts bezüglich der Sammeleinheit, jeweils, was die Querschnittsfläche betrifft, so daß die Fließgeschwindigkeit des Abgases an der Sammeleinheit kleiner ist als die Fließgeschwindigkeit des Abgases im Abgaskanal oberhalb der Sammeleinheit. Dies erlaubt es zu verhindern, daß Teilchen, die sich in der Sammeleinheit angesammelt haben, vom Abgas durch den Strom desselben mitgenommen werden, so daß die Teilchen mit guter Wirkung in der Sammeleinheit gesammelt werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Sammeleinheit mit einer Filterplatte versehen.
Gemäß einem noch weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Sammeleinheit, insbesondere die Filterplatte mit einer Abbrenneinrichtung für die Teilchen versehen. Die abgeschiedenen Teilchen werden in der Sammeleinheit, insbesondere auf der Filterplatte durch die Abbrenneinrichtung verbrannt. Die Abbrenneinrichtung wird vorzugsweise durch mindestens entweder einen elektrischen Widerstandsheizer, einen Oxidationskatalysator oder einen Brenner mit Verbrennung von flüssigem Kraftstoff gebildet, wobei insbesondere der elektrische Widerstandsheizer am Bevorzugtesten ist.
Gemäß einem noch weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Düse zum Ausstoßen von Gas unter Druck als Erzeugungseinrichtung für die Rückwaschgasströmung im Abgaskanal an einer Position stromabwärts bezüglich der Filtereinheit angeordnet.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedesmal dann, wenn das Abgas vom Dieselmotor kontinuierlich von einer Oberfläche zur anderen der Zellwände in der Filtereinheit für eine Zeit geleitet wird, die nicht kürzer als 30 Sekunden und nicht länger als 30 Minuten ist, ein Rückwaschgasstrom für eine Zeit erzeugt, die nicht kürzer ist als 0,01 Sekunden und nicht länger als 5 Sekunden, um diesen zwangsweise durch die Zellwände in der Richtung entgegengesetzt zur Strömung des Abgases zu leiten.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Druckdifferenz zwischen dem Gasdurchlaß-Druckverlust in den Zellwänden direkt nach dem Durchströmen des Rückwaschgasstromes und dem Gasdurchlaß-Druckverlust in den Zellwänden direkt vor Beginn des Durchleitens des Rückwaschgasstroms so festgelegt, daß er 250 mmH&sub2;O oder niedriger ist.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden, wenn mehrere Filtereinheiten verwendet werden, die in den Filtereinheiten angesammelten Teilchen in einer einzigen Sammeleinheit abgeschieden, insbesondere auf einer einzigen Filterplatte.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden, wenn mehrere Filtereinheiten verwendet werden, die von den Filtereinheiten gesammelten Teilchen in mehreren Sammeleinheiten abgeschieden, die so angeordnet sind, daß sie jeweiligen Filtereinheiten entsprechen, insbesondere auf mehreren Filterplatten.
In den Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
Figur 1 ist ein Vertikalquerschnitt, der ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 2 ist ein vertikaler Querschnitt, der ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 3 ist ein Längsschnitt, der ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei die Ansicht in einer Ebene erfolgt, die einer Linie A-A in Figur 2 entspricht;
Figur 4 ist ein Diagramm, das eine Filtereinheit zeigt, wie sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Figur 5 ist ein Vertikalquerschnitt, der die Filtereinheit von Figur 4 zeigt, wobei ein Teil weggebrochen ist, um die wesentlichen Teile bloßzulegen;
Figur 6 ist ein vertikaler Querschnitt, der ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 7 ist ein Querschnitt entlang einer Linie B-B in Figur 6; und
Figur 8 ist ein Vertikalquerschnitt entlang einer Linie C-C in Figur 6.
Nun wird die vorliegende Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Fließrichtung des Gases, das durch die Zellwände beim Rückwaschbetrieb erfolgt, entgegengesetzt zur Strömungsrichtung des Gases bei Teilchensammelbetrieb. In der folgenden Beschreibung werden die Begriffe "stromaufwärts" und "stromabwärts" auf Grundlage der Strömungsrichtung des Gases beim Teilchensammelbetrieb verwendet, wenn nicht speziell anders angegeben.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln des Abgases von einem Dieselmotor.
Eine Filtereinheit 10 zylindrischer Form ist in einem Gehäuse 31 mit Öffnungen in einem oberen und einem unteren Teil unter Zwischenfügung von Abdichtteilen 32 angeordnet. Die Filtereinheit 10 ist im wesentlichen dieselbe wie die in den Figuren 4 und 5 dargestellte Filtereinheit. Die Filtereinheit kann quadratisch, rechtwinklig, kreisförmig, oval oder mit anderen Querschnittsformen ausgebildet sein, je nach Erfordernis. Zellen 12 und 13 erstrecken sich in vertikaler Richtung. Verschlußteile 14 und 15 sind an der Unterseite bzw. der Oberseite der Filtereinheit 10 angeordnet. Obwohl in Figur 1 der Klarheit halber nur eine geringe Anzahl von Zellwänden 11 dargestellt ist, ist in der Praxis eine große Anzahl von Zellwänden geringer Dicke und kleinen Abständen vorhanden. Eine äußere Wand 18, die den Umfang der Filtereinheit 10 bildet, ist dicker ausgebildet als die Zellwände 11, um zu verhindern, daß das Filter 10 beschädigt wird. Zusätzlich kann die Außenwand gasundurchlässig ausgebildet sein, um zu verhindern, daß Teilchen an der Innenfläche der Außenwand abgeschieden werden.
Direkt unterhalb des Gehäuses 31 ist eine Sammeleinheit 41 für Teilchen angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 31 und der Sammeleinheit 41 ist eine Einlaßleitung 37 -für Abgas von einem Dieselmotor geöffnet, die von der Seite her kommt.
wie aus Figur 1 erkennbar, ist die Sammeleinheit 41 in der Nähe der Filtereinheit 10 angeordnet. Die Filtereinheit 10 ist so angeordnet, daß die Entfernung von der stromaufwärtigen Endfläche 16 der Filtereinheit 10 zur Sammeleinheit 41 50 cm oder weniger ist, vorzugsweise 30 cm oder weniger. Wie ebenfalls aus Figur 1 erkennbar, ist der Abgaskanal um die Sammeleinheit 41 im Vergleich zur Einlaßeinleitung 37 vergrößert, um die Fließgeschwindigkeit des um die Sammeleinheit 41 strömenden Abgases kleiner einzustellen als die Fließgeschwindigkeit des Abgases, das durch die Einlaßleitung 37 strömt.
Die Sammeleinheit 41 ist so ausgebildet, daß sie hohlzylindrische Form aufweist und über einen Bodenabschnitt verfügt, der mit einer Verschlußplatte 42 versehen ist, um ihn zu öffnen und zu schließen. Die Sammeleinheit weist eine Filterplatte 43 mit einem elektrischen Widerstandsheizer 46 auf derselben auf, mit solcher Anordnung, daß sie leicht geneigt ist und nahe oberhalb der Abschlußplatte 42 liegt. Die Sammeleinheit ist auch mit einer Aschebestandteil-Entfernungsöffnung 44 mit einem Deckel 47 versehen, der geöffnet werden kann, jedoch normalerweise geschlossen ist. Die Aschebestandteil-Entfernungsöffnung 44 ist direkt oberhalb der Filterplatte 43 seitlich derselben geöffnet.
Der obere Abschnitt des Gehäuses 31 ist mit einer Abgasauslaßleitung 38 verbunden. An einer Position direkt oberhalb des Gehäuses 31 weist die Auslaßleitung 38 eine Düse 40 zum Einblasen von Gas unter Druck auf, wobei die Öffnung der Düse zur Auslaßendfläche 17 der Filtereinheit 10 zeigt.
Die Zellwände 11 der Filtereinheit 10 könnten aus Sintermetall oder anorganischen Fasern bestehen und sind vorzugsweise aus Keramik hergestellt. Die Zellwände könnten auch aus einem aus organischen Fasern erzeugten geformten Erzeugnis hergestellt werden, für das Filterpapier und Filterstoff repräsentativ sind, oder aus einem geformten Erzeugnis, das dadurch hergestellt wird, daß die organische Faser mit geeignetem anorganischem Pulver, einem Binder oder anderen Stoffen vermischt wird, abhängig von der Temperatur des Abgases.
Die Filterplatte 43 besteht aus einem Material mit Filterfähigkeit. Obwohl die Filterplatte 43 aus Sintermetall hergestellt sein könnte, wird sie vorzugsweise aus Keramik oder anorganischen Fasern hergestellt, da sie wiederholt aufgeheizt wird. Wenn die Filterplatte aus Keramik besteht, wird vorzugsweise ein Keramikmaterial mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von 5 x 10&supmin;&sup6;/ºC oder darunter verwendet, wie Mullit, Schamotte, Kordierit, usw. Die Filterfläche der Filterplatte 43 muß nicht groß sein, vorzugsweise ist sie im allgemeinen klein.
Der Betrieb der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird nun beschrieben. Das Abgas vom Dieselmotor wird zur stromaufwärtigen Endfläche 16 der Filtereinheit 10 über die Einlaßleitung 37 geführt, wobei die Verschlußplatte 42 und der Deckel 47 der Sammeleinheit geschlossen sind. Das Abgas, das in die Zellen 12 eingetreten ist, geht durch die Zellwände 11 hindurch, wo Teilchen im Abgas zum größten Teil oder fast ganz abgetrennt werden; das von Teilchen fast ganz befreite Abgas strömt durch die Zellen 13 zur Auslaßleitung 38. Die Teilchen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehen, haften an den Oberflächen auf der Seite der Zellen 12 der Zellwände 11 an und scheiden sich dort ab. Einige Teile der Teilchen backen beim Anhaften und Abscheiden zusammen und fallen in manchen Fällen aufgrund ihres Gewichtes auf die Filterplatte 43.
Nachdem der vorstehend genannte Teilchensammelbetrieb eine zweckentsprechende Zeit lang ausgeführt wurde, wird kurzzeitiger Rückwaschbetrieb ausgeführt. Beim Rückwaschbetrieb wird Gas unter Druck, insbesondere Luftunterdruck, von einer Düse 40 für eine kurze Zeitspanne, wie z.B. 0,1 - 1 Sec., ausgeblasen. Das ausgeblasene Gas führt dazu, daß Gas um die Düse 40 einen pulsförmigen Gasstrom erzeugt, dessen Menge die ursprüngliche Menge an ausgeblasenem Gas erheblich übersteigt. Der pulsförmige Gasstrom tritt von der Endfläche 17 in die Zellen 13 der Filtereinheit 10 ein, geht durch die Zellwände 11 hindurch und tritt in die Zellen 12 ein. Dabei werden die Teilchen, die sich an den Zellwänden 11 angesammelt haben, abgelöst. Obwohl ein Teil der Teilchen in die Einlaßleitung 37 zurückströmt, fallen die meisten Teilchen in die Sammeleinheit 41 und scheiden sich auf der Filterplatte 43 ab, da die meisten Teilchen agglomeriert sind. Die Teilchen, die in die Einlaßleitung 37 geströmt sind, werden in der Filtereinheit 10 erneut gesammelt, wenn nach dem Rückwaschbetrieb Teilchensammelbetrieb ausgeführt wird. Auf diese Weise scheiden sich im wesentlichen alle Teilchen auf der Filterplatte 43 ab, während der Teilchensammelbetrieb und der Rückwaschbetrieb wiederholt ausgeführt werden.
Es ist von guter Wirkung, wenn beim Rückwaschbetrieb die Abschlußplatte 42 offen ist. Dies erlaubt es, daß ein deutlicher Anteil des Gasstroms durch die Filterplatte 43 hindurchtreten kann, was dazu führt, daß die meisten abgelösten Teile vom Gasstrom mitgenommen werden, um dadurch auf der Filterplatte 43 abgeschieden zu werden.
Auf diese Weise werden die Teilchen, die sich während des Teilchensammelbetriebs an den Zellwänden 11 abgeschieden haben, beim Rückwaschbetrieb auf die Filterplatte 43 bewegt, wodurch die Filtrierfunktion der Filtereinheit 10 aufgefrischt wird. Die Teilchen auf der Filterplatte 43 werden durch den Heizer 46 erhitzt, um abgebrannt zu werden.
Das Erhitzen durch den Heizer 46 kann kontinuierlich während des Teilchensammelbetriebs und des Rückwaschbetriebs erfolgen, oder es kann nur dann ausgeführt werden, wenn mehr Teilchen, als es einer vorgegebenen Menge entspricht, sich auf der Filterplatte 43 abgeschieden haben. Im letzteren Fall kann das Aufheizen nur beim Einschalten der Zündung oder auch während der Verbrennungsvorgänge erfolgen.
Bei relativ langanhaltender Benutzung der Vorrichtung kommt es zu einem Ansammeln nicht verbrennbarer Teilchen und Asche in der Sammeleinheit 41, besonders auf der Filterplatte 43. In diesem Fall wird der Deckel 47 geöffnet, um die Teilchen und die Asche aufgrund der Schwerkraft herausfallen zu lassen. Alternativ können sie zwangsweise durch geeignete Abkratzmittel entfernt werden.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die Filtereinheit 10 so angeordnet, daß sich die Zellen 12 und l3 in horizontaler Richtung erstrecken. Falls erforderlich, kann die Filtereinheit an der Seite der Auslaßleitung 43 angehoben sein, um insgesamt geneigt zu sein.
Die Auslaßleitung 38 ist mit einem verengten Abschnitt 39 mit einem Teil mit verringertem Durchmesser versehen und die Abschnitte der Leitung, die sich an das stromaufwärtige und das stromabwärtige Ende des verengten Abschnittes anschließen, sind allmählich aufgeweitet. Die Düse 40 ist nahe am stromabwärtigen Ende des verengten Abschnittes 39 angebracht. Die Sammeleinheit 41 ist stromaufwärts bezüglich der Filtereinheit 10 angeordnet, so daß sie unterhalb der Filtereinheit 10 und nahe bei dieser positioniert ist. Die Sammeleinheit 41 ist nicht mit einer Filterplatte 43 und einer Verschlußplatte 42 versehen. Sie weist eine durch einen Trog 50 gebildete Bodenfläche auf, der an seiner Innenseite mit einem Heizer 46 versehen ist. Wenn der Trog 50 oder zumindest die Innenseite des Trogs aus isolierendem Material wie Keramik besteht, schreiten der Zündvorgang und das Abbrennen der Teilchen schnell vorwärts.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel spielt sich der Ausblaseffekt in vollem Umfang um den verengten Abschnitt 39 während des Rückwaschbetriebs ab, um einen Rückwaschgasstrom zu erzeugen, dessen Menge mehrfach größer ist als die Ursprungsmenge des von der Düse 40 ausgeblasenen Gases. Der erzeugte Rückwaschgasfluß strömt in die Zellen 13. Die meisten Teilchen werden durch den Rückwaschgasfluß abgelöst, treten aus der Filtereinheit 10 aus und fallen dann zur Abscheidung in den Trog 50. Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel scheiden sich im wesentlichen alle Teilchen auf dem Trog 50 ab, während der Teilchensammelbetrieb und der Rückwaschbetrieb wiederholt werden. Die abgeschiedenen Teilchen werden mit dem Heizer 46 erhitzt, um abgebrannt zu werden.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim dritten Ausführungsbeispiel ist die Filtereinheit 10 in zwei Zonen 10a und 10b entlang einer Längsebene unterteilt, die durch die Achse der Filtereinheit geht. Die zwei Zonen sind mit Einlaßleitungen 37a bzw. 37b, Sammeleinheiten 41a bzw. 41b, Heizern 46a bzw. 46b, Auslaßleitungen 38a bzw. 38b und Düsen 40a bzw. 40b versehen. In der Einlaßleitung 37 und der Auslaßleitung 38 sind Unterteilungsplatten 51 bzw. 52 angeordnet. Der andere Aufbau des dritten Ausführungsbeispiels stimmt mit dem des zweiten Ausführungsbeispiels überein.
Beim dritten Ausführungsbeispiel wird der Teilchensammelbetrieb gleichzeitig in den Zonen 10a und 10b der Filtereinheit 10 ausgeführt. Während des Rückwaschbetriebs blasen die Düse 40a und die Düse 40b abwechselnd Gas unter Druck aus, um die Zonen in der Filtereinheit 10 abwechselnd aufzufrischen.
Beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist es erforderlich, daß die für den Rückwaschbetrieb erforderliche Zeit kurz ist, da der Fluß des Abgases vom Motor unterbrochen wird, während der Rückwaschbetrieb ausgeführt wird. Darüberhinaus kann; selbst wenn die Zeit kurz ist, der Rückdruck auf den Motor zunehmen, was die Leistungsfähigkeit des Motors negativ beeinflußt. Demgegenüber ist beim dritten Ausführungsbeispiel eine der Zonen in der Filtereinheit 10 im Teilchensammelbetrieb, während die andere Zone im Rückwaschbetrieb ist. Infolgedessen kann die für den Rückwaschbetrieb erforderliche Zeit im Vergleich zum Fall beim zweiten Ausführungsbeispiel verlängert werden, wodurch ein ungünstiger Effekt auf den Wirkungsgrad der Maschine im wesentlichen vernachlässigbar gehalten werden kann. Die verlängerte Rückwaschzeit führt zu solchen Vorteilen, daß der Gasdruck für den Rückwaschbetrieb verringert werden kann, ein anderes Gasflußerzeugungssystem für den Rückwaschbetrieb als die Ausblasdüse verwendet werden kann und die Filtereinheit 10 wirkungsvoll aufgefrischt werden kann. Die vorstehend genannten Vorteile sind auch erzielbar, wenn jede von zwei oder mehr Filtereinheiten in einem zugehörigen Gehäuse untergebracht ist.
Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim vierten Ausführungsbeispiel ist die Filtereinheit 10 so angeordnet, daß sich die Zellen 12 und 13 in vertikaler Richtung erstrecken, wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Zusätzlich ist die Filtereinheit in zwei Zonen 10a und 10b unterteilt, die wie beim dritten Ausführungsbeispiel zu verwenden sind. Ähnliche oder entsprechende Teile sind durch dieselben Bezugszeichen wie beim ersten bis dritten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet und aus Gründen der Übersichtlichkeit werden diese Teile nicht mehr erläutert.
Beim vierten Ausführungsbeispiel sind die Unterteilungsplatten 52 und 51 vertikal so angeordnet, daß sie an die obere Endfläche 17 bzw. die untere Endfläche 16 der Filtereinheit 10 grenzen, die zylindrische Form aufweisen. Die Filterplatte 43 ist kreisförmig und horizontal in der Sammeleinheit 41 an einer Position angeordnet, die geringfügig unter dem unteren Ende der Unterteilungsplatte 51 liegt. Unter der Filterplatte 43 ist ein Ventil 60 statt der Verschlußplatte 42 beim ersten Ausführungsbeispiel angeordnet. An der Oberfläche der Filterplatte 43 ist ein Glühfadenheizer 46 in Meander- oder Spiralform angeordnet.
Abgas von der Einlaßleitung 37, die unterhalb der Filtereinheit seitlich derselben vorhanden ist, wird in die Filtereinheit geleitet, wobei sie durch die Unterteilungsplatte 51 in die Einlaßleitung 37a und die Einlaßleitung 37b verteilt wird. Die Unterteilungsplatte 52 unterteilt den Abschnitt des Abgaskanals stromabwärts bezüglich der Filtereinheit, der sich von der oberen Endfläche 17 der Filtereinheit bis stromabwärts bezüglich der Düsen 40a und 40b erstreckt, wie in Figur 7 dargestellt. Ein Bezugszeichen 61 bezeichnet einen Flansch, der am Gehäuse 31 oder an demjenigen Ende der Sammeleinheit 41 angebracht ist, das der Filtereinheit gegenübersteht. Das Ventil 60 wird geöffnet und geschlossen, wobei es mit dem Zeitpunkt des Ausblasens des Gases unter Druck von den Düsen 40a und 40b synchronisiert ist.

[Versuchsbeispiel]

Ein Dieselmotor für einen Lastwagen mit einem Hubraum von 6560 cm³ und einer Maximalleistung von 195 PS wurde bei 1.800 U/min und 126 Ps betrieben. Ein geeigneter Teil des Abgases vom Motor wurde abgezweigt, um in die Vorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel geleitet zu werden.
-Die Filtereinheit hatte einen Außendurchmesser von 144 mm, eine Höhe von 152 mm, eine Zellwanddicke von etwa 0,3 mm, eine Zelldichte von etwa 200 Zellen/Zoll² und eine Filterfläche von etwa 2.3 m²; sie bestand aus Kordierit mit einer mittleren Porengröße von etwa 15 um, was mit einem Quecksilberporosimeter gemessen wurde.
Die Filterplatte 43 hatte einen Außendurchmesser von 120 mm und eine Dicke von 15 mm und bestand aus Kordierit mit einer mittleren Porengröße von etwa 30 um, was mit einem Quecksilberporosimeter gemessen wurde.
Die Temperatur des in die Filtereinheit eingeleiteten Abgases betrug etwa 440ºC. Die Fließgeschwindigkeit des Abgases zum Zeitpunkt des Durchtritts durch die Zellwände 11 betrug etwa 4,5 cm/sec.
Die Zone 10a in der Filtereinheit wurde wiederholt einem Zyklus unterworfen, bei dem der Teilchensammelbetrieb für etwa 5 Minuten ausgeführt wurde und Luft unter Druck durch die zugehörige Düse 40a für etwa 0,1 Sec. ausgeblasen wurde, um den Rückwaschbetrieb auszuführen. Die Zone 10b in der Filtereinheit wurde wiederholt demselben Zyklus unterzogen- wie die Zone 10a, wobei ein Zeitverzug von 2,5 Minuten in Bezug auf den Zyklus in der Zone 10a eingehalten wurde. Das Ventil 60 wurde nur in der Zeitspanne zwischen etwa 2 Sec. vor und etwa 8 Sec. nach dem Einblasen der Luft unter Druck durch die Düse 40a und die Düse 40b geöffnet und wurde während der anderen Zeiten geschlossen.
Derartige wiederholte Zyklen wurden für eine Stunde ausgeführt, ohne den Heizer 46 mit Energie zu versorgen. Im Ergebnis stellte sich heraus, daß das aus der Einlaßleitung 37 zugeführte Abgasteilchen von etwa 0,18 g/Nm³ aufwies, wohingegen Abgas, das vom System durch die Auslaßleitung 38 ausgegeben wurde, Teilchen von 0,03 g/Nm³ oder noch weniger beinhaltete. Es stellte sich auch heraus, daß das Gewicht der auf der Filterplatte 43 angesammelten Teilchen etwa 95 % oder mehr des Gesamtgewichts der Teilchen im Abgas betrug, das aus der Einlaßleitung 37 während dieser Zeitspanne zugeführt wurde.
Darüberhinaus begannen dann, wenn der Heizer 46 so mit Energie versorgt wurde, daß er auf 600ºC erhitzt wurde, die Teilchen auf der Filterplatte 43 abzubrennen. Selbst wenn der Heizer 46 nicht mehr aktiviert wurde oder die dem Heizer zugeführte Energiemenge danach auf die Hälfte verringert wurde, setzte sich der Abbrennvorgang der Teilchen fort und breitete sich aus.
Der Gasdurchtritts-Druckverlust in den Zellwänden 11 nahm während etwa 5 Minuten jedes der Abschnitte des Teilchensammelbetriebs zu, wobei die Zunahme bis zu etwa 30 mmH&sub2;O betrug.
Derartige wiederholte Zyklen wurden über 200 Stunden fortgesetzt, wobei es keine Schwierigkeiten, wie ein Brechen der Zellwände 11 in der Filtereinheit, ein Brechen oder ein Verschmelzen der Filterplatte 43, usw., gab. Es stellte sich auch heraus, daß der Gasdurchtritts-Druckverlust in den Zellwänden 11 in den ersten zehn Stunden allmählich zunahm und danach im wesentlichen stabil wurde.
Die Außenwand 18 der erfindungsgemäßen Filtereinheit kann gasdurchlässig sein, jedoch ist sie vorzugsweise gasundurchlässig. Eine gasundurchlässige Außenwand kann verhindern, daß Abgas durch die Außenwand 18 nach außen tritt. Darüberhinaus ist es dann, wenn die Außenwand gasdurchlässig ist, unmöglich, Teilchen zu entfernen, die sich an der Innenfläche der Außenwand angesammelt haben, da die Außenwand nicht durch den Rückwaschbetrieb aufgefrischt werden kann. Wenn die Außenwand gasundurchlässig ist, kann eine solche Schwierigkeit vermieden werden.
Die Fläche der Filterplatte 43 oder des Troges 50 beträgt etwa 20 % oder weniger, vorzugsweise 10 % oder weniger, der Filterfläche der Filtereinheit. Der Grund ist der folgende:
Beim Stand der Technik werden die in der Nähe der Endfläche der Filtereinheit angesammelten Teilchen durch dem Heizer auf der Endfläche der Filtereinheit erhitzt, um einen Abbrennvorgang zu starten, das Abbrennen der Teilchen breitet sich allmählich aus und schließlich sind die in der gesamten Filtereinheit angesammelten Teilchen, wie auch die Teilchen in der Nähe der Endfläche der Filtereinheit abgebrannt. Um es zu ermöglichen, daß sich das Abbrennen ausbreitet, ist es erforderlich, eine erhebliche Menge an Teilchen pro Filterfläche der Filtereinheit anzusammeln, um so die Wärmemenge beim Abbrennen pro Filterfläche zu erhöhen. Im Ergebnis muß der Teilchensammelbetrieb für eine lange Zeitspanne ausgeführt werden, was dazu führt, daß der mittlere Filterdruckverlust während des Teilchensammelbetriebs merklich hoch wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die von der Filtereinheit abgeschiedenen Teilchen durch den Rückwaschbetrieb in die Sammeleinheit wie die Filterplatte oder den Trog bewegt. Im Ergebnis scheiden sich Teilchen um so dicker auf der Filterplatte oder dem Trog invers proportional zur verringerten Fläche der Filterplatte oder des Troges ab, je kleiner die Fläche der Filterplatte oder des Trogs im Vergleich zur Filterfläche der Filtereinheit ist, was es ermöglicht, daß die Teilchen leicht abgebrannt werden können. Demgemäß ist es bei der Erfindung nicht erforderlich, den Teilchensammelbetrieb für eine solange Zeitspanne auszuführen wie bisher, und es ist möglich, die Filtereinheit durch den Rückwaschbetrieb selbst dann aufzufrischen, wenn die angesammelte Menge an Teilchen pro Filterfläche klein ist, was den mittleren Filterdruckverlust während des Teilchensammelbetriebs stark verringert.
Bei der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Differenz zwischen dem Filterdruckverlust über die Zeitspanne direkt vor dem Rückwaschbetrieb und direkt nach dem Rückwaschbetrieb etwa 250 mmH&sub2;O oder darunter, insbesondere 100 mmH&sub2;O oder darunter und vorzugsweise 50 mm H&sub2;O oder darunter, was möglich ist.
Wenn die durch den Rückwaschbetrieb abgelösten Teilchen in das Ansaugsystem eines Dieselmotors rückgeführt werden, um im Motor verbrannt zu werden, müssen die Teilchen über einen langen Weg zum Einlaßventil des Motors transportiert werden. Infolgedessen muß die Rückwaschzeitspanne verlängert werden, was zu einem großen Verlust des Wirkungsgrades des Motors führt. Darüberhinaus verdichten sich nicht verbrennbare feste Teilchen im System, was ebenfalls zu einem Leistungsverlust des Motors führt. Andererseits werden gemäß der vorliegenden Erfindung die Teilchen auf der Filterplatte oder dem Trog gesammelt, was diese Probleme löst.
Um den Rückwaschbetrieb auszuführen, ist es möglich, Unterdruck zu verwenden, also Luft von der Seite der Einlaßleitung her abzusaugen, um dadurch einen Rückwasch-Luftfluß zu erzielen. jedoch ist es schwierig, auf diese Weise einen ausreichend hohen Unterdruck zu erreichen. Im Ergebnis ist in den meisten Situationen die Fließgeschwindigkeit der Rückwaschluft niedrig und es ist schwierig, wirkungsvolles Rückwaschen zu erzielen. Andererseits ist das Vorsehen der Düse in der Auslaßleitung zum Ausblasen von Gas unter Druck von vorzugsweise 2,5 - 10 Atmosphären Manometerdruck bevorzugt, um einen kompakten Aufbau der Vorrichtung und wirkungsvolles Rückwaschen zu erzielen.
Im Zyklus mit dem Teilchensammelbetrieb und dem Rückwaschbetreib ist es bevorzugt, daß der Teilchensammelbetrieb für etwa 30 Sekunden - 30 Minuten, insbesondere 3 - 30 Minuten, und der Rückwaschbetrieb für etwa 0,01 - 5 Sekunden, insbesondere 0,05 - 1 Sekunde, abwechselnd wiederholt werden.
Eine erfindungsgemäße Filtereinheit ist nicht auf eine solche beschränkt, bei der Zellen 12 und 13 mit quadratischem Querschnitt schachbrettförmig angeordnet sind. Filtereinheit mit Strukturen, wie sie in den Figuren 5a - 5p in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 124417/1981 und den Figuren 4 - 11 in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 129020/1981 dargestellt sind, sind ebenfalls bei der vorliegenden Erfindung anwendbar.
Um die in der Sammeleinheit angesammelten Teilchen zu entfernen, ist es im allgemeinen bevorzugt, die Teilchen abzubrennen, obwohl auch mechanisches Entfernen der Teilchen möglich ist, wie durch Abkratzen derselben in zweckentsprechenden Intervallen. Beispiele für wünschenswerte Abbrenneinrichtungen sind ein elektrischer Widerstandsheizer, ein Oxidationskatalysator, ein Brenner mit Zufuhr flüssigen Kraftstoffs, usw.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl Filtereinheiten verwendet werden und jede Filtereinheit ist in ihrem zugehörigen Gehäuse untergebracht. Eine einzige Filtereinheit kann als "mehrere Filtereinheiten" dadurch verwendet werden, daß sie durch Unterteilungsplatten stromaufwärts und/oder stromabwärts der Filtereinheit in mehrere Zonen unterteilt wird, um das Abgas in jede Zone aufzuteilen, wie beim dritten und vierten Ausführungsbeispiel. Wenn mehrere Filtereinheiten verwendet werden, kann eine Sammeleinheit oder eine Filterplatte für jede Filtereinheit vorhanden sein, oder die Filtereinheiten können sich in eine einzige Sammeleinheit oder eine einzige Filterplatte teilen. Wenn mehrere Filtereinheiten verwendet werden, werden die Filtereinheiten vorzugsweise der Reihe nach dem Rückwaschbetrieb unterzogen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Teilchen von den Zellwänden zu entfernen, die sich an diesen Wänden in der Filtereinheit angesammelt haben, ohne daß die Filtereinheit zu ihrem Auffrischen auf hohe Temperatur erhitzt wird. Im Ergebnis kann eine Filtereinheit mit dünnen Wänden, die verschmolzen werden könnten, angewendet werden, und die Flexibilität bei der Auswahl des Materials für die Filtereinheit ist groß. Darüberhinaus ist es möglich, die Filterfähigkeit der Filtereinheit für lange Zeit aufrecht zu erhalten, da die Filtereinheit nicht auf hohe Temperatur erhitzt wird. Darüberhinaus ist die Struktur, in der Teilchen in der Sammeleinheit verbrannt werden, kompakter und zuverlässiger als eine Struktur, bei der die Teilchen in der Filtereinheit verbrannt werden.
Gemäß einem der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, wird die Sammeleinheit, insbesondere die Filterplatte, die in der Sammeleinheit vorhanden ist, auf hohe Temperatur erhitzt, anstatt daß die Filtereinheit auf hohe Temperatur erhitzt wird, wie beim Stand der Technik. Eine Struktur, bei der eine Filterplatte kleiner Größe und einfacher Form vor dem Verschmelzen geschützt wird, kann einfacher als eine Filterstruktur großer Größe und komplizierter Form mit dünnen Zellwänden hergestellt werden, die gegen Schmelzen geschützt werden muß. Darüberhinaus ist, wenn die Filterplatte zusammengeschmolzen ist, das Austauschen der zusammengeschmolzenen Filterplatte durch eine neue Filterplatte wirtschaftlicher als das Ersetzen einer zusammengeschmolzenen Filtereinheit durch eine neue Filtereinheit.
Gemäß dem Stand der Technik breitet sich das Abbrennen von Teilchen, das im allgemeinen an einem Ende der Filtereinheit beginnt, zur Mitte der Filtereinheit aus, wodurch schließlich die Teilchen in der gesamten Filtereinheit abgebrannt werden. Um das Ausbreiten des Abbrennens zu ermöglichen, ist es unmöglich, den Abbrennvorgang zu starten, bevor nicht eine bestimmte Menge an Teilchen pro Filterfläche abgeschieden ist. Im Ergebnis überschreitet die Auffrischzykluszeit eine Stunde und der mittlere Gasdurchtritts-Druckverlust in den Zellwänden während des Teilchensammelbetriebs ist groß. Die vorliegende Erfindung ist von solchen Beschränkungen frei, kann eine kürzere Zeitspanne der Auffrischzyklen realisieren und kann den mittleren Druckverlust in den Zellen während des Teilchensammelbetriebs verringern.

Claims

1. Abgasbehandlungsvorrichtung für einen Diesel-Motor, umfassend eine Filtereinheit (10) in einer Abgaspassage für den Dieselmotor, wobei die Filtereinheit (10) eine Wabenstruktur aufweist, bei der eine Vielzahl von Zellen (12, 13) geteilt ist durch Zellwände (11), welche eine Filtrierfunktion haben und sich in die gleiche Richtung erstrecken, wobei vorbestimmte Zellen an einem Ende verschlossen sind und die restlichen Zellen am anderen Ende verschlossen sind; eine Einrichtung (40) zur Erzeugung einer Rückwasch-Gasströmung, mit der in geeigneten Intervallen eine Gasströmung erzeugt wird, derart, daß sie durch die Zellwände (11) in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Strömungen des Abgases hindurchtritt und gekennzeichnet durch eine Sammeleinheit (41) für teilchenförmiges Material, welche in der Abgaspassage an einer Position stromaufwärts bezüglich der Filtereinheit (10) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Sammeleinheit (41) in der Nachbarschaft von und/oder unterhalb der Filtereinheit (10) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Querschnittsfläche der Abgaspassage an der Sammeleinheit (41) größer ist als die Querschnittsfläche der Abgaspassage an einer Position stromaufwärts der Sammeleinheit (41).

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sammeleinheit (41) mit einer Filterplatte (43) versehen ist.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Sammeleinheit mit einer Verbrennungseinrichtung (46) versehen ist.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einrichtung zur Erzeugung der Rückwaschgasströmung eine Düse (40) zum Einspritzen eines druckbeaufschlagten Gases umfaßt, welche in der Abgaspassage an einer Position stromabwärts bezüglich der Filtereinheit (10) vorgesehen ist.

7. Verfahren zur Behandlung eines Abgases aus einem Dieselmotor, umfassend die Verwendung einer Filtereinheit (10) mit einer Wabenstruktur, wobei eine Vielzahl von Zellen (12, 13) geteilt sind durch Zellwände (11), welche eine Filtrierfunktion aufweisen und sich alle in die gleiche Richtung erstrecken, wobei vorbestimmte Zellen an einem Ende verschlossen sind und die restlichen Zellen am anderen Ende verschlossen sind, wobei das Abgas von einer Oberfläche zur anderen Oberfläche der Zellwände hindurchtritt, wobei Teilchen im Abgas gefangen werden und wobei ein Rückwaschgas-Strom in zweckentsprechenden Intervallen durch die Zellwände gezwungen wird in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Strömung des Abgases, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man die teilförmigen Materialien in dem Rückwaschgas auf eine Sammeleinheit (41) für das teilchenförmige Material bewegt, welche in einer Abgaspassage an einer Position stromaufwärts bezüglich der Filtereinheit (10) vorgesehen ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei jedesmal, wenn das Abgas kontinuierlich von einer Oberfläche zu der anderen Oberfläche der Zellwände während einer Zeitspanne, die nicht kürzer ist als 30 sec und nicht länger als 30 min kontinuierlich hindurchgeleitet wurde, die Rückwaschgasströmung in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Strömung des Abgases durch die Zellwände gezwungen wird während einer Zeitspanne, die nicht kürzer als 0,01 sec und nicht länger als 5 sec.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 9, wobei der Unterschied zwischen dem Gas-Permeations-Druckverlust in den Zellwänden unmittelbar nach dem Durchtritt des Rückwaschgasstroms und der Gas-Permeations-Druckverlust in den Zellwänden unmittelbar vor dem Beginn des Durchtritts der Rüchwaschgasströmung 250 mm/H&sub2;O beträgt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei eine Vielzahl der erwähnten Filtereinheiten (10) verwendet wird, und wobei in mindestens einer der Filtereinheiten (10) in zweckentsprechenden Intervallen die Rückwaschgasströmung dazu gezwungen wird, durch die Zellwände (11) in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Strömung des Abgases hindurchzutreten und wobei das Abgas in mindestens einer der restlichen Filtereinheiten (10) weiterhin von einer Oberfläche zu der anderen Oberfläche der Zellwände (11) hindurchtreten kann, während die Rückwaschgasströmung in mindestens einer der Filtereinheiten (10) dazu gezwungen wird, durch die Zellwände (11) in der entgegengesetzten Richtung bezüglich der Strömung des Abgases hindurchzutreten.