DE4025933A1 - Abgasreinigungseinrichtung fuer einen dieselmotor - Google Patents

Abgasreinigungseinrichtung fuer einen dieselmotor

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Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Dieselmotor, bei der einem Rußpartikelfilter ein weiteres Aggregat zur Abgasbehandlung, insbesondere ein Katalysator zur NOx-Entfernung, nachgeschaltet ist und eine Heizeinrichtung zum Abbrennen von Ablagerungen des Rußpartikelfilters vorgesehen ist.
Eine derartige Abgasreinigungseinrichtung ist in der DE 38 42 282 A1 beschrieben. Bei dieser ist das weitere Aggregat ein zweites Filter, das im Abgas enthaltene Komponenten, die einen unangenehmen Geruch entwickeln, entfernt. Beim Abbrennen des Rußpartikelfilters wird das weitere Aggregat entgegen der Strömungseinrichtung im Normalbetrieb durchströmt.
Beim Abbrennen des in dem Rußpartikelfilter abgelagerten Rußes treten Temperaturspitzen auf. Diese können das weitere Aggregat schädigen, insbesondere wenn es sich um einen Katalysator zur NOx-Entfernung handelt.
In der DE 37 16 446 A1 ist ein Rußpartikelfilter beschrieben, das so beschichtet ist, daß die Zündtemperatur des Rußes herabgesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasreinigungseinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei der das weitere Aggregat vor Temperaturspitzen geschützt ist, die beim Abbrennen des Rußes des Partikelfilters auftreten.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei der Abgasreinigungseinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Abgasweg zwischen dem Rußpartikelfilter und dem Aggregat ein Pufferkörper, insbesondere aus keramischem Material, angeordnet ist, der eine Mehrzahl von das Rußpartikelfilter und das Aggregat verbindenden Kanälen aufweist, die im Pufferkörper in einem Raster verlaufen, und daß der freie Querschnitt der Kanäle bezogen auf den Gesamtquerschnitt des Pufferkörpers und die freie Oberfläche der Kanäle als Wärmetauscherfläche so bemessen sind, daß ein Teil der während des Abbrennens auftretenden Wärmeenergie im Pufferkörper gespeichert wird und nach dem Abbrennen mit dem Abgas abgeführt wird.
Während des vergleichsweise kurzen Abbrennens des Rußes des Rußpartikelfilters tritt im Rußpartikelfilter beispielsweise eine Temperatur vom 700°C auf. Dieser Temperatur hielte das nachgeschaltete, weitere Aggregat nicht stand. Der Pufferkörper nimmt jedoch einen Teil der Wärmeenergie dieser Temperaturspitze auf. Die Temperatur im weiteren Aggregat erhöht sich dadurch gegenüber der Temperatur im Normalbetrieb nur um einen Betrag, der noch zu keiner Schädigung des Aggregats führt. Anschließend wird im Normalbetrieb die im Puffer gespeicherte Wärme mitabgeführt. Dies führt ebenfalls nicht zu einer Schädigung des weiteren Aggregats. Im Endergebnis sind die im Rußpartikelfilter auftretenden Temperaturspitzen bezogen auf das weitere Aggregat durch den Pufferkörper geglättet. Diese Glättung ist möglich, da die Dauer des Abbrennvorganges begrenzt ist.
Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn der Durchmesser der Kanäle sehr klein ist, die gewünschte Glättung der Temperaturspitze nicht zu erreichen ist, da in diesem Fall die Temperaturspitze lediglich zeitlich verschoben im weiteren Aggregat auftritt. Es hat sich auch gezeigt, daß Kanäle sehr großen Durchmessers ungeeignet sind, da in diesem Fall die Temperaturspitze zeitgleich im weiteren Aggregat auftritt. Vorzugsweise liegt der hydraulische Durchmesser der Kanäle zwischen 5 mm und 20 mm, insbesondere bei 10 mm.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Abgasreinigungseinrichtung und
Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1, dieser gegenüber vergrößert.
Eine Abgasreinigungseinrichtung weist einen Rußpartikelfilter (1) auf, dem im Abgasweg (A) ein Pufferkörper (2) nachgeschaltet ist. Über einen Krümmer (3) ist der Pufferkörper (2) an einen NOx-Katalysator (4) angeschlossen. Diesem folgt ein Abgasauslaß (5).
Dem Rußpartikelfilter (1) ist im Abgasweg ein Brenner (6) zur Regenerierung des Rußpartikelfilters (1) vorgeschaltet. In dessen Brennerkammer (7) mündet eine vom nicht näher dargestellten Dieselmotor kommende Abgasleitung (8).
Der Pufferkörper (2) besteht aus einem feuerfesten, keramischen Material. Der Pufferkörper (2) kann auch aus Metall oder einem Latentwärme-Speichermaterial bestehen. Er weist eine Vielzahl von durchgehenden Kanälen (9) für die Abgasführung auf. Die Kanäle (9) sind im Ausführungsbeispiel in einem Sechseck- bzw. Dreieck- Raster angeordnet (vgl. Fig. 2). Die Kanäle (9) können auch in einem Rechteckraster angeordnet sein. Der hydraulische Durchmesser (d) der Kanäle (9) beträgt etwa 10 mm. Er kann zwischen 5 mm und 20 mm liegen. Der Rasterabstand (e) beträgt 2 d, mindestens jedoch 1,5 d. Die Länge (L) des Pufferkörpers (2) beträgt beispielsweise 500 mm. Der freie Querschnitt des Pufferkörpers (2), also der Gesamtquerschnitt der Kanäle (9), beträgt im Beispielsfalle etwa 22% bis 23% des Gesamtquerschnitts des Pufferkörpers (2) . Im Ausführungsbeispiel beträgt der Gesamtquerschnitt des Pufferkörpers (2) 0,125 m2. Die spezifische Oberfläche, also die Fläche aller Wandungen der Kanäle (9) beträgt 90,7 m2 je m3 des Volumens des Pufferkörpers (2). Diese wärmeübertragende Oberfläche der Kanäle (9) kann auch zwischen 50 m2 und 200 m2 je m3 des Pufferkörpers (2) liegen.
Versuche haben ergeben, daß es besonders günstig ist, wenn die Strömungsgeschwindigkeit (W) des Abgases in den Kanälen (9) zur Länge (L) des Pufferkörpers (2) bzw. die Kanäle (9) in einem Verhältnis kleiner 10 (1/s) stehen, wobei diese Bedingung im Betriebszustand im jeweiligen Kanal vorliegen soll.
Es wurde mit der beschriebenen Einrichtung ein Abgasstrom von 170 Nm3/h behandelt. Die Temperaturspitze während des Abbrennvorganges lag bei 700°C und dauerte 15 min. Die Temperatur im Normalbetrieb betrug 450°C. Der Normalbetrieb zwischen zwei Abbrennvorgängen dauerte 120 min. Es hat sich dabei gezeigt, daß am Katalysator (4) niemals eine Temperatur von 700°C auftritt, sondern die Temperatur am Katalysator (4) während des Abbrennvorganges und für eine gewisse Zeit danach nur wenig über 450°C liegt, so daß der Katalysator (4) nicht geschädigt wurde. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Pufferkörper (2) während des Abbrennvorganges einen Teil der dabei entwickelten Wärme aufnimmt und diese erst später wieder an das Abgas abgibt.

Claims (10)

1. Abgasreinigungseinrichtung für einen Dieselmotor, bei der einem Rußpartikelfilter ein weiteres Aggregat zur Abgasbehandlung, insbesondere ein Katalysator zur NOX-Entfernung, nachgeschaltet ist und eine Heizeinrichtung zum Abbrennen von Ablagerungen des Rußpartikelfilters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgasweg (A) zwischen dem Rußpartikelfilter (1) und dem Aggregat (4) ein Pufferkörper (2), insbesondere aus keramischem Material, angeordnet ist, der eine Mehrzahl von das Rußpartikelfilter (1) und das Aggregat (4) verbindenden Kanälen (9) aufweist, die im Pufferkörper (2) in einem Raster verlaufen, und daß der freie Querschnitt der Kanäle (9) bezogen auf den Gesamtquerschnitt des Pufferkörpers (2) und die freie Oberfläche der Kanäle (9) als Wärmetauscherfläche so bemessen sind, daß ein Teil der während des Abbrennens auftretenden Wärmeenergie im Pufferkörper (2) gespeichert wird und nach dem Abbrennen mit dem Abgas abgeführt wird.
2. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Querschnitt der Kanäle (9) etwa 10% bis 35%, insbesondere 22% bis 23% des Gesamtquerschnittes des Pufferkörpers (2) beträgt.
3. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die freie, wärmeübertragende Oberfläche der Kanäle (9) etwa 50 bis 200 m2 je m3 des Pufferkörpers (2) beträgt.
4. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Strömungsgeschwindigkeit (W) zur Länge (L) der Kanäle (9) kleiner als 10 (l/s) ist.
5. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) einen hydraulischen Durchmesser d aufweisen und der Rasterabstand der Kanäle (9) mindestens 1,5 d beträgt.
6. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) einen hydraulischen Durchmesser von etwa 5 mm bis 20 mm aufweisen.
7. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) auf einem Sechseck- bzw. gleichseitigen Dreieck- oder Rechteckraster angeordnet sind.
8. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferkörper (2) aus einer Aluminiumoxid-Keramik oder einer Keramik auf Magnesiumoxid-Basis besteht.
9. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferkörper (2) aus einem Metall besteht.
10. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferkörper (2) aus einem Latentwärme- Speichermaterial besteht.
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