DE4032086A1

DE4032086A1 - Russpartikelfilter

Info

Publication number: DE4032086A1
Application number: DE19904032086
Authority: DE
Inventors: Ulrich Weidner; Horst Dr Kalfa
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1990-10-10
Publication date: 1992-04-16
Also published as: EP0481229A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rußpartikelfilter für die Reinigung von Dieselmotor-Abgasen mit keramischen Filterkörpern. Solche Rußpartikelfilter sind insbesondere für stationäre Dieselmotore und Dieselmotore von Nutzfahrzeugen und Flurförderfahrzeugen vorgesehen.

In der DE 35 37 976 C1 ist ein Rußpartikelfilter mit plattenförmigen, keramischen Filterkörpern beschrieben. Durch den dort beschriebenen Aufbau wird eine hohe mechanische Festigkeit auch gegenüber schwingenden Belastungen erreicht.

In der EP 03 20 458 A1 ist für Rußpartikelfilter für Dieselmotor-Abgase eine Schaumkeramik vorgeschlagen. Diese soll aus Cordierit bestehen.

In der DE 32 35 363 A1 ist ein keramischer Rußpartikelfilter mit zylindrischen Filterkörpern beschrieben, bei dem die Filterfläche zur Verringerung der Druckverluste des Abgases vergrößert werden soll.

In der Firmenschrift "Auto und Umwelt", Daimler-Benz AG., Mai 1985, Seiten 24 bis 28, sind ebenfalls Rußpartikelfilter erörtert. Es sind dort monolithische, keramische Filterkörper und Wickel-Filter erwähnt, bei denen die Filterkörper von mit Keramikgarn umwickelten, gelochten Stahlrohren gebildet sind.

Bei solchen Rußpartikelfiltern werden ein hoher Abscheidegrad für die Rußpartikel, geringe Abgas-Druckverluste, eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine oftmalige thermische Regenerierbarkeit zum Abbrennen abgelagerter Rußpartikel gefordert. Diese Forderungen erfüllen die bekannten Rußpartikelfilter nur beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rußpartikelfilter der eingangs genannten Art vorzuschlagen, dessen Filtermittel 60% bis < 95% des Rußes abscheidet und den beim Abbrennen des Rußes auftretenden thermischen und mechanischen Belastungen standhält.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe dadurch gelöst, daß die Filterkörper aus einem hochtemperaturbeständigen Aluminium- Silikat-Material mit einer feuerfesten Ton-Bindung bestehen, daß das Material eine Körnung zwischen 0,1 mm und 0,8 mm aufweist und daß der mittlere Porendurchmesser zwischen 0,04 mm und 0,21 mm bei einer offenen Porosität zwischen 35% und 65% liegt, bevorzugt zwischen 35 bis 45%.

Versuche haben gezeigt, daß Filterkörper in Form von zylindrischen Hohlkörpern oder Platten aus einem solchen Material einen hohen Abscheidegrad gewährleisten, so daß die Dieselruß-Emissionen beträchtlich reduziert sind. Dies läßt sich darauf zurückführen, daß die Filterkörper aufgrund ihrer Körnung dem Abgas eine vergleichsweise große Oberfläche entgegenstellen. Die Abgas-Druckverluste sind dennoch nicht so groß, daß es zu einer beträchtlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades des Dieselmotors kommt. Insbesondere ist eine gute thermische Regenerierbarkeit der Filterkörper gewährleistet. Denn beim Abbrennen des Rußes versintern die Oberflächen praktisch nicht, so daß die Porosität erhalten bleibt.

Günstig ist auch, daß die Filterkörper den Betriebstemperaturen und den beim Abbrennen des Rußes auftretenden Temperaturen ohne weiteres standhalten.

Eine andere Lösung der Aufgabe zeichnet sich dadurch aus, daß das Filtermaterial eine Schüttschicht aus Granulat ist, daß das Granulat aus einem hochtemperaturbeständigen Aluminium-Silikat besteht und daß die Korngröße des Granulats zwischen 2 mm und 10 mm liegt. Auch bei dieser Ausführung ergeben sich die oben genannten Vorteile.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Die Figur zeigt einen Rußpartikelfilter schematisch.

In einem Filtergehäuse 1 ist zwischen einem Abgaseintritt 2 und einem Abgasaustritt 3 eine Vielzahl von Filterkörpern 4 angeordnet, die von zylindrischen Hohlkörpern, von denen in der Figur einer gezeigt ist, oder Platten angeordnet. Es kann stattdessen auch eine Schüttschicht vorgesehen sein.

An dem Filtergehäuse 1 ist ein Regenerierungsbrenner 5 angeordnet, an den einerseits ein elektromotorisch angetriebener Luftverdichter 6 für Brennluft und andererseits ein Dosierventil 7 für Brennstoff angeschlossen ist. Der Brennstoff wird dem Dosierventil 7 über eine Einspritzpumpe 8 zugeführt.

Außerdem ist ein Zündfunkengeber 9 vorgesehen. Eine Steuereinrichtung 10 steuert den Zündfunkengeber 9, den Luftverdichter 6, das Dosierventil 7 und die Einspritzpumpe 8. Die Steuereinrichtung 10 erfaßt den zwischen dem Abgaseintritt 2 und dem Abgasaustritt 3 an den Filterkörpern 4 auftretenden Druckverlust.

Dem Abgaseintritt 2 wird rußhaltiges Abgas eines Nutzfahrzeug-Dieselmotors zugeführt. Der Ruß lagert sich an den Filterkörpern 4 an. Dabei steigt der Druckverlust. Erreicht der Druckverlust einen Grenzwert, dann steuert die Steuereinrichtung 10 den Luftverdichter 6, die Einspritzpumpe 8, das Dosierventil 7 und den Zündfunkengeber 9 so an, daß der Regenerierungsbrenner 5 einschaltet. Es verbrennt dann der an den Filterkörpern 4 abgelagerte Ruß.

Die Filterkörper 4 bestehen aus einem hochtemperaturbeständigen Aluminium-Silikat-Material mit einer feuerfesten Ton-Bindung. Vorzugsweise weist das keramische Material einen Anteil von etwa 63 Gew.-% SiO₂ und 30 Gew.-% Al₂O₃ auf. Im übrigen enthält das Material Bestandteile aus TiO₂, CaO, MgO, Na₂O und K₂O.

Das Material, aus dem die Filterkörper 4 bestehen, weist eine Körnung zwischen 0,1 mm und 0,8 mm auf. Vorzugsweise liegt die Körnung bei 0,3 mm oder 0,5 mm. Der mittlere Porendurchmesser liegt zwischen 0,04 mm und 0,21 mm. Vorzugsweise liegt er zwischen 0,04 mm und 0,11 mm. Die offene Porosität des Filterkörpers 4 liegt zwischen 35% und 65%, vorzugsweise zwischen 35% und 45%.

Die Wanddicken der Filterkörper 4 liegen zwischen 3 mm und 15 mm. Werden als Filterkörper 4 zylindrische Hohlkörper verwendet, dann liegen der Außendurchmesser zwischen 15 mm und 80 mm. Ihre Innendurchmesser liegen zwischen 9 mm und 50 mm. Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser 40 mm und der Innendurchmesser 30 mm.

Es hat sich gezeigt, daß mit den beschriebenen Filterkörpern 4 hohe Abscheidegrade, von 80% bis nahe 100% erreichbar sind. Außerdem hat sich auch eine gute Regenerierbarkeit der Filterkörper 4 beim Abbrennen des Rußes ergeben.

Bei dem genannten Filtermaterial mit einem mittleren Porendurchmesser im genannten unteren Bereich bis etwa 0,08 mm wirkt die sich langsam ausbildende Rußschicht zunächst in zunehmendem Maße selbst als Filtermedium. Es wird dabei ein Abscheidungs-Wirkungsgrad von nahezu 100% erreicht. In diesem Bereich wirkt der Filterkörper 4 als reiner Oberflächenfilter.

Bei dem genannten Filtermaterial mit einem mittleren Porendurchmesser an der Obergrenze des genannten Bereichs, ab etwa 0,15 mm, sind die Poren so weit, daß der Ruß praktisch nicht mehr in der Lage ist, über allen Poren an der Oberfläche filternde Brücken zu bilden. Der Abscheidegrad bleibt bei etwa 60% und der Druckverlust nimmt einen konstanten Wert an. Der Filterkörper wirkt jetzt als Tiefenfilter.

Bei einem Versuch, bei dem das Filtermaterial als Schüttschicht mit einer Höhe von 200 mm und einer Korngröße zwischen 4 mm und 10 mm vorgesehen war, ergab sich ein Abscheidegrad von 65%. Bei einer Korngröße zwischen 2 mm und 4 mm ergab sich ein Abscheidegrad von 90%.

Claims

1. Rußpartikelfilter für die Reinigung von Dieselmotor-Abgasen mit keramischen Filterkörpern, beispielsweise in Form von zylindrischen Hohlkörpern oder Platten, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterkörper (4) aus einem hochtemperaturbeständigen Aluminium-Silikat-Material mit einer feuerfesten Ton-Bindung bestehen, daß das Material eine Körnung zwischen 0,1 mm und 0,8 mm aufweist und daß der mittlere Porendurchmesser zwischen 0,04 mm und 0,21 mm bei einer offenen Porosität zwischen 35% und 65% liegt.

2. Rußpartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium-Silikat-Material etwa 63% SiO₂ und etwa 30% Al₂O₃ enthält.

3. Rußpartikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des Materials zwischen 0,3 mm und 0,5 mm liegt und daß der mittlere Porendurchmesser zwischen 0,04 mm und 0,11 mm bei einer offenen Porosität zwischen 35% und 45% liegt.

4. Rußpartikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke der Filterkörper (4) zwischen 3 mm und 15 mm liegt.

5. Rußpartikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Filterkörper (4) vorgesehene zylindrische Hohlkörper einen Außendurchmesser zwischen 15 mm und 80 mm und einen Innendurchmesser zwischen 9 mm und 50 mm aufweisen.

6. Rußpartikelfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser etwa 40 mm und der Innendurchmesser etwa 30 mm beträgt.

7. Rußpartikelfilter für die Reinigung von Dieselmotor- Abgasen mit einem keramischen Filtermittel, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermittel eine Schüttschicht aus Granulat ist, daß das Granulat aus einem hochtemperaturbeständigen Aluminium-Silikat besteht und daß die Korngröße des Granulats zwischen 2 mm und 10 mm liegt.

8. Rußpartikelfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium-Silikat etwa 63% SiO₂ und etwa 30% Al₂O₃ enthält.

9. Rußpartikelfilter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Granulats zwischen 2 mm und 4 mm liegt.