EP1087113A1 - Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1087113A1
EP1087113A1 EP00117099A EP00117099A EP1087113A1 EP 1087113 A1 EP1087113 A1 EP 1087113A1 EP 00117099 A EP00117099 A EP 00117099A EP 00117099 A EP00117099 A EP 00117099A EP 1087113 A1 EP1087113 A1 EP 1087113A1
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EP
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exhaust gas
filter
catalytic converter
filter structure
tube
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Withdrawn
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EP00117099A
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Anton Sen. Mangold
Matthias Mangold
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Oberland Mangold GmbH
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Oberland Mangold GmbH
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    • F01N2470/00—Structure or shape of gas passages, pipes or tubes
    • F01N2470/24—Concentric tubes or tubes being concentric to housing, e.g. telescopically assembled

Definitions

  • the invention relates to a device for exhaust gas purification of internal combustion engines with an exhaust gas catalytic converter and a particle filter device for filtering solids from the exhaust gas.
  • EP 0 334 910 B1 describes a soot filter with tubular filter cartridges become known on a perforated pipe
  • filter material that, for example, as circular knitted Knitted fabric is made from ceramic yarn.
  • Such a hose is pulled over the tube like a stocking.
  • With a multi-layer structure of the filter material several goods hoses on top of each other on the pipe.
  • a system for processing diesel exhaust gas which uses a catalyst, e.g. B. a ceramic honeycomb body with a catalytic coating for oxidizing NO contained in the exhaust gas to NO 2 and a filter device arranged downstream of the catalyst, for. B. has a cell ceramic filter for filtering particles from the exhaust gas.
  • a catalyst e.g. B. a ceramic honeycomb body with a catalytic coating for oxidizing NO contained in the exhaust gas to NO 2 and a filter device arranged downstream of the catalyst, for. B. has a cell ceramic filter for filtering particles from the exhaust gas.
  • the invention has for its object to provide a device according to the preamble of claim 1, which has an improved exhaust gas cleaning effect with a simple and compact structure.
  • the generic device designed according to the invention as an integrated unit is that in the exhaust gas flow led through the unit has the exhaust gas catalyst and the particle filter device.
  • the integrated unit requires less Space and can be accommodated close to the engine with a minimal distance become. This has the advantage that temperature loss in the Exhaust gas is avoided, so that the regeneration of the particle filter is facilitated.
  • the particle filter device can have an annular shape Filter structure with an essentially axial inflow of exhaust gas into an inner cavity of the filter structure and one in the essential radial exhaust gas outflow from the inner cavity have through the filter structure, being in the exhaust gas inflow the particulate filter device integrated the exhaust gas catalytic converter is.
  • the particle filter device contains an annular filter structure that between a perforated outer tube and a perforated Inner tube is arranged, the two tube faces are covered and in an opening of one end of the tube the catalytic converter is arranged, through which the supplied Exhaust gas flows into an inner cavity of the inner tube and thence essentially radially through the perforated inner tube, the filter structure and the perforated outer tube flow out.
  • the filter structure expediently contains a filter fabric and a wire mesh.
  • the filter structure can be regular in itself or irregularly alternating layers of knitted wire built up in several layers with auxiliary thread and fiber fabric be to optimize the filter result z.
  • B. by Setting the density of the fiber material depending on the Location of the filter structure and the exhaust gas to be cleaned to achieve. It can improve the filter effect be advantageous if the filter medium is not only made of fiber fabric exists, but also additional loose fiber material made of temperature-resistant fibers.
  • the filter structure can be the fiber fabric in its Height, density, weave and type of fiber may vary. It can the density in the transverse and in the longitudinal direction of the fiber tissue is different his. With different weaves you can the individual threads of warp and weft differ cross.
  • a high temperature resistant fiber can be used as ceramic or can be used as glass fiber.
  • This also improves catalytic exhaust gas purification achieved a second catalyst in the inner tube installed at a distance from the first catalyst.
  • a device for exhaust gas purification comprises a metallic inner tube 4 and a metallic outer tube 5, which under formation of an annulus are arranged coaxially with each other.
  • the Inner tube 4 is longer than the outer tube 5 and in the manner in Outer tube arranged so that it is flush with this at one end closes and protrudes from the outer tube 5 at the other end.
  • the front of the device with the flush pipe ends is tightly closed with a disc 11.
  • the one on the opposite The end face is the annular space 2 with a ring 9 completed.
  • Between disc 11 and ring 9 are the inside and Perforated outer tube 4 and 5.
  • the over the outer tube 5 protruding pipe section 7 of the inner pipe 4 has in the illustrated Example of a closed wall.
  • the annular space is filled with a fiber material or fiber fabric 3, which is supported by a wire mesh (not shown) can be. It serves as a filter medium for particles in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • honeycomb body 8 In the tube section 7 of the inner tube 4 is in front of the front Outer tube 5 lying a honeycomb body 8 with a catalytic coating arranged.
  • the honeycomb structure of the honeycomb body 8 can be arranged directly in the pipe section 7. Alternatively it is also possible to separate the honeycomb body 8 in a separate arrange cylindrical housing (not shown), which is inserted into the pipe section 7. The honeycomb body 8 or an optional cylindrical housing welded to the inner tube 4.
  • Exhaust gas to be cleaned is according to arrow 20 via a not shown Feeder fed.
  • the inner tube 4 both part of the particle filter is also a carrier for the honeycomb body 8, receives an extremely compact device.
  • the exhaust gas flows to and through the catalyst 8, reacting with the catalytic coating of the catalyst CO in CO 2 , HC in H 2 O and NO in NO 2 (but only less than about 20% of the NO present in the exhaust gas ) is implemented.
  • the exhaust gas flow fed axially into the cylindrical interior 12 of the inner tube 4 by the catalytic converter 8 flows radially and / or obliquely to the longitudinal axis evenly outwards through the perforated inner tube 4, the filter structure 1 and the perforated outer tube 5.
  • the filter structure 1 filters the solid particles, such as, in particular, soot from the diesel exhaust.
  • Fig. 2 an embodiment is shown, which according to the 1 is constructed and another Has catalytically coated honeycomb body in the inner tube 4 fitted at a distance from the first catalytic converter 8 is.
  • the further catalyst 13 is thus also completely inside the outer tube 5.
  • the rest flows Exhaust gas flow through the second catalyst 13 before it flows out through the rear section 15 of the filter structure 1.
  • An additional takes place in the second catalytic converter 13 catalytic emission control.
  • the honeycomb body in question may be provided with radial openings, for example by opening it is wound on a perforated sheet. Radial openings supported also the radial exhaust gas flow into the filter structure inside.
  • the further catalyst 13 is preferably welded in the inner tube 4.
  • second catalysts can also be used spaced apart from each other in the inner tube 4.
  • the Honeycomb structure can be used to optimize the pressure conditions each be different.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen mit einem Abgaskatalysator und einer Partikelfiltereinrichtung zum Filtern von Feststoffen aus dem Abgas, wobei die Vorrichtung als integrierte Baueinheit ausgeführt ist, die im durch die Baueinheit geführten Abgastrom den Abgaskatalysator und die Partikelfiltereinrichtung aufweist. Zweckmäßigerweise enthält die Partikelfiltereinrichtung eine ringförmige Filterstruktur, die zwischen einem perforierten Außenrohr und einem perforierten Innenrohr angeordnet ist, wobei die beiden Rohrstirnseiten abgedeckt sind und in einer Öffnung der einen Rohrstirnseite der Abgaskatalysator angeordnet ist, durch den das zugeführte Abgas in einen Innenhohlraum des Innenrohres einströmt und von dort im wesentlichen radial durch das perforierte Innenrohr, die Filterstruktur und das perforierte Außenrohr abströmt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen mit einem Abgaskatalysator und einer Partikelfiltereinrichtung zum Filtern von Feststoffen aus dem Abgas.
Aus der EP 0 334 910 B1 ist ein Rußfilter mit rohrförmigen Filterkerzen bekannt geworden, die auf einem gelochten Rohr ein Filtermaterial aufweisen, das beispielsweise als rundgestrickte Maschenware aus Keramikgarn hergestellt ist. Ein derartiger Warenschlauch wird in der Art eines Strumpfes über das Rohr aufgezogen. Bei einem mehrlagigen Aufbau des Filtermaterials werden mehrere Warenschläuche übereinander auf das Rohr aufgezogen.
Aus der EP 0 341 832 B1 ist ein System zur Verarbeitung von Dieselabgas bekannt geworden, das einen Katalysator, z. B. einen keramischen Wabenkörper mit einer katalytischen Beschichtung, zum Oxidieren von im Abgas enthaltenen NO zu NO2 und eine stromabwärts vom Katalysator angeordnete Filtereinrichtung, z. B. ein Zellenkeramikfilter, zum Filtern von Partikeln aus dem Abgas aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die eine verbesserte Abgasreinigungswirkung bei einfachem und kompaktem Aufbau aufweist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Vorrichtung erfindungsgemäß als integrierte Baueinheit ausgeführt ist, die im durch die Baueinheit geführten Abgasstrom den Abgaskatalysator und die Partikelfiltereinrichtung aufweist. Gegenüber bisher bekannten Abgasreinigungsvorrichtungen, die in einem ersten Gehäuse den Abgaskatalysator und in einem nachgeschalteten zweiten Gehäuse die Partikelfiltereinrichtung enthalten, benötigt die integrierte Baueinheit weniger Bauraum und kann motornah mit minimalem Abstand untergebracht werden. Das hat den Vorteil, daß Temperaturverlust im Abgas vermieden wird, so daß das Regenerieren des Partikelfilters erleichtert wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einer im Hinblick auf den Raumbedarf optimierten Anordnung ist im Abgaszustrom der Abgaskatalysator und stromabwärts die Partikelfiltereinrichtung angeordnet.
Dabei kann die Partikelfiltereinrichtung eine ringförmige Filterstruktur mit einer im wesentlichen axialen Abgaszuströmung in einen Innenhohlraum der Filterstruktur und einer im wesentlichen radialen Abgasabströmung aus dem Innenhohlraum durch die Filterstruktur aufweisen, wobei in die Abgaszuströmung der Partikelfiltereinrichtung der Abgaskatalysator integriert ist.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, daß die Partikelfiltereinrichtung eine ringförmige Filterstruktur enthält, die zwischen einem perforierten Außenrohr und einem perforierten Innenrohr angeordnet ist, wobei die beiden Rohrstirnseiten abgedeckt sind und in einer Öffnung der einen Rohrstirnseite der Abgaskatalysator angeordnet ist, durch den das zugeführte Abgas in einen Innenhohlraum des Innenrohres einströmt und von dort im wesentlichen radial durch das perforierte Innenrohr, die Filterstruktur und das perforierte Außenrohr abströmt.
Die Filterstruktur enthält zweckmäßigerweise ein Filtergewebe und ein Drahtgestrick. Die Filterstruktur kann aus sich regelmäßig oder unregelmäßig abwechselnden Lagen von Drahtgestrick mit Hilfsfaden und Fasergewebe mehrlagig aufgebaut sein, um eine Optimierung des Filterergebnisses z. B. durch Einstellen der Dichte des Fasermaterials in Abhängigkeit des Einsatzortes der Filterstruktur und des zu reinigenden Abgases zu erzielen. Zur Verbesserung der Filterwirkung kann es vorteilhaft sein, wenn das Filtermedium nicht nur aus Fasergewebe besteht, sondern auch zusätzlich lockeres Fasermaterial aus temperaturfesten Fasern aufweist.
Zur Optimierung der Filterwirkung für unterschiedliche Anwendungsfälle der Filterstruktur kann das Fasergewebe in seiner Höhe, Dichte, Webart und Faserart variiert sein. Dabei kann die Dichte in Quer- und in Längsrichtung des Fasergewebes unterschiedlich sein. Bei unterschiedlichen Webarten können sich die einzelnen Fäden von Kette und Schuß unterschiedlich kreuzen. Eine hochtemperaturfeste Faser kann als Keramik- oder als Glasfaser verwendet werden.
Eine verbesserte katalytische Abgasreinigung wird auch dadurch erzielt, daß ein zweiter Katalysator in das Innenrohr mit Abstand zu dem ersten Katalysator eingebaut ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
in einem Längsschnitt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 2
in einem Längsschnitt in schematischer Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Eine Vorrichtung zur Abgasreinigung umfaßt ein metallisches Innenrohr 4 und ein metallisches Außenrohr 5, welche unter Bildung eines Ringraums koaxial zueinander angeordnet sind. Das Innenrohr 4 ist länger als das Außenrohr 5 und in der Weise im Außenrohr angeordnet, daß es an einem Ende bündig mit diesem abschließt und am anderen Ende aus dem Außenrohr 5 herausragt.
Die Stirnseite der Vorrichtung mit den bündigen Rohrabschlüssen ist dicht mit einer Scheibe 11 verschlossen. Die an der gegenüberliegenden Stirnseite ist der Ringraum 2 mit einem Ring 9 abgeschlossen. Zwischen Scheibe 11 und Ring 9 sind das Innen- und Außenrohr 4 und 5 perforiert. Der über das Außenrohr 5 überstehende Rohrabschnitt 7 des Innenrohrs 4 weist in dem dargestellten Beispiel eine geschlossene Wand auf.
Der Ringraum ist mit einem Fasermaterial oder Fasergewebe 3 gefüllt, welches durch ein Drahtgestrick (nicht dargestellt) gestützt sein kann. Er dient als Filtermedium für Partikel im Abgas eines Verbrennungsmotors.
Im Rohrabschnitt 7 des Innenrohrs 4 ist vor der Stirnseite des Außenrohrs 5 liegend ein Wabenkörper 8 mit katalytischer Beschichtung angeordnet. Die Wabenstruktur des Wabenkörpers 8 kann dabei unmittelbar im Rohrabschnitt 7 angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, den Wabenkörper 8 in einem separaten, zylindrischen Gehäuse anzuordnen (nicht dargestellt), welches in den Rohrabschnitt 7 eingesetzt ist. Der Wabenkörper 8 oder ein gegebenenfalls vorhandenes zylindrisches Gehäuse ist am Innenrohr 4 angeschweißt.
Zu reinigendes Abgas wird gemäß Pfeil 20 über eine nicht gezeigte Zuführung zugeführt.
Durch die integrale Anordnung des Wabenkörpers und des Partikelfilters dadurch, daß das Innenrohr 4 sowohl Teil des Partikelfilters ist als auch Träger für den Wabenkörper 8, erhält man eine äußerst kompakte Vorrichtung.
Das Abgas strömt zu dem Katalysator 8 und durch ihn hindurch, wobei durch die Reaktion mit der katalytischen Beschichtung des Katalysators CO in CO2, HC in H2O und NO in NO2 (jedoch nur weniger als etwa 20% des im Abgas vorhandenen NO) umgesetzt wird. Der durch den Katalysator 8 axial in den zylindrischen Innenraum 12 des Innenrohres 4 zugeführte Abgasstrom strömt radial und/oder schräg zur Längsachse gleichmäßig nach außen durch das perforierte Innenrohr 4, die Filterstruktur 1 und das perforierte Außenrohr 5. Dabei filtert die Filterstruktur 1 die Feststoffpartikel, wie insbesondere Ruß, aus dem Dieselabgas.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, das gemäß der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung aufgebaut ist und einen weiteren katalytisch beschichteten Wabenkörper aufweist, der im Innenrohr 4 beabstandet von dem ersten Katalysa-tor 8 eingepaßt ist. Der weitere Katalysator 13 liegt somit auch vollständig innerhalb des Außenrohres 5. Während ein Anteil des Abgasstromes vor dem zweiten Katalysator 13 durch einen ersten Abschnitt 14 der Filterstruktur 1 nach außen abströmt, strömt der restliche Abgasstrom noch durch den zweiten Katalysator 13, bevor er durch den hinteren Abschnitt 15 der Filterstruktur 1 abströmt. In dem zweiten Katalysator 13 erfolgt eine zusätzliche katalytische Abgasreinigung. In Abhängigkeit von dem Abstand zwischen den beiden Katalysatoren 8 und 13 können sich unterschiedliche Druck- und Strömungsverhältnisse in dem vorderen und dem hinteren Innenraum 12 bzw. 12' vor und hinter dem zweiten Katalysator 13 einstellen, die eine Anpassung und Optimierung der katalytischen Wirkung sowie der Filterwirkung gestatten. Durch die Anordnung des weiteren Katalysators 13 und den dadurch aufgebauten Gegendruck im axialen Abgasstrom wird die radiale Durchströmung der Filterstruktur 1 stromaufwärts vor dem Katalysator 13 erhöht. Somit wird die Verteilung des radialen Strömungsanteils über die Länge der Filterstruktur 1 verbessert.
Um die wirksame Oberfläche des weiteren Katalysators 13 zu erhöhen, kann es zweckmäßig sein, den betreffenden Wabenkörper mit radialen Öffnungen zu versehen, beispielsweise indem er aus einem gelochten Blech gewickelt wird. Radiale Öffnungen unterstützten ferner den radialen Abgasstrom in die Filterstruktur hinein.
Der weitere Katalysator 13 ist bevorzugt im Innenrohr 4 verschweißt.
Falls es zweckmäßig ist, können auch mehrere zweite Katalysatoren beabstandet voneinander im Innenrohr 4 angeordnet sein. Die Wabenstruktur kann dabei zur Optimierung der Druckverhältnisse jeweils unterschiedlich sein.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zur Abgasreinigung von Brennkraftmaschinen mit einem Abgaskatalysator und einer Partikelfiltereinrichtung zum Filtern von Feststoffen aus dem Abgas,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vorrichtung als integrierte Baueinheit ausgeführt ist, die im durch die Baueinheit geführten Abgasstrom den Abgaskatalysator (8) und die Partikelfiltereinrichtung (1) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß im Abgaszustrom der Abgaskatalysator (8) und stromabwärts dazu die Partikelfiltereinrichtung (1) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Partikelfiltereinrichtung (1) eine ringförmige Filterstruktur (1, 4, 5) mit einer im wesentlichen axialen Abgaszuströmung in einen Innenhohlraum (12) der Filterstruktur (1, 4, 5) und einer im wesentlichen radialen Abgasabströmung aus dem Innenhohlraum (12) durch die Filterstruktur (1, 4, 5) aufweist, und daß in die Abgaszuströmung der Partikelfiltereinrichtung (1) der Abgaskatalysator (8) integriert ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Partikelfiltereinrichtung (1) eine ringförmige Filterstruktur (1, 4, 5) enthält, die zwischen einem perforierten Außenrohr (5) und einem perforierten Innenrohr (4) angeordnet ist, wobei die beiden Rohrstirnseiten (6, 10) abgedeckt sind und in einer Öffnung der einen Rohrstirnseite (6) der Abgaskatalysator (8) angeordnet ist, durch den das zugeführte Abgas in einen Innenhohlraum (12) des Innenrohres (4) einströmt und von dort im wesentlichen radial durch das perforierte Innenrohr (4), die Filterstruktur (1) und das perforierte Außenrohr (5) abströmt.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Filterstruktur (1) ein Filtergewebe (3) und ein Drahtgestrick (2) enthält.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein zweiter Katalysator (13) in das Innenrohr (4) mit Abstand zu dem ersten Katalysator (8) eingebaut ist.
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