Filter zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filter zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren.

[0002] Die Russbestandteile der Abgase von Dieselmotoren können grundsätzlich auf zwei Wegen verringert werden: durch Opti­mierung der Gemischaufbereitung und des Verbrennungsablaufs im Motor und durch Einbau von Filtern in den Abgasstrom. Je nach Ausbildung des Filters werden üblicherweise Russab­scheidungsgrade von 50 bis 90 % erzielt.

[0003] Da das Dieselabgasrussfilter innerhalb kurzer Zeit des Ge­brauchs bereits mit Russ verstopft wäre, muss letzterer periodisch verbrannt werden. Die Zeitspanne von einer Re­generierungsphase zur anderen wird als Regenerierungsinter­vall bezeichnet. Unter bestimmten Bedingungen regeneriert sich das Filter von selbst. Die Russablagerungen werden dabei bei Temperaturen zwischen 550 und 700°C verbrannt. Mit katalytisch beschichteten Filtern kann die Entzündungs­temperatur auf ca. 400°C herabgesetzt werden.

[0004] Aus der US-PS 4 264 346 ist es bekannt, für obgenannte Zwecke eine offenporige Schaumkeramik als filterwirksames Medium zu verwenden. Als offenporige Schaumkeramik wird da­bei ein poröser Keramikkörper mit dreidimensionalem Netz­werk und zellularer Struktur, die eine Vielzahl von durch­gehenden Hohlräumen enthält, verstanden. Der meist zylin­drische oder aus mehreren Scheiben bestehende Keramikkörper wird derart in den Abgasstrom von Dieselmotoren gebracht, dass die Abgase denselben stirnseitig beaufschlagen und achsparallel oder zwangsgeführt durchströmen. Dabei ist die Russabscheidung im anfänglich durchströmten Teil des Fil­ters am grössten und nimmt mit zunehmender Durchströmung schnell ab. Dies hat zur Folge, dass das Filter im zuerst angeströmten Bereich nach relativ kurzer Zeit seine Russab­lagerungsaufnahmekapazität erreicht hat und regeneriert werden muss, der restliche Bereich des Filters jedoch noch russaufnahmefähig ist, aber bereits ebenfalls dem Regene­rierungsprozess unterworfen wird.

[0005] Um die Russaufnahmekapazität des Filters über dem gesamten Querschnitt in Durchströmungsrichtung des Abgases gleich­mässiger zu verteilen, wurde bereits vorgeschlagen, den zuerst angeströmten Bereich des Keramikkörpers mit grösse­ren Hohlräumen zu versehen als den zuletzt angeströmten Be­reich, um dadurch zu verhindern, dass das Filter im zuerst angeströmten Bereich vorzeitig verstopft. In der EP-PS 0 050 340 wird eine Abgasfiltereinrichtung beschrieben, die einen derartigen, aus zwei deutlich abgegrenzten Bereichen mit unterschiedlichen Hohlräumen bestehenden Keramikkörper enthält. Der von den Abgasen zuerst angeströmte Bereich soll 6 bis 50 Hohlräume pro 2.54 cm, der nachfolgende Be­reich 20 bis 150 Hohlräume pro 2.54 cm aufweisen.

[0006] Obwohl durch die vorgenannten Massnahmen die Russablage­rungsaufnahmekapazität des Keramikfilters verbessert werden kann, ist dem Problem, die Entzündungstemperatur des abge­lagerten Russes herabzusetzen, um die Regenerierungsphase so früh als möglich einzuleiten, keine Beachtung geschenkt worden.

[0007] Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, bei Filtern zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren mit of­fenporiger Schaumkeramik die Russentzündungstemperatur zu erniedrigen.

[0008] Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe durch ein Fil­ter gelöst, welches sich nach dem Wortlaut des Anspruchs 1 auszeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsge­mässen Gegenstandes sind durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 4 gekennzeichnet.

[0009] Aufgrund der Tatsache, dass der zuerst vom Abgasstrom ange­strömte Bereich der Schaumkeramik bereits teilweise eine dichtere Porenstruktur aufweist, was bedeutet, dass in die­sem Bereich die Hohlräume kleiner sind, wird sich im Be­reich mit der dichteren Porenstruktur der Russ verstärkt absetzen und lokal zu einem Hitzestau mit wesentlich höhe­ren Temperaturspitzen führen. Diese lokal entstehenden Tem­peraturspitzen führen wiederum lokal zu einem Abbrand des dortigen Russes und leiten damit durch Flammfortschritt durch das gesamte Schaumkeramikfilter die Regenerierungs­phase desselben ein, wobei die Entzündungstemperatur des in Bereichen der Schaumkeramik, die die dichtere Porenstruktur nicht aufweisen, abgelagerten Russes erheblich tiefer liegt als die durch die eingangs genannten Mitteln bewirkte.

[0010] Um den Widerstand des Filters, der einen Gegendruck gegen­über dem Abgas erzeugt, nicht wesentlich zu erhöhen, was eine Herabsetzung der Motorleistung und eine Erhöhung des Treibstoffverbrauchs nach sich ziehen würde, hat es sich als günstig erwiesen, die zuerst vom Abgasstrom beauf­schlagte Fläche zu etwa 20 bis 50% mit einem Material mit dichterer Porenstruktur zu versehen.

[0011] Bei in Personenkraftwagen eingesetzten Dieselmotoren, die mit Abgasfiltern ausgerüstet sind, sollte der Gegendruck bei maximal 0.2 bar liegen. Es hat sich gezeigt, dass sol­che Bedingungen erfüllt werden, wenn das erfindungsgemässe Filter aus einer offenporigen Schaumkeramik besteht, die etwa 1 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 10 bis 25 Vol.-%, Mate­rial mit dichterer Porenstruktur aufweist. Für das gröbere Keramikmaterial wird vorteilhafterweise eines mit 30 bis 80 Poren pro 2.54 cm, für das feinere Keramikmaterial eines mit 40 bis 100 Poren pro 2.54 cm gewählt, wobei die Dif­ferenz der Anzahl Poren pro 2.54 cm bei den beiden Materia­lien mindestens 10, vorzugsweise 20, beträgt.

[0012] Des weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, in an sich bekannter Weise eine Querschnittsfläche der vom Abgas­strom zuerst angeströmten offenen Schaumkeramik von min­destens 200, vorzugsweise 250 cm², vorzulegen.

Ansprüche

1. Filter zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren mit einem offenporigen Schaumkeramikkörper,

dadurch gekennzeichnet,

dass der von dem Abgas zuerst angeströmte Bereich der Schaumkeramik mindestens teilweise eine dichtere Poren­struktur als der restliche Bereich aufweist.

2.Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zuerst angeströmte Fläche des Schaumkeramikkörpers zu etwa 20 bis 50% eine dichtere Porenstruktur auf­weist.

3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Schaumkeramik mit einer dichteren Porenstruktur 1 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 10 bis 25 Vol.-%, beträgt.

4. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­kennzeichnet, dass die gröbere Schaumkeramik 30 bis 80 Poren pro 2.54 cm, die feinere Schaumkeramik 40 bis 100 Poren pro 2.54 cm aufweist, wobei die Differenz der Porenzahlen der beiden Schaumkeramiken mindestens 10, vorzugsweise 20, beträgt.

5. Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­kennzeichnet, dass die von den Abgasen zuerst beauf­schlagte Querschnittsfläche mindestens 200 cm², vor­zugsweise 250 cm², beträgt.