DE10118864C2 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Reinigung des mindestens einen Rußfilterkörpers einer Abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren sowie eine Vorrichtung zur mittels Umkehrspülung erfolgenden Reinigung des mindestens einen Rußfilterkörpers einer Abgasreinigungsvorrichtung, welche ein den mindestens einen Rußfilterkörper umgebendes Gehäuse mit einem Ab­ gaseintritt und einem Abgasaustritt aufweist.

Mit Dieselmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Partikelfiltersystemen ausgerüstet, die verhindern sollen, daß in den Motorabgasen enthaltene partikelförmige Bestandteile in die Umwelt gelangen. Derartige Partikelfiltersysteme umfassen regelmäßig mindestens einen Rußfilterkörper, der im allgemeinen aus einem porösen keramischen Material besteht. An der Oberfläche des Rußfilterkörpers schlagen sich die abzu­ scheidenden Partikel nieder. Die Rußfilterkörper müssen dabei, um funktionsfähig zu bleiben, regelmäßig regene­ riert werden.

Die Regeneration erfolgt dabei in aller Regel durch Ab­ brennen der auf der Filteroberfläche abgelagerten Par­ tikel (vgl. z. B. US 5042248, DE 40 41 917 A1, EP 0115722 A1, US 5211009, EP 0346803 A1 und EP 0405310 A2). Vor­ geschlagen wurde des weiteren, den auf dem Rußfilter­ körper abgelagerten Ruß regelmäßig durch Umkehrspülung in eine gesonderte Brennkammer zu fördern, wo er bei Bedarf abgebrannt wird (vgl. US 5390492 A); allerdings ist nicht bekannt, daß der zuletzt genannte Ansatz zu brauchbaren Ergebnissen geführt hat.

Um den auf dem Rußfilterkörper angelagerten Ruß zur Re­ generation des Rußfilterkörpers auch bei üblichen Ab­ gastemperaturen abbrennen zu können, ohne die Abgase durch einen Brenner aufheizen zu müssen, werden dem Dieselkraftstoff Additive zugesetzt. Die Rückstände dieser Additive werden allerdings bei der Regeneration des Rußfilterkörpers nicht entfernt. Vielmehr lagern sie sich fortgesetzt auf der Oberfläche des Rußfilter­ körpers an; entsprechendes gilt für verschiedene Rück­ stände aus Schmierölbestandteilen. Derartige Ablagerun­ gen beeinträchtigen die Reinigungskapazität der Abgas­ reinigungsvorrichtung, so daß die Abstände zwischen zwei Regenerationen zunehmend kürzer werden. Ohne eine die genannten Ablagerungen entfernende Reinigung wäre ein Rußfilterkörper nach etwa 30.000 bis 50.000 km Fahrleistung nicht mehr oder zumindest nur noch einge­ schränkt funktionstüchtig. Um die Rückstände der Addi­ tive und sonstige untrennbare Ablagerungen von dem Ruß­ filterkörper zu entfernen, wird dessen Umkehrspülung mit einem geeigneten flüssigen Spülmittel vorgeschlagen (vgl. EP 1060780 A1 und DE 43 13 132 A1). Das Rückspülen von Gasfiltern zu deren Reinigung mittels einer Spül­ flüssigkeit wird auch auf anderen Gebieten der Technik eingesetzt (vgl. z. B. DE 43 25 660 C2).

Gemäß der DE 199 59 955 A1, die sich ebenso wie die wei­ ter oben erwähnten EP 1060780 A1 und DE 43 13 132 A1 mit dem Problem des Entfernens untrennbarer Rückstände von Partikelfiltern in Abgasanlagen von Dieselmotoren be­ faßt, soll das Gehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung zu beiden Seiten des Rußfilterkörpers Zugangsöffnungen aufweisen, durch welche ein geeignetes gasförmiges Spülmedium dem Rußfilterkörper auf der einen Seite zu­ geführt und auf der anderen Seite wieder entzogen wird.

Aufbauend auf diesen Stand der Technik liegt der vor­ liegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die sich durch eine besonders wirkungsvolle Reinigung des Rußfilterkörpers auszeichnen, ohne daß hierzu ein besonderer baulicher Aufwand bei der Her­ stellung der Abgasreinigungsvorrichtung oder ein unver­ hältnismäßig hoher Aufwand bei der Durchführung des Reinigungsverfahrens erforderlich wäre.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfin­ dung durch die in den Ansprüchen 1 und 7 angegebenen Verfahren. Eine erfindungsgemäße, zur Durchführung die­ ser Verfahren geeignete Vorrichtung ist in Anspruch 8 angegeben. Demnach ist es ein erstes wesentliches Merk­ mal der vorliegenden Erfindung, daß die Abgasreini­ gungsvorrichtung zum Reinigen des in dieser enthaltenen Rußfilterkörpers in eine im wesentlichen vertikale Stellung gebracht wird, und zwar mit dem Abgaseintritt nach oben und mit dem Abgasaustritt nach unten. Zur Reinigung des Rußfilterkörpers wird durch den Abgasein­ tritt in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung Druckgas eingeblasen. Durch den Abgasaustritt, d. h. von unten wird in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung Spülmittel zugeführt. Zum Einsatz gelangt im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein geeignetes flüssiges Spül­ mittel (vgl. EP 1060780 A1), und zwar vor dem Hinter­ grund der Erkenntnis, daß dies eine weitaus effektivere Reinigung des Rußfilterkörpers gestattet als eine Um­ kehrspülung mit einem gasförmigen Spülmedium. Das dem Inneren der Abgasreinigungsvorrichtung durch den Abgas­ austritt zugeführte flüssige Spülmittel steigt so weit an, bis der Flüssigkeitsspiegel das Niveau der im Ge­ häuse der Abgasreinigungsvorrichtung angeordneten Ge­ häuseöffnung(en) erreicht. Durch jene mindestens eine Gehäuseöffnung verläßt allerdings nicht nur das Spül­ mittel die Abgasreinigungsvorrichtung, sondern vielmehr auch das von oben, durch den Abgaseintritt in die Ab­ gasreinigungsvorrichtung eingepreßte Druckgas. Hier­ durch kann es im Bereich der mindestens einen Gehäuse­ öffnung zu instationären Zuständen kommen, die sich wiederum in abrupten Veränderungen der Druck- und Strö­ mungsverhältnisse im Inneren der Abgasreinigungsvor­ richtung niederschlagen. Die hieraus resultierenden Un­ stetigkeiten der Spülströmung begünstigen, daß sich die an der Oberfläche des Rußfilterkörpers anhaftenden Ab­ lagerungen lockern und mit dem Spülmittel ausgetragen werden.

Zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren bereits im Zusammenhang mit solchen Abgasreinigungsvorrichtungen, die (lediglich) einen oder mehrere Rußfilterkörper ent­ halten, als besonders günstig und effizient aus, so gilt dies in einem noch weit höheren Maße, wenn die Ab­ gasreinigungsvorrichtung zusätzlich zu dem mindestens einen Rußfilterkörper einen diesem vorgeschalteten ka­ talytischen Abgasreinigungskörper enthält (vgl. DE 199 59 955 A1 und EP 0405310 A2). Die katalytischen Abgasreinigungskörper derartiger Abgasreinigungsvor­ richtungen nehmen Schaden, wenn sie mit flüssigem Spül­ mittel, wie es gemäß der EP 1060780 A1 zur Reinigung von Rußfilterkörpern mittels Umkehrspülung vorgeschla­ gen wird, in Berührung kommen. Dies ist der Hintergrund dafür, daß die DE 199 59 955 A1 die Umkehrspülung des Rußfilterkörpers mit Luft oder einem anderen offen­ sichtlich gasförmigen Spülmedium vorsieht. In Anwendung der vorliegenden Erfindung läßt sich somit mit minima­ lem Aufwand und ohne die Gefahr einer Beschädigung des katalytischen Abgasreinigungskörpers der mindestens ei­ ne Rußfilterkörper auch von solchen Abgasreinigungsvor­ richtungen wirksam mittels Umkehrspülung reinigen, die als kombinierte Abgasreinigungsvorrichtungen einen Ka­ talysatorkörper und mindestens einen nachgeschalteten Rußfilterkörper enthalten. Die mindestens eine Gehäuse­ Öffnung ist in diesem Falle zwischen dem abströmseiti­ gen Ende des Katalysatorkörpers und dem zuströmseitigen Ende des Rußfilterkörpers anzuordnen. Unterstützt durch die Wirkung des durch den Abgaseintritt in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung eingeblasenen Druckgases ist sichergestellt, daß das der Abgasreinigungsvorrich­ tung durch den Abgasaustritt zugeführte flüssige Spül­ mittel den Rußfilterkörper effektiv reinigt, ohne al­ lerdings in Kontakt mit dem Katalysatorkörper zu gelan­ gen. Das Spülmittel verläßt die aufrecht stehende Ab­ gasreinigungsvorrichtung durch die mindestens eine Ge­ häuseöffnung auf einem Niveau unterhalb des abströmsei­ tigen Endes des Katalysatorkörpers.

Nicht nur läßt sich ersichtlich das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren mit einem vergleichsweise geringen apparativen Aufwand durchführen. Auch ist die Herstel­ lung der Abgasreinigungsvorrichtungen, deren Rußfilter­ körper sich in Anwendung der vorliegenden Erfindung reinigen lassen, nicht mit einem Mehraufwand verbunden. Insbesondere bedarf es nicht der gemäß der DE 199 59 955 A1 vorgesehenen Teilbarkeit des Gehäuses der Abgasrei­ nigungsvorrichtung, um dieses zwischen dem Rußfilter­ körper und dem Katalysatorkörper trennen zu können. Selbst die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche Gehäuseöffnung braucht nicht eigens zu diesem Zweck in das Gehäuse eingebracht zu werden; denn gerade solche kombinierten Abgasreini­ gungsvorrichtungen, die einen Katalysatorkörper und ei­ nen nachgeschalteten Rußfilterkörper umfassen, weisen zur Aufnahme entsprechender Sensoren Gehäuseöffnungen auf. Bei Anordnung dieser Gehäuseöffnungen in axialer Richtung zwischen dem abströmseitigen Ende des Kataly­ satorkörpers und dem zuströmseitigen Ende des Rußfil­ terkörpers eignen sich diese Gehäuseöffnungen hervorra­ gend, um hieran für die Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens die Spülmittelauffangeinrichtung anzu­ schließen.

Eine erste bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß das der Spül­ mittelauffangeinrichtung zugeführte Spülmittel gerei­ nigt und anschließend erneut der Spülmittelquelle wie­ der zugeführt wird. Bei dieser Weiterbildung der Erfin­ dung zirkuliert somit das Spülmittel bei kontinuierli­ cher Reinigung, insbesondere durch Filtrierung. Ein solcher geschlossener Kreislauf ist insbesondere unter Gesichtspunkten des Umweltschutzes günstig; denn bei den Rückständen der Additive, die durch die Umkehrspü­ lung von der Oberfläche des Rußfilterkörpers entfernt werden, handelt es sich um Problemstoffe, die einer ge­ ordneten Entsorgung bedürfen.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Er­ findung wird die Druckgasströmung mittels einer in den Abgaseintritt eingesetzten einstellbaren Drosselein­ richtung beeinflußt. Auf diese Weise läßt sich der Druckgasdurchfluß auf die jeweilige Abgasreinigungsvor­ richtung abstimmen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Strömungsprofil der Druckgasströmung mittels einer in den Abgaseintritt eingesetzten Strömungs­ leiteinrichtung dergestalt vergleichmäßigt wird, daß der Katalysatorkörper von dem Druckgas möglichst homo­ gen durchströmt wird.

Gemäß einer abermals anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach Beendigung der Zufuhr von Spülmittel durch den Abgasaustritt in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung die Druckgaszu­ fuhr bei geschlossener Gehäuseöffnung noch eine Zeit lang aufrecht erhalten bleibt. Hierdurch wird zunächst das in dem unteren Bereich der Abgasreinigungsvorrich­ tung angesammelte Spülmittel durch den Abgasaustritt ausgetrieben. Anschließend wird der Rußfilterkörper durch die Durchströmung mit Druckgas getrocknet. Ein dem Abgasaustritt räumlich zugeordneter Feuchtefühler kann den Abschluß der Trocknung des Rußfilterkörpers ermitteln und dem Steuergerät das Ende des Reinigungs­ vorgangs signalisieren.

Hinzuweisen ist im Hinblick auf die ausgeprägten Vor­ teile der vorliegenden Erfindung ergänzend darauf, daß nicht nur keine kostenträchtigen besonderen baulichen Maßnahmen, wie insbesondere Trennmöglichkeiten an der Abgasreinigungsvorrichtung selbst vorgesehen zu werden brauchen, sondern daß vielmehr selbst die unlösbare Verbindung der Abgasreinigungsvorrichtung mit angren­ zenden Abgasrohren der Durchführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens nicht entgegensteht. In diesem Falle braucht lediglich die Druckgasquelle an das Abgaszu­ strömrohr zur Abgasreinigungsvorrichtung und die Spül­ mittelquelle an das die Abgasreinigungsvorrichtung ver­ lassende Abgasabströmrohr angeschlossen zu werden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand ei­ nes in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert. Zur Reinigung des Rußfilterkörpers 1 einer Abgasreinigungsvorrichtung 2, in deren Gehäuse 3 stromaufwärts des Rußfilterkörpers 1 ein Katalysatorkörper 4 aufgenommen ist, wird die Ab­ gasreinigungsvorrichtung zunächst in eine solche verti­ kale Stellung gebracht, daß der Abgaseintritt 5 oben und der Abgasaustritt 6 unten angeordnet sind. Aus zwei Gehäuseöffnungen 7 definierenden Stutzen 8, die in axialer Richtung der Abgasreinigungsvorrichtung 2 zwi­ schen dem Katalysatorkörper 4 und dem Rußfilterkörper 1 angeordnet sind, werden die hier beim Betrieb der Ab­ gasreinigungsvorrichtung eingesetzten Sonden entfernt. Anschließend wird an diese beiden Stutzen 8 die Spül­ mittelrückführleitung 9 einer Spülmittelauffangeinrich­ tung 10 angeschlossen. Die Spülmittelauffangeinrichtung 10 umfaßt darüber hinaus einen Filter 11 zur Reinigung des die Abgasreinigungsvorrichtung verlassenden Spül­ mittels und ein Spülmittelvorratsbehälter 12.

In den Abgaseintritt 5 der Abgasreinigungsvorrichtung werden eine Strömungsleiteinrichtung 13 in Form eines Strömungsleitbleche 14 und eine Drosseleinrichtung 15 in Form einer einstellbaren Blende 16 eingesetzt. An­ schließend wird an den Abgaseintritt über eine Druck­ gasleitung 17 eine Druckgasquelle 18 in Form eines Ver­ dichters 19 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel wird als Druckgas Luft verwendet, so daß der Verdichter 19 als Luftverdichter ausgeführt ist.

An den Abgasaustritt 6 wird eine Spülmittelquelle 20 umfassend eine Spülmittelpumpe 21 und eine in die Spül­ mittelzuführleitung 22 eingesetzte Druck- und Durch­ flußregeleinrichtung 23 angeschlossen. Die Spülmittel­ pumpe 21 steht über eine Saugleitung 24 mit dem Spül­ mittelvorratsbehälter 12 in Verbindung.

Um die Reinigung des Rußfilterkörpers 1 durch Umkehr­ spülung zu beginnen, wird zunächst der Verdichter 19 in Betrieb genommen. Die durch diesen in die Abgasreini­ gungsvorrichtung 2 geförderte Luft verläßt das Gehäuse 3 der Abgasreinigungsvorrichtung durch die Stutzen 8. Durch Einstellen der Blende 16 wird der Luftdurchsatz auf die jeweilige Abgasreinigungsvorrichtung abge­ stimmt. Anschließend wird die Spülmittelpumpe 21 in Be­ trieb gesetzt. Diese fördert flüssiges Spülmittel aus dem Spülmittelvorratsbehälter 12 durch den Abgasaus­ tritt 6 in die Abgasreinigungsvorrichtung 2. Durch Ein­ stellen der Druck- und Durchflußregeleinrichtung 23 wird der Spülmitteldurchsatz auf die jeweilige Abgas­ reinigungsvorrichtung abgestimmt. Der Flüssigkeitsspie­ gel in dem Gehäuse 3 steigt so weit an, bis er das Ni­ veau der Stutzen 8 erreicht. Das die Abgasreinigungs­ vorrichtung durch die Stutzen 8 verlassende Spülmittel strömt nach Filtrierung im Filter 11 in den Spülmittel­ vorratsbehälter 12 zurück.

Wird durch eine abnehmende Beladung des die Abgasreini­ gungsvorrichtung durch die Stutzen 8 verlassenden Spül­ mittels mit Verunreinigungen festgestellt, daß die Rei­ nigung des Rußfilterkörpers 1 abgeschlossen ist, so wird die Pumpe 21 abgeschaltet. Der Verdichter 19 bleibt hingegen eingeschaltet. Zugleich wird das Wege­ ventil 25 dergestalt umgesteuert, daß der Abgasaustritt 6 über die Entleerungsleitung 26 unmittelbar mit dem Spülmittelvorratsbehälter 12 verbunden wird. Die durch den Verdichter 19 in die Abgasreinigungsvorrichtung eingeblasene Luft verläßt das Gehäuse 3 durch die Stut­ zen 8. Zugleich sinkt der Flüssigkeitsspiegel des Spül­ mittels durch dessen Rückströmung in den Spülmittelvor­ ratsbehälter 12 über die Entleerungsleitung 26. Befin­ det sich in der Spülmittelrückströmleitung 9 aus­ schließlich noch Luft, wird das in dieser angeordnete Ventil 27 geschlossen. Fortan verläßt sämtliche in die Abgasreinigungsvorrichtung eingeblasene Luft das Gehäu­ se ausschließlich durch den Abgasaustritt 6. Hierdurch wird der gereinigte Rußfilterkörper 1 getrocknet. Ist die Trocknung abgeschlossen, wird der Verdichter 19 ab­ geschaltet. Die Abgasreinigungsvorrichtung 2 kann nun der zur Reinigung des Rußfilterkörpers 1 eingesetzten Vorrichtung entnommen und wieder in das betreffende Kraftfahrzeug eingebaut werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reinigung des mindestens einen Ruß­ filterkörpers (1) einer Abgasreinigungsvorrichtung (2), welche ein den mindestens einen Rußfilterkör­ per (1) umgebendes Gehäuse (3) mit einem Abgasein­ tritt (5) und einem Abgasaustritt (6) aufweist, durch Umkehrspülung, umfassend die folgenden Schritte:

• - Ausrichten der Abgasreinigungsvorrichtung (2) in eine im wesentlichen vertikale Stellung derge­ stalt, daß der Abgaseintritt (5) oberhalb des Ab­ gasaustritts (6) angeordnet ist;
• - Öffnen mindestens einer Gehäuseöffnung (7), wel­ che in Durchströmungsrichtung der Abgasreini­ gungsvorrichtung (2) stromaufwärts des mindestens einen Rußfilterkörpers (1) angeordnet ist;
• - Anschließen einer Spülmittelauffangeinrichtung (10) an die mindestens eine Gehäuseöffnung (7);
• - Zuführen von Druckgas durch den Abgaseintritt (5) in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung (2);
• - Zuführen von Spülmittel durch den Abgasaustritt (6) in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Spülmittelauffangeinrichtung (10) zuge­ führte Spülmittel gereinigt und anschließend erneut der Spülmittelquelle wieder zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgasströmung mittels einer in den Abgaseintritt (5) eingesetzten einstellbaren Dros­ seleinrichtung (15) beeinflußt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsprofil der Druckgasströmung mit­ tels einer in den Abgaseintritt (5) eingesetzten Strömungsleiteinrichtung (13) vergleichmäßigt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgaszufuhr bei geschlossener Gehäuse­ öffnung (7) länger aufrechterhalten bleibt als die Spülmittelzufuhr.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckgaszufuhr so lange aufrechterhalten bleibt, bis der Rußfilterkörper getrocknet ist.

7. Verfahren zur Reinigung des mindestens einen Ruß­ filterkörpers (1) einer Abgasreinigungsvorrichtung (2), welche ein den mindestens einen Rußfilterkör­ per (1) und mindestens einen diesem vorgeschalteten Katalysatorkörper (4) umgebendes Gehäuse (3) mit einem Abgaseintritt (5) und einem Abgasaustritt (6) aufweist, durch Umkehrspülung, wobei das Gehäuse (3) in Strömungsrichtung zwischen dem mindestens einen Katalysatorkörper (4) und dem mindestens ei­ nen Rußfilterkörper (1) mindestens eine Gehäuseöff­ nung (7) aufweist, umfassend die folgenden Schrit­ te:

- Ausrichten der Abgasreinigungsvorrichtung (2) in eine im wesentlichen vertikale Stellung derge­ stalt, daß der Abgaseintritt (5) oberhalb des Ab­ gasaustritts (6) angeordnet ist;

• - Öffnen der mindestens einen Gehäuseöffnung (7);
• - Anschließen einer Spülmittelauffangeinrichtung (10) an die mindestens eine Gehäuseöffnung (7);
• - Zuführen von Druckgas durch den Abgaseintritt (5) in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung;
• - Zuführen von Spülmittel durch den Abgasaustritt (6) in das Innere der Abgasreinigungsvorrichtung.

8. Vorrichtung zur Reinigung des mindestens einen Ruß­ filterkörpers (1) einer Abgasreinigungsvorrichtung (2), welche ein den mindestens einen Rußfilterkör­ per (1) umgebendes Gehäuse (3) mit einem Abgasein­ tritt (5) und einem Abgasaustritt (6) aufweist, durch Umkehrspülung, umfassend eine Aufnahme zur Fixierung der Abgasreinigungsvorrichtung (2) in ei­ ner im wesentlichen vertikalen Stellung dergestalt, daß der Abgaseintritt (5) oberhalb des Abgasaus­ tritts (6) angeordnet ist, eine Druckgasquelle (18) mit einer zur Verbindung mit dem Abgaseintritt (5) geeigneten Anschlußeinheit, eine Spülmittelquelle (20) mit einer zur Verbindung mit dem Abgasaustritt (6) geeigneten Anschlußeinheit und eine Spülmitte­ lauffangeinrichtung (10) mit einer zur Verbindung mit mindestens einer Gehäuseöffnung (7) geeigneten Anschlußeinheit.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Abgasaustritt (6) der zu reinigenden Abgasreinigungsvorrichtung (2) räumlich zugeordne­ ter Feuchtefühler vorgesehen ist, der mit einer Steuereinrichtung in Verbindung steht.