CH663253A5 - Exhaust particle filter for internal combustion engines - Google Patents

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CH663253A5
CH663253A5 CH1818/84A CH181884A CH663253A5 CH 663253 A5 CH663253 A5 CH 663253A5 CH 1818/84 A CH1818/84 A CH 1818/84A CH 181884 A CH181884 A CH 181884A CH 663253 A5 CH663253 A5 CH 663253A5
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exhaust
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CH1818/84A
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Ernst Dr Jenny
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Bbc Brown Boveri & Cie
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Abstract

The exhaust particle filter (7) for internal combustion engines (1) is divided into two ducts (7a, 7b) arranged in parallel. A control flap (10), which can be controlled as a function of the engine load, channels the exhaust gases (5) from the engine to one or both ducts (7a, 7b). Complete exhaust particle filtering is thus guaranteed during the entire period of operation. The controlled admission to the ducts (7a, 7b) permits complete burning of the exhaust particles trapped there. In the case of forced induction with a gas-dynamic charger, the particle-free exhaust gases (9) ahead of the pressure-wave machine (3) have a high mixing temperature, thereby guaranteeing a high boost rate. <IMAGE>

Description

       

  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Abgaspartikelfilter für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaspartikelfilter (7) mehrere parallelgeschaltete Fluten (7a, 7b) aufweist, wobei eine Steuer   klappe ( 10)    die Zuströmung der Motorabgase (5) zu einer oder zu mehreren Fluten (7a, 7b) kanalisiert.



   2. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerklappe (10) motorlastabhängig in Position geht.



   3. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flut (7a) wärmeisoliert (8) ist.



   4. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluten (7a, 7b) vor einer gasdynamischen Druckwellenmaschine (3) angeordnet sind.



   Die Erfindung betrifft einen Abgaspartikelfilter für Brennkraftmaschinen.



   Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren ist es beispielsweise aus EP-A 0 072 059 bekannt, im Hochdruckteil des Abgassystems vor einer Druckwellenmaschine einen Abgaspartikelfilter anzuordnen. Tritt nun bei Teillast eine Verstopfung des Abgaspartikelfilters auf, dann bewirkt dessen Druckverlust primär eine Behinderung des Gaswechsels innerhalb des Motorsystems, was eine Reduktion der Nutzleistung zur Folge hat. Die Leistungseinbusse wird vom Fahrzeuglenker durch eine grössere Brennstoffzuführung wettgemacht. Fordert der Fahrzeuglenker dem Fahrzeug genügend Leistung ab, so steigt die Abgastemperatur stark an und es kommt automatisch zu einem Abbrennen der im Filter abgelagerten Abgaspartikeln.



   Beim PKW dominieren üblicherweise die Fahrten bei kleiner Last, und es stellt sich die Aufgabe, zu sichern, dass das Abbrennen in den seltenen Hochlastperioden genügend erfolgt. Dabei ist an Fahrer zu denken, die dem Fahrzeug sehr wenig Leistung abfordern.



   Es kommt dazu, dass die Reaktion nicht sofort einsetzt.



  Die Abbrenngeschwindigkeit hängt sehr steil von der Temperatur der Partikeln, von der Sauerstoffkonzentration im Abgas sowie von der vorhandenen Partikelmenge ab. Die Abbrenngeschwindigkeit kann durch katalytische Beschichtung des Abgaspartikelfilters und durch Zusätze im Brennstoff erhöht werden. Die Perioden mit hoher Motorlast folgen meist auf solche mit tiefer Last. Man denke an das Beschleunigen nach einem Halt an der Ampel oder das Wiederbeschleunigen nach einer Schubphase im Verkehrsfluss.

  In   derTieflastphase    kühlen die Abgase den Partikelfilter und die Partikeln auf typisch   200"C.    Beim Beschleunigen springt zwar die Abgastemperatur nach Zylinder sehr schnell auf über   500"C.    Die Filtermasse und die Russparti   keln    müssen indessen zuerst auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das Abbrennen rasch genug erfolgen kann.



  Das dauert typisch 10 Sekunden. Nach dieser Zeit wird häufig schon wieder Gas weggenommen. Man erkennt die Schwierigkeit zu sichern, dass die Abgaspartikelfilter wirklich in jedem Fahrbetrieb nicht unzulässig verstopft werden.



   Es besteht auch die Gefahr, dass der Abgaspartikelfilter sehr stark beladen wird und es dann bei einer seltenen längeren Hochlastphase durch zu intensives Abbrennen zu einer Beschädigung desselben kommt. Man sucht somit Systeme, welche gewährleisten, dass die Abgaspartikelfilter möglichst häufig abbrennen und nie zu stark beladen werden. Dies reduziert auch den parasitären Druckabfall im Abgaspartikelfilter.



   Bei Motoren mit abgasgetriebenen Aufladegeräten, bei denen der   Abgaspartikelfilterzwischen    Motorauspuff und Gaseintritt des Ladegerätes geschaltet ist, kommt es nun zu einem weiteren Problem: Das Beschleunigungsverhalten ist ungenügend. Das erklärt sich wie folgt. Beim Beschleunigen springt zwar die Abgastemperatur nach Zylinder, wie oben erwähnt, sofort auf über   500"C.    Die Abgase werden aber - durch die grosse kalte Masse des Abgaspartikelfilters zuerst auf Werte um   200"C    vor Ladegerät abgekühlt. Bei so tiefer Temperatur ist das ausnützbare Enthalpie-Gefälle gering und die Aufladewirkung bleibt gering. Der Motor gibt nicht viel mehr Leistung ab als unaufgeladen. Dann verliert aber die Aufladung ihren Sinn.



   Man kommt sofort auf den Gedanken, durch Reduktion des Durchflussquerschnittes des Ladegerätes den Stau im Auspuff zu vergrössern. Bei Turboladern mit fixer Turbine liegt das aber ausserhalb des Machbaren, wenn im Normalbetrieb noch befriedigende Wirkungsgrade erreicht werden sollen. Bei Turboladern mit variabler Turbinengeometrie und bei Druckwellenladern kann die Schluckfähigkeit erniedrigt werden. Der Gegendruck im Auspuff steigt aber auf die Grössenordnung von 1 bar über den Aufladedruck. Der nützbare Mitteldruck des Motorprozesses wird um diesen Betrag verringert, und die Verbesserung der Fahrleistung ist enttäuschend, abgesehen vom Verbrauchsnachteil, der damit verbunden ist.



   Der Abgaspartikelfilter zwischen Motorauslass und Ladegerät-Gaseintritt bringt ein ernstes Beschleunigungsproblem.



  Das Anordnen des Abgaspartikelfilters nach Ladegerät war bisher erfolglos, da dort die Temperaturen tiefer sind und ein sicheres Abbrennen nicht gegeben ist.



   Es ist ein grosses Anliegen, eine Lösung für die Anordnung des Abgaspartikelfilters vor Ladegerät zu finden.



   Die Beschleunigungsleistung kann durch Overfuelling etwas verbessert werden. Man versteht darunter, dass die Einspritzmenge höher getrieben wird, als das üblicherweise wegen der Russentwicklung zulässig ist. Der entstehende Russ wird zum grössten Teil im Abgaspartikelfilter aufgefangen. Diese Massnahme ist aber begrenzt, da sonst der Abgaspartikelfilter zu rasch verschmutzt. Man muss daher zusätzlich fordern, dass das Ladegerät rasch Ladedruck abgibt und eine weitere Steigerung des Mitteldrucks des Motors ermöglicht, ohne extrem tiefen Luftüberschuss. Dazu muss die Abgastemperatur des Ladegeräts in ca. 1 Sekunde auf   350-400"C    steigen. Damit ist ein Ladedruckverhältnis von 1,5 erzielbar.



   Aus einem Papier mit Kennzeichen FEV-D 1159, verteilt anlässlich des am 3.-4. Okt. 1983 an der Technischen Akademie Wupperthal, Deutschland, gehaltenen Symposiums über Fahrzeugdieselmotoren, ist es bekannt, über einem bestimmten Leistungsbereich des Motors, mindestens während der Beschleunigungsphase, einen Teil der Abgase, z.B.



  die Hälfte, durch einen Bypass direkt vor den Lader zu leiten.



  Dort entsteht dann sofort die angestrebte Mischtemperatur von   350-400"C.    Alle Massnahmen, die Abgastemperatur auch bei Teillast zu erhöhen, und damit den Abgaspartikelfilter nie zu kalt werden zu lassen, gehen in die richtige Richtung. Das Öffnen des Bypasses muss 1-2 bar unterhalb des Mitteldruckes bei unaufgeladenem Betrieb erfolgen. Ein PKW fährt im üblichen Betrieb und z.B. auch im US-City Zyklus nur wenige Prozent der Zeit über dieser Grenze. Die Russerzeugung ist allerdings bei grosser Last höher.

 

  Trotzdem wird über der genannten Grenze nur ein Bruchteil des Russes erzeugt. Wenn davon ein Teil nicht filtriert wird, ist gesamthaft der gesetzliche Grenzwert trotzdem erreichbar. Eine Ausnahme könnten die extremen Vorschriften in Californien bilden.



   Dagegen sind folgende Einwände vorbringbar: Das System kann missbräuchlich auf Bypassbetrieb blockiert und damit  



  die gesetzgeberische Absicht umgangen werden. Auch wird gerade in der Periode, in der Dieselautos erfahrungsgemäss am meisten rauchen, ein Teil der Abgase nicht filtriert. Die Möglichkeit des leichten Overfuelling beim Beschleunigen ist verbaut. Und es ist evtl. nicht möglich, Grenzwerte wie sie in Californien vorgeschrieben sind, sicher einzuhalten.



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie im unabhängigen Anspruch 1 gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, das Abgaspartikelfiltersystem so zu konzipieren, dass während des ganzen Betriebes eine vollständige Filterung der Abgase gegeben wird, wobei das Abbrennen des Russes in allen Fällen verbessert wird.



   Darüber hinaus wird das Problem der Beschleunigung von mit Abgasladern aufgeladenen Brennkraftmaschinen gelöst.



  Die Erfindung ist sowohl für unaufgeladene als auch für aufgeladene Brennkraftmaschinen von Nutzen, wobei es sich im letzten Fall um mechanische Lader, Abgasturbolader oder Druckwellenlader handeln kann.



   In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und zwar anhand einer aufgeladenen Brennkraftmaschine.



   Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmediums ist mit Pfeilen bezeichnet.



   Gemäss der einzigen Figur ist die Brennkraftmaschine 1 ein vierzylindrischer Dieselmotor, welcher luftseitig über eine Ladeluftleitung 2 mit einer gasdynamischen Druckwellenmaschine 3 verbunden ist. Diese ist niederdruckseitig mit einer Ansaugleitung 4 für Frischluft versehen. Die Funktionsweise der Druckwellenmaschine 3, welche nicht Gegenstand der Erfindung ist, ist in CH-PS   418730    erläutert.



   Die Motorabgase gelangen über eine Abgassammelleitung 5 in die Druckwellenmaschine 3, aus der sie nach Abgabe ihrer Energie über einen Auspuff 6 in die Atmosphäre ausgestossen werden. Nicht gezeigt bei dieser Anordnung sind die üblichen Luftfilter und Schalldämpfer.



   In der Abgassammelleitung 5 findet die Abgasfilterung statt. Hierzu besteht der Filter 7 aus zwei Fluten, die im Ausführungsbeispiel in eine sogenannte Hochtemperaturflut 7a und eine sogenannte Niedertemperaturflut 7b unterteilt sind.



  Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind diese Fluten   nebeneinandergeordnet;    sie könnten indessen genau so gut koaxial ineinander geschoben sein.



   Die Hochtemperaturflut 7a ist mit einer thermischen Isolation 8 umgeben, die beispielsweise so ausgelegt sein kann, dass die Hochtemperaturflut 7a, wenn sie nicht beaufschlagt wird, in 5 Minuten nur um etwa   10"C    abkühlt. Strömungsmässig entspricht die Filteranordnung einer Parallelschaltung, d.h., die Fluten 7a, 7b können gleichzeitig von je einem Abgasteilstrom beaufschlagt werden. Stromabwärts des Filters 7 vereinigen sich diese Teilströme, nunmehr partikelrein, im Hochdruckgaskanal 9.



   Die beiden Fluten 7a, 7b können unterschiedlich dimensioniert werden; dabei ist ihre Gesamtmasse kleiner als diejenige zweier Abgaspartikelfilter normaler Ausführung.



   Stromaufwärts des Filters 7 ist zur Kanalisierung der Motorabgase eine Steuerklappe 10 in der Abgassammelleitung 5 angeordnet. Sie kann so positioniert werden, dass entweder nur eine der beiden Fluten 7a und 7b oder beide Fluten 7a, 7b gleichzeitig mit gleich grosser oder unterschiedlicher Abgasmasse beaufschlagt werden. Die Betätigung der Steuerklappe 10 kann in nicht gezeigter Weise in Funktion des Regelstangenweges der Einspritzpumpe bei einem mittleren indizierten Druck von beispielsweise 5,5 bar erfolgen. Vorzugsweise bietet sich für die Klappenbetätigung die Motorlast als Steuergrösse an.



   Die Wirkungsweise der Erfindung ist nun die folgende:
Ausser beim ersten Anfahren, wird die Hochtemperaturflut 7a nur mit heissen Abgasen beaufschlagt.



   Bei der den Kaltstart darauffolgenden Beschleunigungsphase springt die Abgastemperatur nach Zylinder schnell auf über   500"C.    Während dieser Hochleistungsperiode werden die Abgase bestimmungsgemäss durch die Hochtemperaturflut 7a geleitet. Zwar ist anfänglich, infolge Aufwärmung der kalten Hochtemperaturflut 7a, mit einer Abkühlung der Abgase vor Druckwellenlader 3 zu rechnen; indessen ist diese Temperatur-Absenkung nur von sehr kurzer Dauer, denn einerseits ist die Hochtemperaturflut 7a noch nicht mit Russpartikeln beladen und andererseits konnte ihre Masse durch die Aufteilung der Abgasfilterung in zwei Fluten 7a, 7b, unter Berücksichtigung des gegebenen Abgasstromes, minimiert werden. Damit ist gewährleistet, dass sich hier die zum Abbrennen der Russpartikeln notwendige Temperatur von   500"-550"C    schnell einstellen kann.



   Dauert eine Hochtemperaturperiode, beispielsweise bei Bergfahrten, längere Zeit an, so schaltet die Steuerklappe 10 auf die Niedertemperaturflut 7b um, so dass es auch hier rasch zu einem Abbrennen der abgelagerten Russpartikeln kommt.



   Allerdings, um die Temperatur vor der Druckwellenmaschine 3 nicht absacken zu lassen, nimmt die Steuerklappe 10 eine gesteuerte intermediäre Stellung ein, wodurch vorerst beide Fluten 7a, 7b mit heissen Abgasen beaufschlagt werden. Die Mischtemperatur aus den beiden Abgasströmen kann somit hoch gehalten werden, was der Druckwellenmaschine 3 erlaubt, Ladedruck abzugeben. Nach wenigen Sekunden ist dann auch die Niedertemperaturflut 7b soweit erwärmt, dass die dort abgelagerten Russpartikeln abbrennen können. Bei Schubbetrieb, Teillast sowie allgemein bei Niedertemperaturperioden wird bestimmungsgemäss die Niedertemperaturflut 7b beaufschlagt. Dies führt bei längerer Dauer zwangsläufig zu einer Absenkung der Temperatur unter den Abbrennpunkt.



   Demgegenüber erhält sich die Abbrenntemperatur in der Hochtemperaturflut 7a weiter aufrecht. Bei Vorhandensein einer Motorelektronik ist eine mehrdimensionale Steuerung der Klappe 10 möglich. In diesem Fall kann die Hochtemperaturflut 7a längere Zeit zugeschaltet bleiben, und zwar so lange, als die Verbrennung fortbesteht.

 

   Wird die Bedingung, wonach die Niedertemperaturflut 7b unter allen Umständen genügend häufig abzubrennen hat, nicht erreicht, so muss wie folgt vorgegangen werden:
Die Fluten 7a, 7b tauschen periodisch ihre Funktion. Die einzelne Beaufschlagungsperiode kann z.B. 10 Min. dauern oder eine bestimmte Fahrstrecke betragen. Das Umschalten durch die Steuerklappe 10 erfolgt zweckmässig am Ende einer Hochtemperaturphase, da dann die Niedertemperaturflut 7b entsprechend erwärmt ist und wenig Zeit verstreicht, bis die die Hochtemperaturfunktion übernehmen kann. In dieser neuen Funktion wird die dortige Russbelegung in kurzer Zeit auf einen tiefen Wert reduziert.



   Wird diese Funktionsumschaltung gewählt, so muss selbstverständlich die Masse der einzelnen Fluten 7a, 7b entsprechend angepasst werden. 



  
 

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   PATENT CLAIMS
1. exhaust gas particle filter for internal combustion engines, characterized in that the exhaust gas particle filter (7) has a plurality of parallel flows (7a, 7b), a control valve (10) controlling the inflow of engine exhaust gases (5) to one or more flows (7a, 7b) channeled.



   2. Exhaust particle filter according to claim 1, characterized in that the control flap (10) goes into position depending on the engine load.



   3. Exhaust gas particle filter according to claim 1, characterized in that at least one flood (7a) is thermally insulated (8).



   4. Exhaust particle filter according to claim 1, characterized in that the floods (7a, 7b) are arranged in front of a gas dynamic pressure wave machine (3).



   The invention relates to an exhaust gas particle filter for internal combustion engines.



   In the case of supercharged internal combustion engines, it is known, for example from EP-A 0 072 059, to arrange an exhaust gas particle filter in the high-pressure part of the exhaust system in front of a pressure wave machine. If a blockage of the exhaust gas particle filter occurs at partial load, its pressure loss primarily causes an impediment to the gas exchange within the engine system, which results in a reduction in the useful output. The loss of performance is compensated by the vehicle driver with a larger fuel supply. If the driver demands sufficient power from the vehicle, the exhaust gas temperature rises sharply and the exhaust gas particles deposited in the filter automatically burn off.



   Driving with a light load usually dominates the car, and the task is to ensure that the burning takes place sufficiently in the rare high-load periods. One has to think of drivers who demand very little performance from the vehicle.



   It happens that the reaction does not start immediately.



  The burning rate depends very steeply on the temperature of the particles, on the oxygen concentration in the exhaust gas and on the amount of particles present. The burning rate can be increased by catalytic coating of the exhaust gas particle filter and by additives in the fuel. The periods with high engine load usually follow those with low load. Think of accelerating after a stop at the traffic lights or re-accelerating after a push phase in the flow of traffic.

  In the low-load phase, the exhaust gases cool the particle filter and the particles to typically 200 "C. When accelerating, the exhaust gas temperature after the cylinder jumps very quickly to over 500" C. The filter mass and soot particles must, however, first be heated to a temperature at which they can burn off quickly enough.



  This typically takes 10 seconds. After this time, gas is often removed again. You can see the difficulty in ensuring that the exhaust gas particle filters are not clogged inadmissibly in every driving operation.



   There is also the risk that the exhaust gas particle filter will be very heavily loaded and that in a rare, long, high-load phase, it will be damaged by excessive burning. We are looking for systems that ensure that the exhaust gas particulate filters burn off as often as possible and are never overloaded. This also reduces the parasitic pressure drop in the exhaust particle filter.



   A further problem now arises in engines with exhaust-gas-powered charging devices in which the exhaust-gas particle filter is connected between the engine exhaust and the gas inlet of the charger: the acceleration behavior is insufficient. This is explained as follows. When accelerating, the exhaust gas temperature after the cylinder jumps immediately, as mentioned above, to over 500 "C. However, the exhaust gases are first cooled down to values around 200" C in front of the charger due to the large, cold mass of the exhaust gas particle filter. At such a low temperature, the usable enthalpy gradient is low and the charging effect remains low. The engine does not deliver much more power than when it is not charged. Then the charge loses its meaning.



   One immediately thinks of increasing the congestion in the exhaust by reducing the flow cross-section of the charger. For turbochargers with a fixed turbine, however, this is beyond what is feasible if satisfactory levels of efficiency are to be achieved in normal operation. The swallowing capacity can be reduced in turbochargers with variable turbine geometry and in pressure wave superchargers. The back pressure in the exhaust rises to the order of 1 bar above the boost pressure. The useful medium pressure of the engine process is reduced by this amount, and the improvement in driving performance is disappointing, apart from the consumption disadvantage associated with it.



   The exhaust gas particle filter between the engine outlet and the charger gas inlet creates a serious acceleration problem.



  The arrangement of the exhaust gas particle filter after the charger has so far been unsuccessful, since the temperatures are lower there and there is no reliable burning.



   It is very important to find a solution for the arrangement of the exhaust particle filter in front of the charger.



   Acceleration performance can be improved somewhat by overfilling. This means that the injection quantity is driven higher than is usually permitted due to the development of soot. The resulting soot is largely collected in the exhaust particle filter. However, this measure is limited, since otherwise the exhaust gas particle filter will become contaminated too quickly. It is therefore also necessary to demand that the charger quickly release boost pressure and allow the engine's mean pressure to increase further without an extremely deep excess of air. To do this, the exhaust gas temperature of the charger must rise to 350-400 "C in about 1 second. This enables a boost pressure ratio of 1.5 to be achieved.



   From a paper marked FEV-D 1159, distributed on the occasion of the 3-4. At the symposium on vehicle diesel engines held on October 23, 1983 at the Technical Academy in Wupperthal, Germany, it is known to extract a portion of the exhaust gases over a certain power range of the engine, at least during the acceleration phase, e.g.



  half, bypassing right in front of the loader.



  There, the desired mixing temperature of 350-400 "C is created immediately. All measures to increase the exhaust gas temperature even at partial load, and thus never let the exhaust gas particle filter get too cold, go in the right direction. The bypass must be opened 1-2 A car drives in normal operation and, for example, also in the US City cycle only a few percent of the time over this limit. However, the soot production is higher when the load is high.

 

  Nevertheless, only a fraction of the soot is produced above the limit. If part of it is not filtered, the total legal limit can still be reached. The extreme regulations in California could be an exception.



   The following objections can be raised: The system can be improperly blocked for bypass operation and thus



  the legislative intent is circumvented. Also in the period in which diesel cars are known to smoke the most, some of the exhaust gases are not filtered. The possibility of slight overfilling when accelerating is built-in. And it may not be possible to safely comply with limit values as prescribed in California.



   The invention seeks to remedy this. The invention, as characterized in independent claim 1, is based on the object of designing the exhaust gas particle filter system in such a way that complete filtering of the exhaust gases is given during the entire operation, the burning of the soot being improved in all cases.



   In addition, the problem of accelerating internal combustion engines charged with exhaust gas chargers is solved.



  The invention is useful for both uncharged and supercharged internal combustion engines, the latter being mechanical superchargers, exhaust gas turbochargers or pressure wave superchargers.



   In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically, using a supercharged internal combustion engine.



   All elements not necessary for the immediate understanding of the invention have been omitted. The direction of flow of the working medium is indicated by arrows.



   According to the single figure, the internal combustion engine 1 is a four-cylinder diesel engine, which is connected on the air side to a gas-dynamic pressure wave machine 3 via a charge air line 2. This is provided on the low pressure side with an intake line 4 for fresh air. The operation of the pressure wave machine 3, which is not the subject of the invention, is explained in CH-PS 418730.



   The engine exhaust gases pass through an exhaust manifold 5 into the pressure wave machine 3, from which they are emitted into the atmosphere via an exhaust 6 after their energy has been released. The usual air filters and silencers are not shown in this arrangement.



   The exhaust gas filtering takes place in the exhaust gas manifold 5. For this purpose, the filter 7 consists of two floods, which in the exemplary embodiment are divided into a so-called high-temperature flood 7a and a so-called low-temperature flood 7b.



  For reasons of better clarity, these floods are arranged side by side; however, they could just as easily be pushed into each other coaxially.



   The high-temperature flood 7a is surrounded by a thermal insulation 8, which can be designed, for example, so that the high-temperature flood 7a, if not acted upon, only cools down by about 10 ° C. in 5 minutes. In terms of flow, the filter arrangement corresponds to a parallel connection, ie Floods 7a, 7b can be acted upon by one partial exhaust gas stream at the same time Downstream of the filter 7, these partial streams, now particle-free, combine in the high-pressure gas channel 9.



   The two floods 7a, 7b can be dimensioned differently; their total mass is smaller than that of two normal type exhaust gas filters.



   A control flap 10 is arranged in the exhaust manifold 5 upstream of the filter 7 for channeling the engine exhaust gases. It can be positioned in such a way that either only one of the two floods 7a and 7b or both floods 7a, 7b are simultaneously subjected to the same or different exhaust gas mass. The control flap 10 can be actuated in a manner not shown as a function of the control rod travel of the injection pump at an average indicated pressure of, for example, 5.5 bar. The motor load is a suitable control variable for the flap actuation.



   The operation of the invention is now as follows:
Except when starting up for the first time, the high-temperature flood 7a is only subjected to hot exhaust gases.



   In the acceleration phase following the cold start, the exhaust gas temperature after the cylinder quickly jumps to over 500 ° C. During this high-performance period, the exhaust gases are directed through the high-temperature flood 7a However, this temperature reduction is only of very short duration, because on the one hand the high-temperature flood 7a is not yet loaded with soot particles and on the other hand its mass could be minimized by dividing the exhaust gas filtering into two floods 7a, 7b, taking into account the given exhaust gas flow This ensures that the temperature of 500 "-550" C required to burn off the soot particles can be set quickly.



   If a high-temperature period lasts for a long time, for example when driving uphill, the control flap 10 switches over to the low-temperature flood 7b, so that the deposited soot particles also burn off quickly.



   However, in order not to allow the temperature in front of the pressure wave machine 3 to drop, the control flap 10 assumes a controlled intermediate position, as a result of which both flues 7a, 7b are initially subjected to hot exhaust gases. The mixing temperature from the two exhaust gas streams can thus be kept high, which allows the pressure wave machine 3 to deliver boost pressure. After a few seconds, the low-temperature flood 7b is then heated to such an extent that the soot particles deposited there can burn off. In overrun operation, partial load and generally in low-temperature periods, the low-temperature flood 7b is applied as intended. With a longer duration, this inevitably leads to a lowering of the temperature below the burning point.



   In contrast, the burn-off temperature in the high-temperature flood 7a is maintained. If motor electronics are present, multi-dimensional control of the flap 10 is possible. In this case, the high-temperature flood 7a can remain switched on for a longer period of time, as long as the combustion continues.

 

   If the condition according to which the low-temperature flood 7b has to burn off sufficiently frequently under all circumstances is not reached, the following must be carried out:
The floods 7a, 7b periodically change their function. The individual application period can e.g. Take 10 minutes or a certain distance. Switching through the control flap 10 expediently takes place at the end of a high-temperature phase, since the low-temperature flood 7b is then appropriately heated and little time passes until the high-temperature function can take over. In this new function, the soot occupancy there is reduced to a low value in a short time.



   If this function switchover is selected, the mass of the individual floods 7a, 7b must of course be adjusted accordingly.


    

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE 1. Abgaspartikelfilter für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaspartikelfilter (7) mehrere parallelgeschaltete Fluten (7a, 7b) aufweist, wobei eine Steuer klappe ( 10) die Zuströmung der Motorabgase (5) zu einer oder zu mehreren Fluten (7a, 7b) kanalisiert.  PATENT CLAIMS 1. exhaust gas particle filter for internal combustion engines, characterized in that the exhaust gas particle filter (7) has a plurality of parallel flows (7a, 7b), a control valve (10) controlling the inflow of engine exhaust gases (5) to one or more flows (7a, 7b) channeled. 2. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerklappe (10) motorlastabhängig in Position geht.  2. Exhaust particle filter according to claim 1, characterized in that the control flap (10) goes into position depending on the engine load. 3. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Flut (7a) wärmeisoliert (8) ist.  3. Exhaust gas particle filter according to claim 1, characterized in that at least one flood (7a) is thermally insulated (8). 4. Abgaspartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluten (7a, 7b) vor einer gasdynamischen Druckwellenmaschine (3) angeordnet sind.  4. Exhaust particle filter according to claim 1, characterized in that the floods (7a, 7b) are arranged in front of a gas dynamic pressure wave machine (3). Die Erfindung betrifft einen Abgaspartikelfilter für Brennkraftmaschinen.  The invention relates to an exhaust gas particle filter for internal combustion engines. Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren ist es beispielsweise aus EP-A 0 072 059 bekannt, im Hochdruckteil des Abgassystems vor einer Druckwellenmaschine einen Abgaspartikelfilter anzuordnen. Tritt nun bei Teillast eine Verstopfung des Abgaspartikelfilters auf, dann bewirkt dessen Druckverlust primär eine Behinderung des Gaswechsels innerhalb des Motorsystems, was eine Reduktion der Nutzleistung zur Folge hat. Die Leistungseinbusse wird vom Fahrzeuglenker durch eine grössere Brennstoffzuführung wettgemacht. Fordert der Fahrzeuglenker dem Fahrzeug genügend Leistung ab, so steigt die Abgastemperatur stark an und es kommt automatisch zu einem Abbrennen der im Filter abgelagerten Abgaspartikeln.  In the case of supercharged internal combustion engines, it is known, for example from EP-A 0 072 059, to arrange an exhaust gas particle filter in the high-pressure part of the exhaust system in front of a pressure wave machine. If a blockage of the exhaust gas particle filter occurs at partial load, its pressure loss primarily causes an impediment to the gas exchange within the engine system, which results in a reduction in the useful output. The loss of performance is compensated by the vehicle driver with a larger fuel supply. If the driver demands sufficient power from the vehicle, the exhaust gas temperature rises sharply and the exhaust gas particles deposited in the filter automatically burn off. Beim PKW dominieren üblicherweise die Fahrten bei kleiner Last, und es stellt sich die Aufgabe, zu sichern, dass das Abbrennen in den seltenen Hochlastperioden genügend erfolgt. Dabei ist an Fahrer zu denken, die dem Fahrzeug sehr wenig Leistung abfordern.  Driving with a light load usually dominates the car, and the task is to ensure that the burning takes place sufficiently in the rare high-load periods. One has to think of drivers who demand very little performance from the vehicle. Es kommt dazu, dass die Reaktion nicht sofort einsetzt.  It happens that the reaction does not start immediately. Die Abbrenngeschwindigkeit hängt sehr steil von der Temperatur der Partikeln, von der Sauerstoffkonzentration im Abgas sowie von der vorhandenen Partikelmenge ab. Die Abbrenngeschwindigkeit kann durch katalytische Beschichtung des Abgaspartikelfilters und durch Zusätze im Brennstoff erhöht werden. Die Perioden mit hoher Motorlast folgen meist auf solche mit tiefer Last. Man denke an das Beschleunigen nach einem Halt an der Ampel oder das Wiederbeschleunigen nach einer Schubphase im Verkehrsfluss. The burning rate depends very steeply on the temperature of the particles, on the oxygen concentration in the exhaust gas and on the amount of particles present. The burning rate can be increased by catalytic coating of the exhaust gas particle filter and by additives in the fuel. The periods with high engine load usually follow those with low load. Think of accelerating after a stop at the traffic lights or re-accelerating after a push phase in the flow of traffic. In derTieflastphase kühlen die Abgase den Partikelfilter und die Partikeln auf typisch 200"C. Beim Beschleunigen springt zwar die Abgastemperatur nach Zylinder sehr schnell auf über 500"C. Die Filtermasse und die Russparti keln müssen indessen zuerst auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das Abbrennen rasch genug erfolgen kann. In the low-load phase, the exhaust gases cool the particle filter and the particles to typically 200 "C. When accelerating, the exhaust gas temperature after the cylinder jumps very quickly to over 500" C. The filter mass and soot particles must, however, first be heated to a temperature at which they can burn off quickly enough. Das dauert typisch 10 Sekunden. Nach dieser Zeit wird häufig schon wieder Gas weggenommen. Man erkennt die Schwierigkeit zu sichern, dass die Abgaspartikelfilter wirklich in jedem Fahrbetrieb nicht unzulässig verstopft werden. This typically takes 10 seconds. After this time, gas is often removed again. You can see the difficulty in ensuring that the exhaust gas particle filters are not clogged inadmissibly in every driving operation. Es besteht auch die Gefahr, dass der Abgaspartikelfilter sehr stark beladen wird und es dann bei einer seltenen längeren Hochlastphase durch zu intensives Abbrennen zu einer Beschädigung desselben kommt. Man sucht somit Systeme, welche gewährleisten, dass die Abgaspartikelfilter möglichst häufig abbrennen und nie zu stark beladen werden. Dies reduziert auch den parasitären Druckabfall im Abgaspartikelfilter.  There is also the risk that the exhaust gas particle filter will be very heavily loaded and that in a rare, long, high-load phase, it will be damaged by excessive burning. We are looking for systems that ensure that the exhaust gas particulate filters burn off as often as possible and are never overloaded. This also reduces the parasitic pressure drop in the exhaust particle filter. Bei Motoren mit abgasgetriebenen Aufladegeräten, bei denen der Abgaspartikelfilterzwischen Motorauspuff und Gaseintritt des Ladegerätes geschaltet ist, kommt es nun zu einem weiteren Problem: Das Beschleunigungsverhalten ist ungenügend. Das erklärt sich wie folgt. Beim Beschleunigen springt zwar die Abgastemperatur nach Zylinder, wie oben erwähnt, sofort auf über 500"C. Die Abgase werden aber - durch die grosse kalte Masse des Abgaspartikelfilters zuerst auf Werte um 200"C vor Ladegerät abgekühlt. Bei so tiefer Temperatur ist das ausnützbare Enthalpie-Gefälle gering und die Aufladewirkung bleibt gering. Der Motor gibt nicht viel mehr Leistung ab als unaufgeladen. Dann verliert aber die Aufladung ihren Sinn.  A further problem now arises in engines with exhaust-gas-powered charging devices in which the exhaust-gas particle filter is connected between the engine exhaust and the gas inlet of the charger: the acceleration behavior is insufficient. This is explained as follows. When accelerating, the exhaust gas temperature after the cylinder jumps immediately, as mentioned above, to over 500 "C. However, the exhaust gases are first cooled down to values around 200" C in front of the charger due to the large, cold mass of the exhaust gas particle filter. At such a low temperature, the usable enthalpy gradient is low and the charging effect remains low. The engine does not deliver much more power than when it is not charged. Then the charge loses its meaning. Man kommt sofort auf den Gedanken, durch Reduktion des Durchflussquerschnittes des Ladegerätes den Stau im Auspuff zu vergrössern. Bei Turboladern mit fixer Turbine liegt das aber ausserhalb des Machbaren, wenn im Normalbetrieb noch befriedigende Wirkungsgrade erreicht werden sollen. Bei Turboladern mit variabler Turbinengeometrie und bei Druckwellenladern kann die Schluckfähigkeit erniedrigt werden. Der Gegendruck im Auspuff steigt aber auf die Grössenordnung von 1 bar über den Aufladedruck. Der nützbare Mitteldruck des Motorprozesses wird um diesen Betrag verringert, und die Verbesserung der Fahrleistung ist enttäuschend, abgesehen vom Verbrauchsnachteil, der damit verbunden ist.  One immediately thinks of increasing the congestion in the exhaust by reducing the flow cross-section of the charger. For turbochargers with a fixed turbine, however, this is beyond what is feasible if satisfactory levels of efficiency are to be achieved in normal operation. The swallowing capacity can be reduced in turbochargers with variable turbine geometry and in pressure wave superchargers. The back pressure in the exhaust rises to the order of 1 bar above the boost pressure. The useful medium pressure of the engine process is reduced by this amount, and the improvement in driving performance is disappointing, apart from the consumption disadvantage associated with it. Der Abgaspartikelfilter zwischen Motorauslass und Ladegerät-Gaseintritt bringt ein ernstes Beschleunigungsproblem.  The exhaust gas particle filter between the engine outlet and the charger gas inlet creates a serious acceleration problem. Das Anordnen des Abgaspartikelfilters nach Ladegerät war bisher erfolglos, da dort die Temperaturen tiefer sind und ein sicheres Abbrennen nicht gegeben ist. The arrangement of the exhaust gas particle filter after the charger has so far been unsuccessful, since the temperatures are lower there and there is no reliable burning. Es ist ein grosses Anliegen, eine Lösung für die Anordnung des Abgaspartikelfilters vor Ladegerät zu finden.  It is very important to find a solution for the arrangement of the exhaust particle filter in front of the charger. Die Beschleunigungsleistung kann durch Overfuelling etwas verbessert werden. Man versteht darunter, dass die Einspritzmenge höher getrieben wird, als das üblicherweise wegen der Russentwicklung zulässig ist. Der entstehende Russ wird zum grössten Teil im Abgaspartikelfilter aufgefangen. Diese Massnahme ist aber begrenzt, da sonst der Abgaspartikelfilter zu rasch verschmutzt. Man muss daher zusätzlich fordern, dass das Ladegerät rasch Ladedruck abgibt und eine weitere Steigerung des Mitteldrucks des Motors ermöglicht, ohne extrem tiefen Luftüberschuss. Dazu muss die Abgastemperatur des Ladegeräts in ca. 1 Sekunde auf 350-400"C steigen. Damit ist ein Ladedruckverhältnis von 1,5 erzielbar.  Acceleration performance can be improved somewhat by overfilling. This means that the injection quantity is driven higher than is usually permitted due to the development of soot. The resulting soot is largely collected in the exhaust particle filter. However, this measure is limited, since otherwise the exhaust gas particle filter will become contaminated too quickly. It is therefore also necessary to demand that the charger quickly release boost pressure and allow the engine's mean pressure to increase further without an extremely deep excess of air. To do this, the exhaust gas temperature of the charger must rise to 350-400 "C in about 1 second. This enables a boost pressure ratio of 1.5 to be achieved. Aus einem Papier mit Kennzeichen FEV-D 1159, verteilt anlässlich des am 3.-4. Okt. 1983 an der Technischen Akademie Wupperthal, Deutschland, gehaltenen Symposiums über Fahrzeugdieselmotoren, ist es bekannt, über einem bestimmten Leistungsbereich des Motors, mindestens während der Beschleunigungsphase, einen Teil der Abgase, z.B.  From a paper marked FEV-D 1159, distributed on the occasion of the 3-4. At the symposium on vehicle diesel engines held on October 23, 1983 at the Technical Academy in Wupperthal, Germany, it is known to extract a portion of the exhaust gases over a certain power range of the engine, at least during the acceleration phase, e.g. die Hälfte, durch einen Bypass direkt vor den Lader zu leiten. half, bypassing right in front of the loader. Dort entsteht dann sofort die angestrebte Mischtemperatur von 350-400"C. Alle Massnahmen, die Abgastemperatur auch bei Teillast zu erhöhen, und damit den Abgaspartikelfilter nie zu kalt werden zu lassen, gehen in die richtige Richtung. Das Öffnen des Bypasses muss 1-2 bar unterhalb des Mitteldruckes bei unaufgeladenem Betrieb erfolgen. Ein PKW fährt im üblichen Betrieb und z.B. auch im US-City Zyklus nur wenige Prozent der Zeit über dieser Grenze. Die Russerzeugung ist allerdings bei grosser Last höher. There, the desired mixing temperature of 350-400 "C is created immediately. All measures to increase the exhaust gas temperature even at partial load, and thus never let the exhaust gas particle filter get too cold, go in the right direction. The bypass must be opened 1-2 A car drives in normal operation and, for example, also in the US City cycle only a few percent of the time over this limit. However, the soot production is higher when the load is high.   Trotzdem wird über der genannten Grenze nur ein Bruchteil des Russes erzeugt. Wenn davon ein Teil nicht filtriert wird, ist gesamthaft der gesetzliche Grenzwert trotzdem erreichbar. Eine Ausnahme könnten die extremen Vorschriften in Californien bilden. Nevertheless, only a fraction of the soot is produced above the limit. If part of it is not filtered, the total legal limit can still be reached. The extreme regulations in California could be an exception. Dagegen sind folgende Einwände vorbringbar: Das System kann missbräuchlich auf Bypassbetrieb blockiert und damit **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.  The following objections can be raised: The system can be improperly blocked for bypass operation and thus ** WARNING ** End of CLMS field could overlap beginning of DESC **.
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