DE10044893A1 - Partikelfilter für eine Dieselbrennkraftmaschine - Google Patents
Partikelfilter für eine DieselbrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Ein Partikelfilter für ein CRT-System zur Abgasreinigung einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem in dem Abgassystem angeordneten Partikelfilter weist einen im Inneren des Filters in Längsrichtung angeordneten Bypass auf. Dabei ist die Öffnung des Bypasses an einem Ort der vorderen Stirnfläche des Partikelfilters angeordnet, der nicht oder nur gering vom partikelbehafteten Abgas angeströmt wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Dieselbrennkraftmaschinen erzeugen während ihres Betriebs aufgrund der Verbrennung
Partikel, vorzugsweise Rußpartikel, die im Abgas von der Dieselbrennkraftmaschine
ausgestoßen werden. Um ein Freisetzen dieser Partikel in die Umwelt zu vermeiden, wird
im Abgasstrom einer Dieselbrennkraftmaschine mindestens ein Partikelfilter angeordnet,
der die Rußpartikel aus dem Abgasstrom herausfiltert. Aufgrund der endlichen
Aufnahmekapazität eines Partikelfilters muß dieser regeneriert werden, was im
allgemeinen durch eine Oxidation der Rußpartikel, das heißt durch einen Abbrand,
bewirkt wird.
Es sind nun zweierlei Regenerationsarten möglich. Einerseits kann der Partikelfilter in
Intervallen, das heißt von Zeit zu Zeit nach Bedarf, regeneriert werden, indem
beispielsweise als Funktion des Füllungsgrades des Partikelfilters ein Abbrand der
Partikel initiiert wird. Dazu muß die Temperatur im Partikelfilter auf höher als die
Entzündtemperatur der Rußpartikel von ca. 550°C angehoben werden. Dies kann
beispielsweise durch geeignete Motorsteuermaßnahmen, die eine Erhöhung der
Abgastemperaturen bewirken, erzielt werden. Eine andere Möglichkeit ist die
Verwendung einer Heizung, vorzugsweise einer elektrischen Heizung, in dem
Partikelfilter, die einen Abbrand der angesammelten Rußpartikel bewirkt. Um den
Abbrand der Partikel zu erleichtern, ist ferner vorgeschlagen worden, dem Kraftstoff ein
entsprechendes Additiv zuzusetzen, das eine Herabsetzung der Zündtemperatur der
Rußpartikel bewirkt.
Andererseits ist es möglich, einen sogenannten kontinuierlichen Abbrand der Rußpartikel
im Partikelfilter zu bewirken. Derartige Systeme werden als CRT-Systeme
(CRT = Continuous Regeneration Trap) bezeichnet. Im allgemeinen umfassen CRT-
Systeme neben dem Partikelfilter einen diesem vorgeschalteten Oxidationskatalysator,
der die von der Dieselbrennkraftmaschine erzeugten Stickoxide NOx zu NO2 aufoxidiert,
wobei das in den Partikelfilter gelangende Stickstoffdioxid NO2 zur Verbrennung der
Rußpartikel zu Kohlendioxid CO2 verwendet wird. Dabei müssen bestimmte
Randbedingungen, nämlich eine Abgastemperatur von höher als 300°C und ein
Massenverhältnis von NO2 zu Partikel von größer als 8 eingehalten werden. Bei
Abweichungen von diesen Randbedingungen muß der Partikelfilter des CRT-Systems
durch eine entsprechende Maßnahme, beispielsweise Erhöhen der Temperatur bei
gleichzeitigem Sauerstoffüberangebot, zwangsregeneriert werden, da er sonst aufgrund
des Zusetzen mit Rußpartikeln blockiert.
Bei einer Zwangsregeneration des Partikelfilters, beispielsweise bei den
diskontinuierlichen Verfahren, wird während der Regeneration das Abgas zur
Vermeidung einer Überhitzung des Partikelfilters um den Partikelfilter durch einen
Bypass geführt.
So ist aus der JP-A-61223215 ein im Abgasstrom angeordneter Partikelfilter bekannt, der
zwei Bypassleitungen zur Umgehung des Partikelfilters aufweist. Ferner sind in dem
System durch Steilglieder betätigbare Regelklappen angeordnet, die die Bypassleitungen
entsprechend dem Betriebsmodus öffnen oder schließen, um das Abgas entsprechend
durch den Partikelfilter oder die Bypassleitungen zu leiten.
Aus der DE-A-39 00 532 ist eine Abgasemissionsregelvorrichtung mit einem Partikelfilter
und einem Bypass bekannt, wobei entsprechende Regelklappen hinter dem Bypass und
vor dem Filter angeordnet sind, um den Abgasstrom je nach Betriebsmodus durch den
Filter bzw. durch den Bypass zu führen. Auch hier werden die Regelklappen durch
Stellglieder angetrieben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Partikelfilter für ein CRT-System
einer Dieselbrennkraftmaschine zu schaffen, bei dem eine Zwangsregeneration nicht
notwendig ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale eines Partikelfilters nach Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist der Bypass direkt im Innern dem Partikelfilter angeordnet, wobei
der Eintritt in den Bypass in einem Gebiet der Stirnfläche des Filters liegt, das im
normalen Betrieb nur sehr gering oder gar nicht angeströmt wird. Beispielsweise sind
diese gering angeströmten Gebiete bei einer Anströmung der vorderen Stirnfläche des
Partikelfilters und der Verwendung eines symmetrischen Anströmtrichters äußere
Gebiete oder Randbereiche der vorderen Stirnfläche des Partikelfilters. Bei anderen
Anströmtrichtern sind dies Gebiete außerhalb der Kernströmung. Es ist auch möglich,
entsprechende Maßnahmen im Anströmtrichter zu ergreifen, beispielsweise durch
Anbringen eines Ablenkbleches oder dergleichen, so daß die Eintrittsöffnung des
Bypasses quasi im Windschatten liegt und die Strömung des anströmenden Abgases im
Normalbetrieb von der Bypass-Öffnung ferngehalten wird.
Arbeitet der Partikelfilter eines CRT-Systems unter den entsprechenden Bedingungen für
eine kontinuierliche Regeneration im CRT-Bereich, so ist der Gegendruck im Partikelfilter
niedrig, das Abgas durchströmt im Kernstrom den Filter und tritt aus diesem mit einer
stark verringerten Partikelanzahl wieder aus. Dabei liegt die Partikelreduzierung bei ca.
90%. Der Bypass wird in diesem Fall, da er in einem nicht angeströmten Bereich liegt,
nicht durchströmt. Im Fall, daß das System nicht im CRT-Bereich arbeitet, erhöht sich
aufgrund der Partikelakkumulation im Kernbereich des Partikelfilters der Gegendruck
gegenüber dem anströmenden Abgas. Durch den dadurch entstehenden Rückstau vor
der Eintrittsoberfläche des Partikelfilters wird nun auch der Bypass im früher
strömungsarmen Gebiet aufgrund seines geringen Gegendrucks wirksam. Ein Teil des
Abgases durchläuft daher den Bypass und strömt hinter dem Partikelfilter ungefiltert
wieder aus. Die Partikelreduzierung des Filters kann sich dadurch während des
Überlaufs auf bis zu 60% verschlechtern, aber es kann zu keiner Filterblockade
kommen. Der Bypass im Partikelfilter kommt bei Fahrzuständen zum Einsatz, die zu
einer überdurchschnittlichen Abgasgegendruckerhöhung führen, beispielsweise bei
langsamen Stadtverkehr.
Als Partikelfilter können Wabenkörper verwendet werden, beispielsweise SiC-Filter oder
Keramikmonolithfilter, mit wechselseitig verschlossenen Kanäle. Da der Verschluß der
Kanäle als einer der letzten Schritte bei der Herstellung eines Filters durchgeführt wird,
kann der Bypass hergestellt werden, indem in einem strömungsarmen Abschnitt des
Filters die Verstopfung oder der Verschluß der durchgängigen Kanäle nicht aufgebracht
wird. Bei handelsüblichen SiC-Segmenten hat der Bypass die rechteckige Form eines
Segments, das 9 × 9 Zellen aufweist. Vorzugsweise beträgt Fläche der Eintrittsöffnung
des Bypasses 1 bis 5% der gesamten vorderen Stirnfläche bzw. Eintrittsfläche des
Filters. Die Form des Partikelfilters ist vorzugsweise rund, oval oder trioval, wobei sich
die äußere Form nach den Begebenheiten der Einbauumgebung richtet.
Vorzugsweise kann der Partikelfilter mit integriertem Bypass als Bausatz hinter einem
Serienkatalysator oder einschließlich eines verbesserten Katalysators als Nachrüstsatz
unter jedes geeignete Fahrzeug gebaut werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Partikelfilters für ein CRT-System mit
integriertem Bypass wird nachfolgend anhand einer Figur erläutert, wobei der obere Teil
der Figur den Bypass im Normalbetrieb, und der untere Teil der Figur das Verhalten des
Bypasses bei außergewöhnlichen Fahrzuständen zeigt, die zu einer Erhöhung des
Gegendrucks führen.
Die Figur zeigt im oberen Teil einen durch einen Monolithen 1 gebildeten Partikelfilter,
dessen vordere Stirnfläche 2 von mit Partikel behaftetem Abgas 3 angeströmt wird.
Aufgrund der Strömungsbedingungen, die beispielsweise durch die geometrische
Ausgestaltung des Anströmtrichters des nicht dargestellten Gehäuses hervorgerufen
werden, ergibt sich eine Anströmung der vorderen Stirnfläche in der Form eines
symbolisch dargestellten Kernstroms 4. Gereinigtes Abgas 5 verläßt den Monolithen 1 an
seiner hinteren Stirnfläche 10. Ferner weist der Monolith 1 einen im Monolithen 1
integrierten Bypass 6 auf, dessen Eintrittsöffnung 7 in der vorderen Stirnfläche 2 des
Monolithen 1 in einem strömungsarmen oder strömungsfreien Gebiet angeordnet ist.
Dieses wird symbolisch durch den Kernstrom 4 dargestellt, der die Eintrittsöffnung 7 des
Bypasses 6 nicht anströmt. In der dargestellten Weise arbeitet der Partikelfilter im CRT-
Bereich bei einem niedrigen Gegendruck im Kernstrom 4 des Monolithen 1.
Der untere Teil der Figur zeigt das System bei hohem Gegendruck im Kernstrom 4 des
Monolithen 1, wobei der überdurchschnittlich erhöhte Abgasgegendruck im Monolithen
durch den Fahrzustand des Kraftfahrzeugs bedingt ist. Aufgrund des Gegendrucks im
Monolithen 1 verändert sich das Strömungsfeld vor der vorderen Stirnfläche 2 des
Monolithen 1 und es kommt zu einem Rückstau. Aufgrund dieses Rückstaus in der
Kernstromzone 4 gelangt partikelbehaftetes Abgas 8 in der Form eines Seitenstroms zur
Eintrittsöffnung 7 des den Monolithen in Längsrichtung durchziehenden Bypasses 6. Der
partikelbehaftete Abgasseitenstrom 8 durchtritt den Bypass und tritt als ungereinigte
Abgasbestandteile 9 aus dem Monolithen 1 aus. Somit kann sich zwar die
Partikelreduzierung während des Überlaufs auf bis zu 60% im Vergleich zur normalen
90%igen Filterung verschlechtern, aber es kann zu keiner Filterblockade kommen.
Liegen motorseitig anschließend wieder CRT-Bedingungen vor, so erniedrigt sich der
Gegendruck im Kernbereich 4 aufgrund der dann wieder stattfindenden Oxidation der
Partikel wieder, so daß das System nach einiger Zeit wieder in den im oberen Teil der
Figur dargestellten Zustand übergeht.
1
Monolith
2
Vordere Stirnfläche (Eintrittsfläche)
3
Partikelbehaftetes Abgas
4
Kernstrom
5
Gefiltertes Abgas
6
Bypass
7
Eintrittsöffnung
8
Partikelbehafteter Abgasseitenstrom
9
Ungereinigtes Abgas nach Filterung
10
Hintere Stirnfläche
Claims (9)
1. Partikelfilter für ein CRT-System zur Abgasreinigung einer Dieselbrennkraftmaschine
mit einem in dem Abgassystem angeordneten Partikelfilter (1), dadurch
gekennzeichnet, daß der Partikelfilter (1) ein in seinem Inneren in Längsrichtung
angeordneten Bypass (6) aufweist.
2. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (7) des
Bypasses (6) an einem Ort der vorderen Stirnfläche (2) des Partikelfilters (1)
angeordnet ist, der nicht oder nur gering vom partikelbehafteten Abgas (3)
angeströmt wird.
3. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Partikelfilter (1) durch einen Wabenkörper gebildet wird.
4. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Partikelfilter (1) durch einen Monolithen gebildet wird.
5. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Partikelfilter wechselseitig verschlossene Kanäle aufweist.
6. Partikelfilter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelfilter
(1) ein Keramik-Monolith ist.
7. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Bypass (6) durch eine Anzahl nicht verschlossener Kanäle gebildet wird.
8. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einem durch eine Anzahl von Segmenten gebildeten Partikelfilter (1) der Bypass (6)
durch ein Segment mit nicht verschlossenen Kanälen gebildet wird.
9. Partikelfilter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fläche der Eintrittsöffnung (7) des Bypasses (6)
1%-5% der Eintrittsfläche (2) des Filters beträgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10044893A DE10044893A1 (de) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Partikelfilter für eine Dieselbrennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE10044893A DE10044893A1 (de) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Partikelfilter für eine Dieselbrennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10044893A1 true DE10044893A1 (de) | 2002-03-21 |
Family
ID=7655816
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE10044893A Withdrawn DE10044893A1 (de) | 2000-09-12 | 2000-09-12 | Partikelfilter für eine Dieselbrennkraftmaschine |
Country Status (1)
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