DE10151425A1 - Particle filter for cleaning engine exhaust gases - Google Patents
Particle filter for cleaning engine exhaust gasesInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen, mit topfförmig ausgebildeten Einlasskanälen, die endseitig mit einem Einlasskanalboden versehen sind und in welche partikelbeladene Abgase einströmen, sowie parallel benachbart zu den Einlasskanälen angeordnete und hierzu umgekehrt topfförmig ausgerichtete Auslasskanäle, welche je endseitig mit einem Auslasskanalboden versehen sind und welche die gereinigten Abgase ableiten, wobei sich durch die Filterung an den porösen, durchströmten Wandabschnitten seitens des Einlasskanals eine Partikelschicht absetzt, die zur Regeneration des Partikelfilters über elektrische Heizmittel abbrennbar ist. The present invention relates to a Particulate filter for cleaning engine exhaust, with Pot-shaped inlet channels that end with are provided in an inlet duct floor and into which inflow particle-laden exhaust gases, as well as parallel arranged adjacent to the inlet channels and for this purpose vice versa pot-shaped outlet channels, each are provided at the end with an outlet channel floor and which derive the cleaned exhaust gases, whereby the filtering on the porous, flowed through Wall sections on the side of the inlet channel a particle layer settles on the regeneration of the particle filter electrical heating means is burnable.
Partikelfilter dieser Art werden gewöhnlich dafür eingesetzt, den Partikelausstoß bei Abgasen von Verbrennungsmotoren - insbesondere von Dieselmotoren - zu reduzieren. Der technische Aufwand zur Erfüllung strenger Abgasnormen ist mit den gegenwärtigen Möglichkeiten erheblich. So macht eine vorgeschriebene Reduzierung des Partikelausstoßes um über 90% die Ausrüstung von beispielsweise Dieselfahrzeugen mit Partikelfiltern unerlässlich und erfordert zudem aktive Maßnahmen zur Erstickung. Hierfür ist nach realistischen Schätzungen ein Kraftstoffmehrverbrauch von über 5% einzuplanen, weil die in den Abgasstrom erforderlicherweise einzuschaltende Filteranordnung einen erhöhten Energiebedarf verursachen. Der Energiebedarf steigt mit zunehmender Verrußung des Partikelfilters, das heißt mit anwachsender Partikelschicht. Die Partikelschicht ist jedoch durch Abbrennen beseitigbar, um den Partikelfilter insoweit wieder zu regenerieren. Particulate filters of this type are common used to reduce the particle emissions from exhaust gases Internal combustion engines - especially diesel engines - too to reduce. The technical effort to meet stricter Exhaust emission standards is with the current possibilities considerably. So does a prescribed reduction in Particle emissions by over 90% the equipment of for example diesel vehicles with particle filters indispensable and also requires active measures to Suffocation. This is based on realistic estimates Allow more fuel consumption of over 5% because the required to be switched on in the exhaust gas flow Filter arrangement cause an increased energy requirement. The energy requirement increases with increasing sootiness of the Particle filter, that means with increasing Particle layer. However, the particle layer is burned off can be removed in order to close the particle filter again regenerate.
Ein gattungsgemäßer Partikelfilter ist aus der US 6,101,793 bekannt. Der aus einem porösen Keramikmaterial bestehende Partikelfilter weist langgestreckte topfförmig ausgebildete Einlasskanäle auf, in welche die vom Dieselmotor erzeugten partikelbeladenen Abgase einströmen. Parallel benachbart zu den Einlasskanälen sind Auslasskanäle angeordnet, welche die durch Filtern gereinigten Abgase an die Atmosphäre ableiten. Die Auslasskanäle sind ebenfalls topfförmig ausgebildet, jedoch umgekehrt zu den Einlasskanälen ausgerichtet. Bei dieser Anordnung erfolgt die Filterung bei Durchströmen der porösen gemeinsamen Wandabschnitte, wobei sich seitens des Einlasskanals eine Partikelschicht bildet. Die Einlasskanäle sowie die Auslasskanäle weisen hier einen quadratischen Querschnitt auf. Die Bodenbereiche der topfförmigen Kanäle sind durch diverse Stopfen gebildet, welche die Kanäle entsprechend ihrer vorstehend beschriebenen Ausrichtung an einem Ende verschließen. A generic particle filter is from the US 6,101,793 known. The one from a porous Ceramic material existing particle filter has elongated pot-shaped inlet channels into which the from Diesel engine generated particle-laden exhaust gases flow. Are parallel to the inlet channels Outlet channels arranged by filtering discharge cleaned exhaust gases to the atmosphere. The outlet channels are also cup-shaped, but vice versa aligned with the inlet channels. With this arrangement the filtering takes place when the porous flows through common wall sections, whereby on the part of Inlet channel forms a particle layer. The inlet channels as well as the outlet channels here have a square Cross section on. The bottom areas of the pot-shaped Channels are formed by various plugs, which are the channels according to their orientation described above close at one end.
Zur Regeneration des Partikelfilters weist dieser weiterhin elektrische Heizmittel auf, die filterausgangsseitig im Bereich der Öffnungen der Auslasskanäle angeordnet sind. Ein in der nachfolgenden Abgasleitung zwischen dem Partikelfilter und der Atmosphäre eingeschaltetes Gebläse wirkt zur Regeneration des Partikelfilters mit den elektrischen Heizmitteln zusammen. Das Gebläse wird bei Stillstand des Dieselmotors während einer definierten Zeitdauer eingeschaltet, so dass ein Luftstrom rückwärts über die aufgeheizten elektrischen Heizmittel strömt, wodurch sich der Luftstrom erhitzt, so dass ein Abbrennen der Partikelschicht einsetzt. Diese bekannte Lösung zur Regeneration des Partikelfilters weist jedoch den Nachteil auf, dass zur Erzeugung des aufgeheizten Luftstromes ein relativ hoher technischer Aufwand erforderlich ist. Points to the regeneration of the particle filter this continues to electrical heating means that on the filter outlet side in the area of the openings of the outlet channels are arranged. One in the following exhaust pipe between the particle filter and the atmosphere switched on fan acts to regenerate the Particle filter together with the electrical heating means. The The blower is stopped when the diesel engine is stopped switched on for a defined period of time, so that a Airflow backwards over the heated electrical Heating medium flows, which heats the air flow, so that the particle layer burns off. This Known solution for the regeneration of the particle filter has the disadvantage, however, that to generate the heated air flow a relatively high technical Effort is required.
Ein weiterer gattungsgemäßer Partikelfilter ist aus der US 5,782,941 bekannt, wobei hier zur Regeneration ein anderer technischer Weg beschritten wird. Der Partikelfilter ist aus einem äußeren rohrförmigen Filterteil aufgebaut, in welches ein inneres, kleineres rohrartiges Filterteil koaxial eingesetzt ist. Dieses zweite Filterteil ist auf der von den partikelbeladenen Abgasen angeströmten Seite verschlossen und bildet somit einen topfförmigen Auslasskanal. Der zwischen dem zweiten Filterteil und dem ersten Filterteil gebildete Bereich ist ebenfalls als ein topfförmiger Einlasskanal anzusehen. Hierin ist ein zylinderrohrartig geformtes und mit Durchbrüchen versehendes siebartiges Heizmittel angeordnet. Die hieran vorbeiströmenden partikelbeladenen Abgase transportieren bei einer Regeneration des Partikelfilters die vom elektrischen Heizmittel erzeugte Wärme an die Partikelschicht weiter, welche hierdurch abbrennt. Zwar ist das elektrische Heizmittel gemäß diesem Stand der Technik direkt in den Abgasstrom integriert, so dass keine zusätzlichen Mittel zur Erzeugung eines aufgeheizten Luftstromes erforderlich sind; gleichwohl erfordert der Betrieb des großflächigen zylinderförmig ausgebildeten Heizmittels ein recht hohen Energieaufwand. Another generic particle filter is known from US 5,782,941, here for regeneration another technical path is followed. The Particulate filter is made of an outer tubular filter part built, in which an inner, smaller tubular Filter part is used coaxially. This second Filter part is on the of the particle-laden exhaust gases flowed side closed and thus forms one pot-shaped outlet duct. The one between the second Filter part and the first filter part is formed area also to be regarded as a pot-shaped inlet duct. Herein is a cylinder tube shaped and with Breakthrough sieve heating means arranged. The particle-laden exhaust gases flowing past transport during regeneration of the particle filter the heat generated by the electrical heating medium to the Particle layer continues, which thereby burns. Though is the electrical heating medium according to this state of the Technology integrated directly into the exhaust gas flow, so that no additional means to generate a heated Airflow are required; nevertheless the Operation of the large-area cylindrical Heating means a very high amount of energy.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Partikelfilter zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welcher auf einfache Weise energiesparend und mit hohem Wirkungsgrad regenerierbar ist. It is the object of the present invention a particle filter for cleaning exhaust gases To create internal combustion engine, which is simple Saving energy and with high efficiency is regenerable.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Partikelfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. The task is based on a Particulate filter according to the preamble of claim 1 in Released with its characteristic features. The the following dependent claims give advantageous Developments of the invention again.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, die elektrischen Heizmittel eines Partikelfilters in zumindest einem Teil der Auslasskanäle derart im Bereich des Auslasskanalbodens anzuordnen, dass die von den elektrischen Heizmitteln abgegebene Wärmestrahlung ein Abbrennen der in den angrenzenden Einlasskanälen befindlichen Partikelschicht auslöst. The invention closes the technical teaching a, the electrical heating means of a particle filter in at least some of the outlet channels in the area of the outlet duct floor that the by the heat radiation emitted by electrical heating means Burning off in the adjacent inlet channels particle layer triggers.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der elektrischen Heizmittel liegt darin, dass hierdurch die Abgasströmung beim Eintritt in den Partikelfilter nicht gestört wird. Da sich die elektrischen Heizmittel in einem Bereich der Auslasskanäle befinden, der nicht im Bereich der Abgasströmung gelegen ist, wird die eingebrachte elektrische Energie zur Wärmeerzeugung deutlich besser genutzt. In Folge dessen kann die von den elektrischen Heizmitteln abgegebene Wärme hauptsächlich durch Wärmestrahlung auf die benachbarten Filterwände übertragen werden. Die Zündtemperatur für die Partikelschicht hängt ab von der Rußverteilung, insbesondere von der Schichtdicke und der Packungsdichte sowie der Rußqualität über die Filterlänge. Da mit der Abgasströmung die von den elektrischen Heizmitteln erzeugte Wärme weitertransportiert wird, erwärmen sich hierdurch die partikelschichtbehafteten Wandabschnitte, was die Regenerierung des Partikelfilters unterstützt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der elektrischen Heizmittel auf der Seite des gereinigten Abgases können zudem Korrosionsprozesse als Folge von Ruß- und Ascheablagerungen nachhaltig vermieden werden. Der erfindungsgemäß ausgebildete Partikelfilter ermöglicht eine selbsttragende Regeneration, auch unmittelbar nach einem Motorkaltstart bei Leerlaufbetrieb. Die elektrischen Heizmittel strahlen aufgrund ihrer hohen Oberflächentemperatur Wärme ab, die von den angrenzenden Wandabschnitten aufgenommen wird. Diese Wärmemenge startet die Regeneration auf der Einlassseite des Partikelfilters. Zu einem Teil wird die Wärme durch turbulente Strömungen in den Auslasskanälen an die dortigen Wandabschnitte abgegeben, wodurch eine Erwärmung erfolgt. Dadurch wird die von den elektrischen Heizmitteln erzeugte Wärme für die Regeneration besser genutzt und eine Unterbrechung des Rußabbrandes mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit verhindert. Die sich selbst tragende Oxidation der Partikelschicht schreitet dann in Strömungsrichtung des Abgases bis zur Gasauslassseite fort und stellt damit den ursprünglichen Abgasgegendruck des Partikelfilters im unbeladenen Zustand, das heißt ohne Partikelschicht, wieder her. An advantage of the arrangement of the invention Electric heating means is that this Exhaust gas flow when entering the particle filter is not is disturbed. Because the electrical heating means are in an area of the outlet channels that is not in the Area of the exhaust gas flow is located electrical energy introduced to generate heat is significantly better used. As a result, the electrical Heat given off mainly by Transfer heat radiation to the neighboring filter walls become. The ignition temperature for the particle layer depends from the soot distribution, especially from the Layer thickness and the packing density as well as the soot quality over the Filter length. Since with the exhaust gas flow the heat generated by electrical heating means is transported on will heat up the wall sections with particle layers, which the regeneration of the Particle filter supported. Through the arrangement according to the invention of the electrical heating means on the side of the cleaned Exhaust gases can also cause corrosion processes as a result of Soot and ash deposits can be permanently avoided. The particle filter designed according to the invention enables self-supporting regeneration, also immediately after a cold engine start in idle mode. The electrical heating agents radiate due to their high Surface temperature decreases from that of the adjacent Wall sections is added. This amount of heat starts the Regeneration on the inlet side of the particle filter. To part of the heat is generated by turbulent flows in the outlet ducts to the wall sections there given off, whereby a heating takes place. Thereby the of the electrical heating means generated heat for the Regeneration better used and an interruption of the Soot burn-off with a very high probability prevented. The self-supporting oxidation of the The particle layer then moves in the flow direction of the exhaust gas to the gas outlet side and thus represents the original exhaust back pressure of the particle filter in the unloaded state, i.e. without particle layer, again ago.
Um die Gesamtzahl der benötigten elektrischen Heizmittel zu reduzieren, grenzen gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme an die mit elektrischen Heizmitteln ausgerüsteten Auslasskanäle jeweils unbeheizte - dass heißt ohne elektrische Heizmittel ausgerüstete Auslasskanäle - an. Um eine vollständige Regeneration des Partikelfilters zu erzielen, ist es nicht erforderlich, dass jeder Auslasskanal mit einem elektrischen Heizmittel ausgestattet ist. Bei einem quadratischen Kanalquerschnitt kann so die Anzahl der benötigten elektrischen Heizmittel auf 25% der Anzahl der Auslasskanäle reduziert werden. To the total number of electrical required Reducing heating means limits according to another the measure improving the invention to the electric heating means equipped outlet channels each unheated - that means without electrical heating means equipped exhaust ducts - on. To be a complete Achieving regeneration of the particle filter is not required that each outlet duct with a electric heating means. At a square channel cross-section, the number of required electric heating medium to 25% of the number of Exhaust ducts can be reduced.
Vorzugsweise werden zur Einsparung elektrischer Energie die elektrischen Heizmittel mit einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung betrieben. Diese pulsweitenmodulierte Versorgungsspannung braucht nur über eine kurze definierte Zeitdauer aufrecht erhalten werden, welche das Abbrennen der Partikelschicht startet. Nach dem über die elektrischen Heizmittel ausgelösten Start läuft der weitere Abbrennprozess wegen der exothermen Reaktion selbsttätig weiter. Durch die somit erzielte Minimierung des elektrischen Energiebedarfs wird das Bordnetz eines dieselmotorisch betriebenen Fahrzeuges minimal belastet. Preferably, to save electrical Energy the electrical heating means with one pulse width modulated supply voltage operated. This Pulse width modulated supply voltage only needs one a short defined period of time is maintained, which starts burning off the particle layer. After this Start triggered via the electrical heating means the further burning process due to the exothermic reaction automatically continue. Through the minimization thus achieved of the electrical energy requirement becomes the on-board electrical system vehicle powered by a diesel engine.
Um eine effektive Wärmeabstrahlung der elektrischen Heizmittel sicherzustellen, sind diese vorzugsweise nach Art eines gewendelten Kantal-Drahts ausgebildet. Die elektrischen Heizmittel sind vorteilhafter Weise zumindest teilweise in Serie zueinander geschalten. Somit führt ein Durchbrennen einzelner elektrischer Heizmittel nicht zum Ausfall des gesamten Partikelfilters. Einzelne Gruppen von in Serie zueinander geschalteten Heizmitteln ermöglichen eine sektorenweise Beheizung des Partikelfilters. To ensure effective heat radiation from the electrical heating means, these are preferred designed in the manner of a coiled cantal wire. The Electric heating means are advantageous at least partially connected in series. Consequently leads to the burning of individual electrical heating means not to the failure of the entire particle filter. Separate Groups of heating means connected in series allow a sectoral heating of the Particulate filter.
Die elektrischen Heizmittel sind vorzugsweise ausgehend vom zugeordneten Auslasskanalboden in den Auslasskanal hineinragend angeordnet, und zwar soweit, dass ein optimales Abstrahlen in die benachbarten Randbereiche der Einlasskanäle erzielt werden kann. Die elektrischen Heizmittel brauchen insoweit nicht sehr weit in den Auslasskanal hineinragen, um ihre erfindungsgemäße Funktion zu erfüllen. The electrical heating means are preferred starting from the assigned outlet duct floor in the Exhaust duct arranged protruding, to the extent that optimal blasting into the neighboring edge areas the inlet channels can be achieved. The electrical In this respect, heating agents do not need to go very far into the Exhaust duct protrude to their function according to the invention to fulfill.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist der Partikelfilter zweiteilig aufgebaut. Dieser besteht aus einem scheibenförmigen auslasskanalbodenseitigen Partikelfilterdeckelteil, an dessen Kontaktseite zu einem Partikelfilterhauptteil die Heizmittel befestigt sind. Damit erfüllt das Partikelfilterdeckelteil zum Einen die Funktion eines Trägers für die elektrischen Heizmittel und dient zum Anderen auch zur Bildung der Auslasskanalböden. According to another the invention To improve the measure, the particle filter is constructed in two parts. This consists of a disc-shaped Particulate filter cover part on the outlet duct bottom, at the Contact side to a particle filter main part the heating medium are attached. The particle filter cover part thus fulfills on the one hand the function of a carrier for the electrical On the other hand also serves to form the Auslasskanalböden.
Beide Teile des Partikelfilters bestehen vorzugsweise aus demselben Filterwerkstoff und können durch Abtrennen erzeugt werden. Die Auslasskanalböden können durch entsprechend in das Partikelfilterdeckelteil eingebrachte Stöpselelemente ausgebildet werden. Die elektrischen Heizmittel sind am Partikelfilterdeckelteil vorzugsweise durch Kleben mit einem temperaturbeständigen Klebstoff angebracht. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, die Heizmittel lösbar in die Auslasskanalböden des Partikelfilterdeckelteils einzustecken, was eine leichtere Austauschbarkeit im Reparaturfall gewährleistet. Die an der Kontaktseite des Partikelfilterdeckelteils befestigten Heizmittel liegen vorzugsweise in korrespondierenden Ausnehmungen, so dass bei montierten Heizmitteln eine insgesamt ebene Kontaktseite zum Partikelfilterhauptteil hin entsteht. Both parts of the particle filter exist preferably made of the same filter material and can Detachment are generated. The outlet duct floors can by correspondingly in the particle filter cover part introduced plug elements are formed. The Electrical heating means are on the particle filter cover part preferably by gluing with a temperature-resistant Adhesive attached. Alternatively, it is conceivable, the heating means releasably in the outlet channel floors Particle filter cover part to insert what a Easier interchangeability guaranteed in the event of a repair. The on the contact side of the particle filter cover part attached heating means are preferably in Corresponding recesses, so that a overall flat contact side to the particle filter main part there arises.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Heizmittel auch in Auslasskanalabschnitte des Partikelfilterdeckelteils in Richtung der Einlassseite hineinragend angeordnet und damit gänzlich seitens des entsprechend dickeren Partikelfilterdeckelteils platziert werden. Damit wird eine bessere Führung der Heizmittel erzielt. Die Heizmittel müssen nämlich nicht notwendigerweise in eine bestimmte Richtung entlang eines Auslasskanals angeordnet sein. Die Länge der Auslasskanalabschnitte des Partikelfilterdeckelteils sollte etwas größer sein als die Länge der Heizelemente selbst. Zwischen dem Partikelfilterdeckelteil und dem Partikelfilterhauptteil kann zudem ein Strömungsspalt beibehalten werden, wobei die Kanalführung im Partikelfilterhauptteil gegenüber dem Partikelfilterdeckelteil durch entsprechend eingebrachte Stöpselelemente versetzt erfolgen sollte, um eine günstige Strömungsführung zu schaffen. Über den bestehenden Strömungsspalt kann in vorteilhafter Weise die elektrische Verdrahtung der Heizelemente realisiert werden. Insoweit kann auf ein abgedichtetes Zusammenfügen beider Filterteile verzichtet werden. According to a further embodiment, the Heating medium also in outlet duct sections of the Particulate filter cover part towards the inlet side arranged protruding and thus entirely on the part of the placed correspondingly thicker particle filter cover part become. This will ensure better management of the heating medium achieved. The heating means do not have to necessarily in a certain direction along a Outlet channel can be arranged. The length of the The outlet duct sections of the particle filter cover part should be slightly larger than the length of the heating elements themselves. Between the Particle filter cover part and the particle filter main part a flow gap can also be maintained, whereby the duct in the main part of the particle filter compared to the Particulate filter cover part by appropriately inserted Plug elements should be offset to one to create favorable flow guidance. Over the existing Flow gap can advantageously electrical wiring of the heating elements can be realized. In this respect, both can be sealed together Filter parts can be dispensed with.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Partikelfilter kann gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme im Rahmen einer Filteranordnung eingesetzt werden, bei welcher dem Partikelfilter direkt ein Stickoxid- Abscheidermodul nachgeschaltet ist. Das Stickoxid- Abscheidermodul kommt dabei direkt an der Gasauslassseite des Partikelfilters zur Anlage. Das Stickoxid- Abscheidermodul dient der Endstickung des Abgases, wobei auch eine Desulfatation vorteilhaft durchgeführt werden kann. Diese modulare Anordnung ermöglicht eine deutliche Einsparung an platinhaltigen Beschichtungsmaterialien. The particle filter designed according to the invention can according to another improve the invention Measure used as part of a filter arrangement in which the particulate filter directly Separator module is connected downstream. The nitrogen oxide The separator module comes directly on the gas outlet side of the particle filter to the system. The nitrogen oxide Separator module is used for final embroidery of the exhaust gas, whereby desulfation can also be advantageously carried out can. This modular arrangement enables a clear Saving of platinum-containing coating materials.
Durch die direkte Nachschaltung eines Stickoxid-Abscheidermoduls an einen beheizten Partikelfilter kann die im Verlauf der Regeneration des Partikelfilters frei werdende exotherme Energie gleichzeitig auch zur Regeneration des nachgeschalteten Stickoxid-Abscheiders verwendet werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der gesamten Filteranordnung deutlich verbessert. Durch diesen simultanen Regenerierungsprozess von Partikelfilter und Stickoxid-Abscheider wird darüber hinaus auch der steuerungstechnische Aufwand deutlich verringert. Die den beheizten Partikelfilter verlassenden gereinigten Abgase weisen eine Temperatur von bis zu 700°C auf. Mit der Abgasströmung wird diese Wärme zum Stickoxid-Abscheidermodul weitertransportiert und leitet dort eine Regeneration in Form einer Desulfatation ein. Mit der Desulfatation werden Sulfatablagerungen im Stickoxid-Abscheidermodul beseitigt, die auf ein relativ hohen Schwefelgehalt des Dieselkraftstoffes und schwefelhaltige Bestandteile des Öls zurückzuführen sind. Through the direct connection of a Nitrogen oxide separator module to a heated particle filter can in the course of regeneration of the particle filter released exothermic energy at the same time for Regeneration of the downstream nitrogen oxide separator be used, which increases the efficiency of the entire filter arrangement significantly improved. Through this simultaneous regeneration process of particle filter and Nitrogen oxide separator is also the Control engineering effort significantly reduced. The the heated particulate filter leaving cleaned exhaust gases have a temperature of up to 700 ° C. With the Exhaust gas flow becomes this heat Nitrogen oxide separator module is transported further and conducts regeneration there in the form of a desulfation ion. With the desulfation become sulfate deposits in the nitrogen oxide separator module eliminated, which is due to a relatively high sulfur content of the Diesel fuel and sulfurous components of the Oil.
Der vorstehend beschriebenen Filteranordnung kann ein weiterer Partikelfilter nachgeschaltet werden, dem wiederum ein weiteres Stickoxid-Abscheidermodul folgen kann. Dieser weitere Partikelfilter ist vorzugsweise unbeheizt und mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Die mehrfache Anordnung erhöht den Wirkungsgrad der Filterung erheblich. Der modulare Aufbau der Filteranordnung bietet auch erhebliche energetische Vorteile. So ist durch die kompakte Bauweise eine Wärmeintegration zur Senkung des Energiebedarfs möglich und gleichzeitig können die bei der Regeneration unbeschichteter Partikelfilter entstehenden Gaskomponenten CO und HC unmittelbar zur Regeneration des nachfolgenden Stickoxid-Abscheidermoduls eingesetzt und damit abgebaut werden. The filter arrangement described above another particle filter can be added which in turn is another nitrogen oxide separator module can follow. This further particle filter is preferred unheated and with a catalytic coating Mistake. The multiple arrangement increases the efficiency of the Filtering significantly. The modular structure of the Filter arrangement also offers significant energetic advantages. So is due to the compact design, heat integration for Reduction of energy requirements possible and at the same time can be uncoated during regeneration Particulate gas gas components CO and HC are produced immediately Regeneration of the subsequent nitrogen oxide separator module used and thus dismantled.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Further measures improving the invention are described below together with the description of a preferred embodiment of the invention based on the Figures shown in more detail. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer aus Partikelfiltern und Stickoxid- Abscheidermodulen bestehende Filteranordnung, Fig. 1 is a schematic representation of a consisting of particulate and nitrogen oxide Abscheidermodulen filter arrangement,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der. Funktionsweise eines erfindungsgemäß ausgebildeten Partikelfilters, Fig. 2 is a schematic diagram of the. Functioning of a particle filter designed according to the invention,
Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die eingangsseitige Stirnfläche des Partikelfilters, Fig. 3 is a schematic plan view of the input-side end face of the particulate filter,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines geteilt aufgebauten Partikelfilters mit hieran angebrachten elektrischen Heizmitteln. Fig. 4 is a schematic side view of a divided particle filter with attached electrical heating means.
Fig. 5 eine schematische Seitenansicht eines geteilt aufgebauten Partikelfilters mit hieran angebrachten elektrischen Heizmitteln in einer anderen Ausführungsform. Fig. 5 is a schematic side view of a divided particle filter with attached electrical heating means in another embodiment.
Eine gemäß Fig. 1 aufgebaute Partikelfilteranordnung zum Reinigen von Abgasen eines Dieselmotors umfasst einen in einem Gehäuse langangeordneten beheizten Partikelfilter 2. Eingangsseitig in den Partikelfilter 2 gelangen partikelbeladene Abgase 3, welche beim Betrieb eines - hier weiter nicht dargestellten - Dieselmotors entstehen. A particle filter arrangement constructed in accordance with FIG. 1 for cleaning exhaust gases from a diesel engine comprises a heated particle filter 2 arranged in a long housing. Particle-laden exhaust gases 3 , which arise during operation of a diesel engine (not shown further here ) , enter the particle filter 2 on the input side.
Der Partikelfilter 2 ist mit elektrischen Heizmitteln 4 zur Regeneration ausgestattet, welche an nachstehender Stelle eingehender beschrieben werden. Die den beheizten Partikelfilter 2 verlassenden gereinigten Abgase werden einem angrenzenden Stickoxid-Abscheidermodul 5 zugeführt. Das Stickoxid-Abscheidermodul 5 ist mit einem geeigneten Katalysatormaterial versehen und dient der Beseitigung von in den Abgasen enthaltenen schädlichen Stickoxiden. Gemäß des dargestellten Ausführungsbeispiels ist dem Stickoxid-Abscheidermodul 5 ein weiterer Partikelfilter 6 nachgeschaltet, der hier allerdings unbeheizt ist. Die Regeneration dieses unbeheizten Partikelfilters 6 wird über die Heizmittel 4 des vorderen Partikelfilters 2 durch die Wärme aus der Partikeloxidation im Partikelfilters 2 mit übernommen. Die hierfür benötigte Wärme wird über den Abgasstrom entsprechend weitergeleitet. Der unbeheizte Partikelfilter 6 ist mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Entsprechend des hier dargestellten modulartigen Aufbaus folgt dem unbeheizten Partikelfilter 6 schließlich wiederum ein weiteres Stickoxid- Abscheidermodul 7. Die über diese alternierende Filteranordnung gereinigten Abgase 8 gelangen nach Verlassen des Gehäuses 1 an die Atmosphäre. The particle filter 2 is equipped with electrical heating means 4 for regeneration, which are described in more detail below. The cleaned exhaust gases leaving the heated particle filter 2 are fed to an adjacent nitrogen oxide separator module 5 . The nitrogen oxide separator module 5 is provided with a suitable catalyst material and is used to remove harmful nitrogen oxides contained in the exhaust gases. According to the exemplary embodiment shown, a further particle filter 6 is connected downstream of the nitrogen oxide separator module 5 , although this is unheated here. The regeneration of this unheated particle filter 6 is carried out via the heating means 4 of the front particle filter 2 by the heat from the particle oxidation in the particle filter 2 . The heat required for this is transferred accordingly via the exhaust gas flow. The unheated particle filter 6 is provided with a catalytic coating. In accordance with the modular structure shown here, the unheated particle filter 6 is finally followed by another nitrogen oxide separator module 7 . The exhaust gases 8 cleaned via this alternating filter arrangement reach the atmosphere after leaving the housing 1 .
Gemäß Fig. 2 besteht der beheizbare Partikelfilter 2 aus topfförmig ausgebildeten Einlasskanälen 9, sowie parallel benachbart zu den Einlasskanälen 9 angeordneten Auslasskanäle 10. Zur Bildung der Topfform sind die Einlasskanäle 9 endseitig mit einem Einlasskanalboden 11 versehen; die Auslasskanäle 10 sind eingangsseitig mit einem Auslasskanalboden 12 verschlossen. Durch ihre Ausrichtung strömen in die Einlasskanäle 9 die partikelbeladenen Abgase 3 zur Filterung ein. Diese durchströmen die porösen Wandabschnitte 13, welche durch die benachbarte Anordnung der Einlasskanäle 9 zu den Auslasskanälen 10 gebildet werden, und gelangen durch die Auslasskanäle 10 hindurch als gereinigte Abgase 8 an die Atmosphäre. In Folge der Filterung der partikelbeladenen Abgase 3 durch die porösen Wandabschnitte 13 setzt sich seitens des Einlasskanals 9 eine Partikelschicht 14 an den Wandabschnitten 13 ab. Referring to FIG. 2, the heated particulate filter 2 of pot-shaped intake ports 9, and adjacent parallel to the intake ducts 9 arranged outlet 10th To form the pot shape, the inlet channels 9 are provided at the end with an inlet channel bottom 11 ; the outlet channels 10 are closed on the inlet side with an outlet channel floor 12 . Due to their orientation, the particle-laden exhaust gases 3 flow into the inlet channels 9 for filtering. This flow through the porous wall portions 13 which are formed by the adjacent arrangement of the inlet channels 9 to the outlet 10, and pass through the outlet channels 10 through 8 as purified gases to the atmosphere. As a result of the filtering of the particle-laden exhaust gases 3 by the porous wall sections 13 , a particle layer 14 is deposited on the wall sections 13 by the inlet channel 9 .
Zur Regeneration des Partikelfilters 2 sind elektrische Heizmittel 15a, 15b vorgesehen, die in den Auslasskanälen 10 im Bereich des Auslasskanalbodens 12 angeordnet sind. For the regeneration of the particle filter 2 , electrical heating means 15 a, 15 b are provided, which are arranged in the outlet channels 10 in the area of the outlet channel bottom 12 .
Zur Einsparung elektrischer Energie werden die elektrischen Heizmittel 15a, 15b mit einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung betrieben, welche durch eine Generatoreinheit 16, ausgehend von der Spannungsquelle 17 erzeugt wird. Die elektrischen Heizmittel 15 sind nach Art eines gewendelten Kantal-Drahts ausgebildet und sind ausgehend vom zugeordneten Auslasskanalboden 12 in den Auslasskanal 10 hineinragend angeordnet. To save electrical energy, the electrical heating means 15 a, 15 b are operated with a pulse-width-modulated supply voltage, which is generated by a generator unit 16 , starting from the voltage source 17 . The electrical heating means 15 are designed in the manner of a coiled cantal wire and are arranged protruding from the assigned outlet channel bottom 12 into the outlet channel 10 .
Die von den elektrischen Heizmitteln 15 abgegebene Wärmestrahlung durchdringt die Wandabschnitte 13 im Bereich der zugeordneten Auslasskanalböden 12, erwärmt die Beschichtung bis auf die Aktivierungstemperatur und löst damit das Abbrennen der in den angrenzenden Einlasskanälen 9 befindlichen Partikelschicht 14 aus. The heat radiation emitted by the electrical heating means 15 penetrates the wall sections 13 in the region of the assigned outlet channel floors 12 , heats the coating up to the activation temperature and thus triggers the burning off of the particle layer 14 located in the adjacent inlet channels 9 .
Durch die den Partikelfilter 2 durchströmenden Abgase wird die Wärme entlang der Partikelschicht 14 in Richtung der Einlasskanalböden 11 zum Abbrennen der gesamten Partikelschicht 14 weitertransportiert, wobei das Abbrennen nach dem Start selbsttätig erfolgt (exotherme Reaktion). The exhaust gases flowing through the particle filter 2 transport the heat along the particle layer 14 in the direction of the inlet channel bottoms 11 to burn off the entire particle layer 14 , the burning off taking place automatically after the start (exothermic reaction).
Gemäß Fig. 3 grenzen an die mit elektrischen Heizmitteln 15 ausgerüsteten Auslasskanäle 10a jeweils unbeheizte Auslasskanäle 10b an. Die unbeheizten Auslasskanäle 10b sind gegenüber den beheizten Auslasskanälen 10a nicht mit einem elektrischen Heizmittel 15 versehen. Wie hier dargestellt, besitzen die Auslasskanäle 10 sowie die Einlasskanäle 9 einen quadratischen Querschnitt, so dass bei der gezeigten Anordnung der elektrischen Heizmittel 15 lediglich 25% der Auslasskanäle 10 mit einem elektrischen Heizmittel 15 zu versehen sind, um eine vollständige Regeneration des Partikelfilters 2 zu ermöglichen. According to FIG. 3, unheated outlet channels 10 b each adjoin the outlet channels 10 a equipped with electrical heating means 15 . The unheated outlet channels 10 b are not provided with an electrical heating means 15 compared to the heated outlet channels 10 a. As shown here, the outlet channels 10 and the inlet channels 9 have a square cross section, so that in the arrangement of the electrical heating means 15 shown, only 25% of the outlet channels 10 are to be provided with an electrical heating means 15 in order to enable a complete regeneration of the particle filter 2 ,
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist der Partikelfilter 2 zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem einlassseitigen scheibenförmigen Partikelfilterdeckelteil 18, das eine Kontaktseite 20 aufweist, welche mit einem Partikelfilterhauptteil 19 in Kontakt tritt. Das Partikelfilterdeckelteil 17 dient vornehmlich der Befestigung oder Aufnahme der Heizmittel 15. Die Heizmittel 15 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch Kleben mit einem temperaturbeständigen Klebstoff mit dem Partikelfilterdeckelteil 18 verbunden. Um im befestigten Zustand der Heizmittel 15 eine ebene Kontaktseite 20 zum Partikelfilterhauptteil 19 zu bilden, sind die Heizmittel 15 innerhalb korrespondierender Ausnehmungen an der Kontaktseite 20 des Partikelfilterdeckelteils 18 eingelegt. Nach Zusammenfügen des Partikelfilterdeckelteils 18 mit dem Partikelfilterhauptteil 19 entsteht der erfindungsgemäße beheizbare Partikelfilter 2. With reference to FIG. 4, the particle filter 2 is constructed in two parts and consists of an inlet-side disk-shaped particle filter cover part 18 which has a contact side 20 which comes into contact with a particle filter main part 19 . Particulate filter cover part 17 is used primarily for fastening or receiving heating means 15 . In this exemplary embodiment, the heating means 15 are connected to the particle filter cover part 18 by gluing with a temperature-resistant adhesive. In order to form a flat contact side 20 to the particle filter main part 19 in the fastened state of the heating means 15 , the heating means 15 are inserted within corresponding recesses on the contact side 20 of the particle filter cover part 18 . After the particle filter cover part 18 has been joined together with the particle filter main part 19 , the heatable particle filter 2 according to the invention is produced.
Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die
Heizmittel 15a in die einzelnen Auslasskanalabschnitte
10a des Partikelfilterdeckelteils 18a in Richtung der
Einlassseite hineinragend angeordnet und damit gänzlich
seitens des entsprechend dickeren
Partikelfilterdeckelteils 18a platziert. Die Länge der Auslasskanalabschnitte
10a des Partikelfilterdeckelteils 18a ist etwas größer
als die Länge der Heizelemente 15a. Zwischen dem
Partikelfilterdeckelteil 18a und dem Partikelfilterhauptteil
19a besteht zudem ein Strömungsspalt 22, wobei die
Kanalführung im Partikelfilterhauptteil 19a gegenüber dem
Partikelfilterdeckelteil 18a durch entsprechend eingebrachte
Stöpselelemente 21a versetzt erfolgt, um eine günstige
Strömungsführung zu schaffen. Über den bestehenden
Strömungsspalt 22 erfolgt die elektrische Verdrahtung der
Heizelemente 15a.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuse
2 Partikelfilter, beheizt
3 Abgase, partikelbeladen
4 Heizmittel
5 Stickoxid-Abscheidermodul
6 Partikelfilter, unbeheizt
7 Stickoxid-Abscheidermodul
8 Abgase, gereinigt
9 Einlasskanal
10 Auslasskanal
11 Einlasskanalboden
12 Auslasskanalboden
13 Wandabschnitt
14 Partikelschicht
15 Heizmittel
16 Generatoreinheit
17 Spannungsquelle
18 Partikelfilterdeckelteil
19 Partikelfilterhauptteil
20 Kontaktseite
21 Stöpselelement
22 Strömungsspalt
According to the embodiment according to FIG. 5, the heating means 15 a are arranged protruding into the individual outlet duct sections 10 a of the particle filter cover part 18 a in the direction of the inlet side and are thus placed entirely on the part of the correspondingly thicker particle filter cover part 18 a. The length of the outlet channel sections 10 a of the particulate filter cover part 18 a is slightly larger than the length of the heating elements 15 a. There is also a flow gap 22 between the particle filter cover part 18 a and the particle filter main part 19 a, the channel guidance in the particle filter main part 19 a relative to the particle filter cover part 18 a being offset by appropriately inserted plug elements 21 a in order to create a favorable flow guidance. The electrical wiring of the heating elements 15 a takes place via the existing flow gap 22 . LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 Housing
2 particle filters, heated
3 exhaust gases, loaded with particles
4 heating means
5 nitrogen oxide separator module
6 particle filter, unheated
7 nitrogen oxide separator module
8 exhaust gases, cleaned
9 inlet duct
10 outlet duct
11 inlet duct floor
12 outlet duct floor
13 wall section
14 particle layer
15 heating means
16 generator unit
17 voltage source
18 Particulate filter cover part
19 Particulate filter main part
20 contact page
21 plug element
22 flow gap
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