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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf eine Partikelfalle
und insbesondere auf eine Partikelfalle mit einem selektiven Blockierungselement.
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Hintergrund
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Verbrennungsmotoren,
die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der Technik
bekannte Motoren aufweisen, können
eine komplexe Mischung von Luftverunreinigungen ausstoßen. Die
Luftverunreinigungen können
aus gasförmigen
Verbundstoffen und festen Partikelstoffen zusammengesetzt sein,
die unverbrannte Kohlenstoffpartikel aufweisen, die Ruß genannt
werden.
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Aufgrund
der gesteigerten Rücksicht
auf die Umwelt, sind Abgasemissionsstandards immer strenger geworden.
Die Menge der aus einem Motor ausgestoßenen Partikel kann abhängig von
der Art des Motors, von der Größe des Motors
und/oder der Klasse des Motors reguliert werden. Ein Verfahren, das
von Motorherstellern eingerichtet worden ist, um in Übereinstimmung
mit den Regelungen für
Partikelstoffe zu kommen, die in die Umgebung ausgestoßen werden,
ist es gewesen, die Partikelstoffe aus dem Abgasfluss des Motors
unter Verwendung einer Partikelfalle zu entfernen. Eine Partikelfalle
ist ein Filter, der ausgelegt ist, um Partikelstoffe beispielsweise
in einem Drahtgitterfiltermedium einzufangen. Die Verwendung der
Partikelfalle für
längere
Zeitperioden kann ermöglichen,
dass die Partikelstoffe sich in den Drahtgitterfiltermedien ansammeln,
wodurch sie die Funktionalität
des Filters und die Motorleistung reduzieren.
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Verschiedene
Regenerationstechniken können
eingesetzt werden, um die Effekte der Ansammlung von Partikelstoffen
zu bekämpfen.
Beispielsweise beschreibt das US-Patent 5 009 065 (das '065-Patent), das
an Howe und andere am 23. April 1991 ausgegeben wurde, die Verwendung
einer Abgasbehandlungsvorrichtung, um Partikelstoffe aus einem Verbrennungsprodukt
zu filtern. Die Abgasbehandlungsvorrichtung des '065-Patentes ist zur Anwendung in einem
Dieselmotor ausgelegt und weist ein primäres Substrat und ein Hilfssubstrat
auf, um die Partikelstoffe aus einem Abgasfluss zu entfernen. Während des
normalen Betriebs der Abgasbehandlungsvorrichtung wird der Abgasfluss
in eine erste Region geleitet, die das erste bzw. primäre Substrat enthält. Während der
Regeneration wird ein Ventil, das schwenkbar mit einem Behandlungsvorrichtungsgehäuse gekoppelt
ist, von einer ersten Position, wo das Abgas in die erste Region
fließt,
zu einer zweiten Position bewegt, wo der Auslass von der ersten
Region abgeblockt ist und wobei dieser durch eine zweite Region
mit einem Hilfssubstrat fließen kann.
Das schwenkbar angekoppelte Ventil wird von der ersten Position
zu zweiten Position durch eine extra dafür vorgesehene Betätigungsvorrichtung
bewegt. Ein Brenner wird aktiviert, um das Substrat zu aktivieren
und die eingefangenen Partikelstoffe zu oxidieren, wodurch das Substrat
regeneriert wird. Nachdem die Regeneration ausgeführt ist,
wird das Schwenkventil zur ersten Position zurück gestellt. Das '065-Patent beschreibt
auch ein alternatives Ausführungsbeispiel,
das ein verschiebbar bewegbares Ventil zur Ableitung des Abgasflusses
von dem primären
Substrat zum Hilfssubstrat und umgekehrt aufweist.
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Obwohl
die Abgasbehandlungsvorrichtung des '065-Patentes die Partikelstoffe reduzieren
kann, die in die Umgebung ausgestoßen werden, und den Aufbau
von Partikelstoffen in der Abgasbehandlungsvorrichtung reduzieren
kann, kann die Abgasbehandlungsvorrichtung groß und teuer sein. Beispielsweise
müssen,
um einen übermäßigen Rückdruck
in einem Motorsystem zu verhindern, das mit dem Abgasprozessor gekoppelt
ist, sowohl die primäre
Region als auch die Hilfsregion der Abgasbehandlungsvorrichtung
ausreichend groß sein,
um den gesamten Abgasfluss zu behandeln. Diese Größenanforderung
steigert die Kosten der Abgasbehandlungsvorrichtung. Zusätzlich sind
sowohl das Schwenkventil als auch das verschiebbar bewegbare Ventil
konfiguriert, um nur zwei Substrate zu blockieren, was die Abgasbehandlungsvorrichtung
des '065-Patentes
begrenzt für
eine Erweiterung macht.
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Die
offenbarte Partikelfalle ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf eine Partikelfalle gerichtet,
die ein Gehäuse
mit einem Einlass und einem Auslass hat. Die Partikelfalle hat auch
eine Vielzahl von strömungsmittelmäßig isolierten
Filtern, die in dem Gehäuse zwischen
dem Einlass und dem Auslass gestapelt sind. Die Vielzahl von Filtern
hat eine Stapelrichtung und eine Querrichtung. Die Partikelfalle
ist konfiguriert, um einen Abgasfluss in der Querrichtung durch die
Vielzahl von Filtern zu leiten. Die Partikelfalle hat weiter eine
Betätigungsvorrichtung
mit einer Blockierungsposition, die zur linearen Bewegung konfiguriert ist,
um selektiv den Abgasfluss durch jeden der Vielzahl von Filtern
zu blockieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zum Betrieb einer Partikelfalle gerichtet. Das Verfahren weist das Filtern
von Partikeln von einem Abgasfluss mit einer Vielzahl von strömungsmittelmäßig isolierten
Filtern auf, die zusammen in einer Stapelrichtung gestapelt sind.
Das Abgas fließt
in einer Querrichtung relativ zur Stapelrichtung. Das Verfahren
weist weiter die Messung eines Betriebsparameters der Partikelfalle und
die lineare Bewegung eines Blockierungsteils in der Stapelrichtung
auf, um selektiv den Abgasfluss durch jeden der Vielzahl von Filtern
zu blockieren, wenn der gemessene Betriebsparameter eine vorbestimmte
Bedingung erfüllt.
Das Verfahren weist weiter auf, selektiv einen elektrischen Strom
an jedem der Vielzahl von Filtern anzulegen, wenn der Abgasfluss
durch jeden der Vielzahl von Filtern blockiert ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine bildliche Darstellung eines Motors mit eine Partikelfalle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel;
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2a ist
eine Querschnittsansicht von der bildlichen Ansichtsdarstellung
einer Partikelfalle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel;
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2b ist
eine seitliche bildliche Darstellung einer Partikelfalle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel;
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3 ist
eine Draufsicht einer bildlichen Veranschaulichung im Querschnitt
einer Partikelfalle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel;
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4 ist
eine Draufsicht einer bildlichen Veranschaulichung im Querschnitt
einer Partikelfalle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel;
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5 ist
eine bildliche Veranschaulichung einer Vorderansicht im Querschnitt
einer Unterkartusche für
eine Partikelfalle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel;
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6 ist
eine bildliche Darstellung einer Vorderansicht im Querschnitt einer
Unterkartusche einer Partikelfalle gemäß einem beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel;
und
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7 ist
eine bildliche Darstellung einer Vorderansicht im Querschnitt einer
Unterkartusche für eine
Partikelfalle gemäß einem
beispielhaften offenbarten Ausführungsbeispiel.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 veranschaulicht
einen Motor 10 mit einer beispielhaften Partikelfalle 12.
Der Motor 10 kann eine Auslasssammelleitung 14 aufweisen,
die einen Abgasfluss des Motors 10 mit der Partikelfalle 12 verbindet.
Eine Steuervorrichtung 16 kann in Verbindung mit der Partikelfalle 12 über eine
Kommunikationsleitung 18 sein, und mit einem Motor 20 über eine Kommunikationsleitung 22.
Wie in den 2a und 2b veranschaulicht,
kann die Partikelfalle 12 ein Gehäuse 24, ein akustisches
Element 26, einen oder mehrere modulare und unabhängig ersetzbare
Filter 28 und eine Betätigungsvorrichtung 30 aufweisen.
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Das
Gehäuse 24 kann
einen Einlass 32 aufweisen, der mit der Sammelleitung 14 verbunden
ist, weiter eine Hauptkammer 34 und einen Auslass 36. Das
Gehäuse 24 kann
einen im Wesentlichen ovalförmigen
Querschnitt entlang einer Längsrichtung haben,
und kann eine abgerundete Außenfläche 42 haben.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Gehäuse 24 eine andere
Querschnittsform hat als ovalförmig,
wie beispielsweise zylindrisch, quadratisch, rechteckig oder irgendeine
andere Form. Zumindest ein Teil des Einlasses 32 und des
Auslasses 36 können
einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
haben. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Einlass 32 und
der Auslass 36 einen anders geformten Querschnitt haben
können,
wie beispielsweise quadratisch, rechteckig, dreieckig oder irgendeinen
anderen geeigneten Querschnitt. Der Einlass 32 und der
Auslass 36 können
im Allgemeinen mit der Längsrichtung
des Gehäuses 24 ausgerichtet
sein und können
auf entgegengesetzten Seiten der Hauptkammer 34 angeordnet
sein. Sowohl der Einlass 32 als auch der Auslass 36 können sich über die
gesamte Länge
der Hauptkammer 34 erstrecken, um den Abgasfluss zu jedem
Filter 28 und weg von diesem parallel vorzusehen. Der Einlass 32 kann
sich über
die Hauptkammer erstrecken und von einem ersten Ende 38 der
Partikelfalle 12 in der Längsrichtung des Gehäuses 24 vorstehen.
Der Auslass 36 kann sich über die Hauptkammer 34 erstrecken
und von einem zweiten Ende 40 der Partikelfalle 12 vorstehen.
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Das
akustische Element 26 kann eine perforierte Platte aufweisen,
die zwischen dem Einlass 32 und der Hauptkammer 34 positioniert
ist, so dass zusammen mit einer Außenfläche 42 eine Resonanzkammer 43 gebildet
wird. Das Motorverbrennungsgeräusch
kann durch Phasenauslöschung
aufgrund der Reflektion von Schallwellen weg vom akustischen Element 26 und
der Außenfläche 42 gedämpft werden,
während
die Löcher 44 in
dem akustischen Element 26 gestatten, dass Abgas vom Motor 10 durch
die Partikelfalle 12 fließt. Das akustische Element 26 ist
als reaktives Element abgebildet, es wird auch in Betracht gezogen,
dass das akustische Element 26 ein dissipatives Element
bzw. Verteilungselement, ein Absorptionselement bzw. Aufnahmeelement
oder irgendwelche anderen Mittel zur Aufnahme von Verbrennungsgeräusch des
Motors 10 aufweisen kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass
das akustische Element 26 alternativ zwischen der Hauptkammer 34 und
dem Auslass 36 positioniert sein kann.
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Jeder
Filter 28 kann von anderen Filtern 28 durch einen
Teiler 46 und eine Dichtungsmatte 48 abgetrennt
und abgedichtet werden. Der Teiler 46 kann aus einem elektrisch
nicht leitenden Material geformt werden, um elektrisch einen Filter 28 von
einem benachbarten Filter 28 zu isolieren. Die Dichtungsmatte 48 kann
durch Druck zwischen Teilern 46 sandwichartig aufgenommen
sein, um den Raum zwischen den Teilern 46 auszufüllen, wodurch
strömungsmittelmäßig ein
Filter 28 von einem benachbarten Filter 28 isoliert
wird. Eine Stahltragplatte 50 kann vorgesehen sein, um
strukturell den Teiler 46 und/oder die Dichtungsmatte 48 zu
tragen. Die Tragplatte 50 kann alternativ aus einem anderen
Material als Stahl gemacht sein, wie beispielsweise aus einem Keramikmaterial,
aus einem Plastikmaterial oder aus irgendeinem anderen geeigneten
Material. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass ein einzelnes
Glied zwischen den Filtern 28 angeordnet werden kann, welches
die nötigen
Dinge zu elektrischen Isolation, nötige Punkte zur Strömungsmittelisolation
und nötige
Punkte für
strukturelle Unterstützung
der Partikelfalle 12 bietet.
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Jeder
Filter 28 kann permanente Unterkartuschen (cartridges) 52 mit
einem oder mehreren serpentinenförmigen
Metallfasermedium/-medien 54 aufweisen, das von Metallfasermedien 54 von
benachbart aufgestapelten Unterkartuschen 52 durch zusätzliche
elektrisch isolierende Teiler 56 getrennt ist. Alternativ
kann jede der Unterkartuschen 52 ein elektrisch leitendes
Keramikfiltermedium oder ein elektrisch nicht leitendes Keramikfiltermedium
mit elektrisch leitenden Fasern aufweisen, die in dem Keramikfiltermedium
verwoben oder verteilt sind. Obwohl eine einzelne Reihe von Unterkartuschen 52 aufge stapelt
in Lagen in 2–7 abgebildet
ist, sei bemerkt, dass die Partikelfalle 12 Filter 28 mit mehreren
Spalten und/oder Zeilen von Unterkartuschen 52 aufweisen.
kann.
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Die
Isolationsteiler 56 zusammen mit dem Gehäuse 24 können getrennte
Strömungsmittelwege durch
jede Unterkartusche 52 mit einem Einlass 58 und
einem Ausgang 60 bilden. Der Abgasfluss kann aus dem Einlass 58 quer über die
serpentinenförmigen
Metallfasermedien 54 der Unterkartuschen 52 zum
Ausgang 60 geleitet werden. Alternativ können die
Filter 28 relativ zum Gehäuse 24 gedreht werden, so
dass der Abgasfluss in Längsrichtung über die Metallfasermedien 54 geleitet
werden kann.
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Die 2b und 3 veranschaulichen
jeweils Unterkartuschen 52, die einen ersten elektrischen
Verbinder 62 aufweisen, der sich von einem ersten Ende 64 der
Metallfasermedien 54 erstreckt, und einen zweiten elektrischen
Verbinder 68, der sich von einem zweiten Ende 70 der
Metallfasermedien 54 erstreckt. Das erste Ende 64 und
das zweite Ende 70 können
im Wesentlichen senkrecht zu einem Fluss des Abgases vom Einlass 58 durch
den Ausgang 60 orientiert sein. Erste und zweite elektrische Verbinder 62, 68 können eine
oder mehrere Unterkartuschen 52 mit einer (nicht gezeigten)
Leistungsquelle zu einem gegebenen Zeitpunkt verbinden, um eine
elektrische Schaltung zu bilden. Die ersten und zweiten elektrischen
Verbinder 62, 68 können sich durch das Gehäuse 24 erstrecken
und können
mit der Leistungsquelle über
permanente Verbinder oder Schnelltrennungsverbinder verbunden sein.
Zusätzlich
können
die ersten elektrischen Verbinder 62 miteinander über eine
gemeinsame Busschiene 74 verbunden sein. Es wird auch in
Betracht gezogen, dass die ersten elektrischen Verbinder 62 miteinander über gekrimpte
bzw. geklemmte Verbinder, Ringanschlüsse oder ähnliche in der Technik bekannte
Mittel verbunden sein können.
Es wird weiter in Betracht gezogen, dass die zweiten elektrischen
Verbinder 68 jeweils miteinander über einen gemeinsamen Bus verbunden
sein können.
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Wie
in 4 veranschaulicht, kann ein gemeinsamer elektrischer
Verbinder 72 elektrisch jedes der Metallfasermedien 54 mit
der gleichen Unterkartusche 52 verbinden, wenn mehrere
Metallfasermedien 54 in einer einzigen Unterkartusche 52 vorgesehen
sind. Die ersten Verbinder 62 und die gemeinsamen elektrischen
Verbinder 72 können
eine oder mehrere Unterkartuschen 52 mit der Leistungsquelle zu
einem gegebenen Zeitpunkt verbinden, um eine elektrische Schaltung
zu bilden. Die gemeinsamen elektrischen Verbinder 72 können sich
auch durch das Gehäuse 24 erstrecken
und können
mit der Leistungsquelle über
permanente Verbinder oder Schnelltrennungsverbinder verbunden sein.
Es wird in Betracht gezogen, dass die gemeinsamen elektrischen Verbinder 72 miteinander über eine
gemeinsame Busstange bzw. Busschiene verbunden sein können.
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Wie
in 5 gezeigt, kann die Betätigungsvorrichtung 30 Antriebsmittel 76 aufweisen,
die mit dem Motor 20 verbunden sind (siehe 1)
und ein Blockierungsteil 78. Die Antriebsmittel 76 können eine
Führungsschraube
bzw. Führungsspindel 80 aufweisen,
wie beispielsweise eine Kugelgewindespindel, eine Planetenrollenspindel,
eine Reibungsrollenspindel oder irgendeine andere Art einer Führungsspindel,
die eine Drehbewegung des Motors 20 in eine lineare Bewegung
des Blockierungsteils 78 überträgt. Die Antriebsmittel 76 können drehbar
mit dem ersten Ende 38 verbunden sein und sich durch das
zweite Ende 40 der Partikelfalle 12 erstrecken, um
eine Verbindung mit dem Motor 20 herzustellen. Die Betätigungsvorrichtung 30 kann
zwischen der Hauptkammer 34 und dem Auslass 36 angeordnet sein
(siehe 2a). Es wird auch in Betracht
gezogen, dass die Betätigungsvorrichtung 30 abwechselnd
zwischen dem Einlass 32 und der Hauptkammer 34 angeordnet
sein kann.
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Das
Blockierungsteil 78 kann konfiguriert sein, um selektiv
den Auslassfluss durch jede Unterkartusche 52 durch eine
lineare Bewegung über
einen oder mehrere Ausgänge 60 zu
blockieren, der mit jeder Unterkartusche 52 assoziiert
ist. Das Blockierungsteil 78 kann allgemein rechteckig
geformt sein, wobei es eine Längen-,
Breiten- und Dickenrichtung besitzt. Das Blockierungsteil 78 kann
ein Innengewinde 86 aufweisen, das mittig relativ zur Längen- und
Breitenrichtung des Blockierungsteils 78 gelegen ist. Das
Innengewinde 86 kann umlaufend um ein zentrales Durchgangsloch
angeordnet sein. Es wird in Betracht gezogen, dass Gewindegänge 86 nicht vorhanden
sein könnten,
und dass Lager oder irgendwelche anderen Mittel zum Eingriff von
Gewindegängen
der Führungsschraube
bzw. Führungsspindel 80 vorgesehen
sein könnten.
Das Blockierungsteil 78 kann Mittel aufweisen, um eine
konstante Orientierung des Blockierungsteils 78 relativ
zur Unterkartusche 52 zu halten, wenn die Führungsspindel 80 gedreht
wird, um eine lineare Translation des Blockierungsteils 78 zu
bewirken. Diese Mittel können
beispielsweise Vorsprünge
auf gegenüberliegenden
Enden des Blockierungsteils 78 aufweisen, die konfiguriert
sind, um mit Kanälen
innerhalb des Gehäuses 24 in
Eingriff zu kommen, weiter Lager, die konfiguriert sind, um in Bahnen
zu laufen, die mit dem Gehäuse 24 verbunden
sind, eine oder mehrere Führungsstangen,
die an dem Gehäuse 24 angebracht sind
und konfiguriert sind, um mit Lagerhülsen innerhalb des Blockierungsteils 78 in
Eingriff zu kommen, eine zweite Führungsspindel, die konfiguriert
ist, um mit zusätzlichen
Innengewindegängen
innerhalb des Blockierungsteils 78 in Eingriff zu kommen,
oder irgendwelche anderen in der Technik bekannten Mittel. Ein Spiel 114 kann
zwischen den isolierenden Teilern 56 und dem Blockierungsteil 78 aufrechterhalten werden,
um einen gewissen Abgasfluss vorzusehen, auch wenn das Blockierungsteil 78 in
der Blockierungsposition relativ zu den Unterkartuschen 52 ist. Der
Ausdruck blockiert kann sich für
die Zwecke dieser Offenbarung auf irgendeine Größe einer Luftflusseinschränkung von
teilweise eingeschränkt
bis zu vollständig
eingeschränkt
beziehen.
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In
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel, das
in 6 veranschaulicht ist, kann die Betätigungsvorrichtung 30 Antriebsmittel 94 mit
einer ersten Walze 96, mit einer zweiten Walze 98 und
einem Riemen 100 aufweisen, wobei ein Blockierungsteil 102 an
dem Riemen 100 angebracht ist. Die ersten und zweiten Walzen 96, 98 können irgendwelche
Mittel aufweisen, um den Motor 20 mit dem Riemen 100 zu
verbinden, wie beispielsweise eine Riemenscheibe, ein Kettenrad,
ein Zahnrad oder irgendwelche anderen Mittel, die in der Tech nik
bekannt sind. Die erste Walze 96 kann an einem ersten Ende 38 der
Partikelfalle 12 angeordnet sein und betriebsmäßig mit dem
Motor 20 verbunden sein. Die zweite Walze 98 kann
am zweiten Ende 40 der Partikelfalle 12 angeordnet
sein. Der Riemen 100 kann irgendein Mittel sein, das in
der Technik bekannt ist, um die Drehung des Motors 20 auf
eine lineare Bewegung des Blockierungsteils 102 zu übertragen,
wie beispielsweise ein flexibler verstärkter Polymer, eine Gliederkette, ein
Metallkabel bzw. Metallseil oder irgendwelche anderen Mittel, die
in der Technik bekannt sind. Der Riemen 100 kann irgendein
Endlosriemen sein, der um erste und zweite Walzen 96, 98 gewickelt
ist. Es wird jedoch auch in Betracht gezogen, dass der Riemen 100 ein
erstes Ende haben kann, das um die erste Walze 96 herum
gewickelt ist, und ein zweites Ende, das um die zweite Walze 98 gewickelt
ist. Die erste Walze 96 kann mit dem Motor 20 in
Eingriff sein, um zu bewirken, dass der Riemen 100 sich
bewegt, und die zweite Walze 98 in einer entsprechenden
Drehung arbeitet, wenn der Motor 20 sich dreht. Es wird auch
in Betracht gezogen, dass die zweite Walze 98 direkt vom
Motor 20 angetrieben werden kann, und dass die erste Walze 96 als
die folgende Walze arbeiten kann. Es wird weiter in Betracht gezogen,
dass die ersten und zweiten Walzen 96, 98 beide
direkt vom Motor 20 oder von getrennten Motoren angetrieben
werden können.
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Das
Blockierungsteil 102 kann eine im Allgemeinen rechteckige
Form mit einer Längenrichtung, mit
einer Breitenrichtung und einer Dickenrichtung haben. Das Blockierungsteil 102,
der an dem Riemen 100 angebracht ist, kann sich linear
in der Längenrichtung
zusammen mit dem Riemen 100 bewegen, um selektiv die Abgasflussausgänge 60 der
Unterkartuschen 52 zu blockieren. Das Blockierungsteil 102 kann
Ausrichtungsmittel zur Ausrichtung des Blockierungsteils 102 mit
dem Ausgang 60 der Unterkartuschen 52 haben oder
nicht haben, um das Spiel 114 zwischen den isolierenden
Teilern 56 und dem Blockierungsteil 102 aufrecht
zu erhalten. Diese Ausrichtungsmittel können beispielsweise Vorsprünge an gegenüberliegenden
Enden des Blockierungsteils 78 aufweisen, die konfiguriert
sind, um die Kanäle
mit dem Gehäuse 24 in
Eingriff zu bringen, weiter Lager, die konfiguriert sind, um in
Bahnen zu lau fen, die mit dem Gehäuse 24 verbunden sind,
oder irgendwelche anderen in der Technik bekannten Mittel.
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Im
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der 7 kann die Betätigungsvorrichtung 30 Antriebsmittel 104 aufweisen,
die zwei Blockierungsteile 106 besitzen, die an dem Riemen 100 angebracht
sind. In diesem Ausführungsbeispiel
kann die Betätigungsvorrichtung 30 einen
Scharnierteil 108 aufweisen, der mit jeder Unterkartusche 52 assoziiert
ist, und eine erste Position und eine zweite Position besitzt. In
der ersten Position kann gestattet werden, dass Abgas durch jede
jeweilige Unterkartusche 52 fließt. In der zweiten Position
kann das Abgas blockiert sein. Im Gegensatz zu den Blockierungsteilen 78 und 102 der 5 und 6 blockieren
die Blockierungsteile 106 der 7 nicht
direkt das Abgas durch jede Unterkartusche 52. Die Blockierungsteile 106 können jedoch
konfiguriert sein, um jeden Scharnierteil 108 aus der ersten
Position in die zweite Position zu bewegen, wodurch sie indirekt
den Abgasfluss blockieren. Ähnlich
wie bei den Ausführungsbeispielen
der 5 und 6 kann ein Spiel 114 zwischen
isolierenden Teilern 56 und dem Scharnierteil 108 aufrechterhalten
werden.
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Jeder
der Blockierungsteile 106 kann konfiguriert sein, um Spannungen
zu reduzieren, die auf dem Scharnierteil 108 während der
Bewegung von jedem Scharnierteil 108 aus der ersten Position
in die zweite Position eingeleitet werden. Insbesondere kann das
Blockierungsteil 106 eine erste abgewinkelte Oberfläche 110 besitzen,
die in die Bewegungsrichtung des Blockierungsteils 106 weist,
und eine zweite abgewinkelte Oberfläche 112, die entgegengesetzt
zur ersten abgewinkelten Oberfläche 110 angeordnet
ist. Die ersten und zweiten abgewinkelten Oberflächen 110 und 112 können Spannungen
reduzieren, die auf den Scharnierteil 108 aufgebracht werden,
wenn die Blockierungsteile 106 mit den Scharnierteilen 108 in
Eingriff und außer
Eingriff kommen. Es wird auch in Betracht gezogen, dass die Blockierungsteile 106 eine
größere oder
geringere Anzahl von abgewinkelten Oberflächen haben können, oder
dass die Oberflächen
eine andere Form als abgewinkelt haben können, wie beispielsweise rund. Jedes
Blockierungsteil 106 kann um eine vorbestimmte Distanz
von dem nächsten
entlang des Riemens 100 beabstandet sein und kann konfiguriert sein,
um zu bewirken, dass Abgas simultan durch eine oder mehrere der
Unterkartuschen 52 blockiert wird.
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Die
Steuervorrichtung 16 (siehe 1) kann verschiedene
Komponenten aufweisen, um die Partikelfalle 12 zu betätigen, wie
beispielsweise einen Speicher, eine sekundäre Speichervorrichtung und einen
Prozessor. Verschiedene Schaltungen können mit der Steuervorrichtung 16 assoziiert
sein, wie beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine
Signalkonditionierungsschaltung, eine Elektromagnettreiberschaltung
und andere geeignete Schaltungen.
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Der
Motor 20 (siehe 1) kann mit der Führungsspindel 80 der 2a, 3, 4 und 5 oder
mit der ersten Walze 96 und/oder der zweiten Walze 98 der 6 und 7 verbunden
sein, um zu bewirken, dass die Blockierungsteile 78, 102 und 106 sich
linear in der Längsrichtung
der Partikelfalle zwischen den Enden 38 und 40 bewegen.
Der Motor 20 kann sich kontinuierlich oder schrittweise
drehen. Der Motor 20 kann elektrisch angetrieben, mechanisch
angetrieben, hydraulisch angetrieben, pneumatisch angetrieben oder
in irgendeiner anderen Weise angetrieben sein, die in der Technik
bekannt ist. Der Motor 20 kann direkt mit der Führungsspindel 80,
mit der ersten Walze 96 und/oder der zweiten Walze 98 verbunden
sein, oder kann über
eine Ratschenvorrichtung, ein Rollensystem, ein Zahnradsystem oder
in irgendeiner anderen geeigneten Weise angeschlossen sein.
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Es
wird auch in Betracht gezogen, dass der Motor 20 nicht
vorhanden sein kann, und dass eine andere Betätigungsvorrichtung vorgesehen
ist, wie beispielsweise eine hydraulische Vorrichtung, eine Elektromagnetvorrichtung,
eine Piezo-Vorrichtung oder irgendwelche anderen Mittel zur Betätigung.
Die andere Betätigungsvorrichtung
kann mit Antriebsmittel 76, 94 oder 104 über einen
Ratschen- bzw. Rast-Mechanismus, einen Mechanismus aus Zahnstange
und Zahnrad, einen Schrauben- bzw. Spindel-Zahnrad-Mechanismus oder
in irgendeiner anderen in der Technik bekannten Weise verbunden
sein.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
offenbarte Partikelfalle kann auf irgendeine Verbrennungsvorrichtung
anwendbar sein, wie beispielsweise einen Motor, einen Ofen oder
irgendeine andere Vorrichtung, die in der Technik bekannt ist, wo
die Entfernung von Partikeistoffen aus einem Abgasfluss erwünscht ist.
Die Partikelfalle 12 kann eine einfache, kostengünstige und
kompakte Lösung
sein, um die Menge der Partikelstoffe zu reduzieren, die in die
Umgebung ausgestoßen
wird. Wegen ihrer modularen Konstruktion und den gemeinsamen Antriebsmitteln
und Blockierungsteilen kann die Partikelfalle 12 leicht
erweitert werden, um einen Bereich von Filteranforderungen zu erfüllen. Weil
die Filter 28 unabhängig
ersetzbar sind, können zusätzlich eingeschränkte, beschädigte oder
in anderer Weise nicht verwendbare Filter 28 leicht und
unabhängig
bei geringeren Kosten ersetzt werden, als erforderlich wäre, um die
gesamte Partikelfalle 12 zu ersetzen. Getrennt regenerierbare
Unterkartuschen 52 haben niedrige Leistungsanforderungen
zur Regeneration, was kostengünstige
Leistungselektronik und hohen Motorwirkungsgrad gestattet. Weil
die offenbarte Partikelfalle keine zentralisierte Ventilanordnung
erfordert, kann zusätzlich
die Partikelfalle 12 einen hohen Grad an Flexibilität bei der
Konstruktion haben. Der Betrieb der Partikelfalle 12 wird
nun im Detail erklärt.
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Gemäß einem
beispielhaften Ausführungsbeispiel
der Partikelfalle 12 kann der Abgasfluss in die Resonanzkammer 43 der
Partikelfalle 12 durch den Einlass 32 fließen, wie
in 2a veranschaulicht. Wie oben erklärt, kann
die Resonanzkammer 43 die Verbrennungsgeräuschausgabe
des Motors 10 durch Phasenauslöschung aufgrund von Reflektion der
Schallwellen weg von dem akustischen Element 26 und der äußeren Oberfläche 42 reduzieren.
Der Abgasfluss kann dann durch die Löcher 44 des akustischen
Elementes 26 durch die Filter 28 geleitet werden,
die in der Hauptkarmmer 34 angeordnet sind, um aus der
Partikelfalle 12 über
dem Auslass 36 auszutreten.
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Wenn
das Abgas durch die Filter 28 fließt, können Partikelstoffe aus dem
Abgasfluss durch die Metallfasermedien 54 der Unterkartuschen 52 entfernt
werden. Mit der Zeit können
sich Partikelstoffe in den Metallfasermedien 54 aufbauen.
Wenn dies nicht überprüft wird,
könnte
der Aufbau der Partikelstoffe groß genug sein, um teilweise
oder sogar vollständig
den Fluss des Abgases durch die Metallfasermedien 54 einzuschränken, was
gestattet, dass der Druck in dem Abgassystem des Motors 10 ansteigt.
Eine Steigerung des Rückdruckes
des Motors 10 könnte
die Fähigkeit
des Motors reduzieren, frische Luft anzuziehen, was eine verringerte
Leistung des Motors 10 zur Folge hat.
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Um
den unerwünschten
Aufbau von Partikelstoffen in der Partikelfalle 12 zu verhindern,
können einzelne
Unterkartuschen 52 innerhalb eines Partikelfilters 28 unabhängig regeneriert
werden. Die Regeneration kann periodisch oder basierend auf einer Auslösebedingung
sein. Die Auslösebedingung
kann beispielsweise eine vergangene Motorbetriebszeit sein, eine
gemessene Druckdifferenz an der Partikelfalle 12 oder irgendeine
andere in der Technik bekannte Bedingung.
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Die
Steuervorrichtung 16 kann konfiguriert sein, um die Regeneration
von Unterkartuschen 52 zu bewirken. Wenn die Steuervorrichtung 16 der 2a–5 bestimmt,
dass eine Regeneration erforderlich ist (beispielsweise wenn der
Motor für
eine vorbestimmte Zeitperiode gearbeitet hat, oder wenn der an der
Partikelfalle 12 gemessene Druck größer als ein vorbestimmter Wert
ist), kann die Steuervorrichtung 16 bewirken, dass die
Führungsspindel 80 sich
mit Bezug zum Gehäuse 24 dreht.
Wenn die Führungsspindel 80 sich
dreht, wird der Blockierungsteil 78 sich linear bewegen,
um mit dem Ausgang 60 von mindestens einer Unterkartusche 52 ausgerichtet
zu werden, um den Abgasfluss durch die mindestens eine Unterkartusche 52 zu
blockieren. Der Abgasfluss durch jede der Unterkartuschen 52 kann,
wenn diese blockiert ist, beispielsweise auf ungefähr 0,5%–2,0% des
Flusses durch eine nicht blockierte Unterkartusche 52 begrenzt
sein. Ein gewisser Teil des Flusses des Abgases durch die blockierte
Unterkartusche 52 kann nötig sein, um ausreichend Sauerstoff für die Verbrennung
der Partikelstoffe zu liefern, die in der Unterkartusche 52 eingeschlossen
sind.
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Wenn
die Steuervorrichtung 16 der 6 und 7 bestimmt,
dass eine Regeneration erforderlich ist, kann genauso die Steuervorrichtung 16 bewirken,
dass der Riemen 100 sich um erste und zweite Walzen 96, 98 bewegt.
Wenn sich der Riemen 100 um die ersten und zweiten Walzen 96, 98 bewegt,
wird das Blockierungsteil 102 der 6 sich mit
dem Ausgang 60 der mindestens einen Unterkartusche 52 ausrichten,
um das Abgas durch die Unterkartusche 52 zu blockieren.
In ähnlicher
Weise wird das Blockierungsteil 106, wenn sich der Riemen 100 um
die ersten und zweiten Walzen 96, 98 der 7 bewegt,
mit dem Scharnierteil 108 in Eingriff kommen, um den Scharnierteil 108 aus
der ersten Position in die zweite Position zu bewegen, wodurch der Abgasfluss
durch mindestens eine Unterkartusche 52 blockiert wird.
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Wenn
der Abgasfluss durch die Unterkartusche 52 blockiert wird,
kann die Steuervorrichtung 16 die Leistungsquelle über erste
und zweite elektrische Verbinder 62, 68 und/oder
einen gemeinsamen elektrischen Verbinder 72 mit der blockierten
Unterkartusche 52 verbinden. Strom aus der Leistungsquelle kann
bewirken, dass die blockierte Unterkartusche 52 durch Widerstand über die
Verbrennungstemperatur der Partikelstoffe aufheizt, die in der mindestens einen
blockierten Unterkartusche 52 eingeschlossen sind, wodurch
der Aufbau der Partikelstoffe weggebrannt wird.
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Das
Blockieren des Abgasflusses aus der regenerierenden Unterkartusche 52 kann
die Energie verringern, die zur Regeneration erforderlich ist, weil der
Abgasfluss, der vergleichsweise kühl im Vergleich zur Regenerationstemperatur
ist, Wärme
während
des Regenerationsprozesses abführen
kann. Weil die Unterkartusche 52, die eine Regeneration ausführt, im
Wesentlichen strömungsmittelmäßig von anderen
Unterkartuschen 52 innerhalb der gleichen Partikelfalle 12 isoliert
ist, beeinflusst zusätzlich
das Abgas, das durch die nicht regenerierenden Unterkartuschen 52 fließt, nicht
die Energiemenge, die erforderlich ist, um die strömungsmittelmäßig isolierte Unterkartusche 52 zu regenerieren.
Weil eine einzige Unterkartusche 52 zu einem gegebenen
Zeitpunkt blockiert werden kann, kann zusätzlich die Steigerung des Rückdruckes
vernachlässigbar
sein, und die Gesamtgröße der Partikelfalle 12 kann
reduziert werden.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an der offenbarten Partikelfalle vorgenommen werden
können.
Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und bei
einer praktischen Ausführung
der offenbarten Partikelfalle offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt,
dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen
werden, wobei ein wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.