DE102008040451A1 - Particle filter for filtering exhaust gas of diesel internal-combustion engine, has porous filter wall separating outlet channel from inlet channel, and latent heat storage material arranged in outlet channel in region of inlet side - Google Patents

Particle filter for filtering exhaust gas of diesel internal-combustion engine, has porous filter wall separating outlet channel from inlet channel, and latent heat storage material arranged in outlet channel in region of inlet side Download PDF

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Abstract

The particle filter (1) has a filter substrate (3) comprising an inlet side (5) for entry of exhaust gas (11), and an outlet side (7) for exit of exhaust gas (13). An inlet channel (15) locked at the outlet side and an outlet channel (17) locked at the inlet side are arranged in the filter substrate. The outlet channel is separated from the inlet channel by a porous filter wall (19) of the filter substrate. A latent heat storage material (9) i.e. phase change material, is arranged in the outlet channel in a region of the inlet side. Independent claims are also included for the following: (1) a method for operating a particle filter (2) a Method for producing a particle filter.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Partikelfilter, einem Verfahren zum Betrieb und einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Partikelfilters nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.The The invention is based on a particle filter, a method for Operation and a method for producing such a particulate filter according to the preamble of the independent claim.

Wird einem latentwärmespeichernden Material („PCM”, engl. „Phase Change Material”) im festen Aggregatzustand Wärmeenergie zugeführt, so erhöht sich seine Temperatur bis zum Schmelzpunkt. Während des Schmelzens bleibt die Temperatur der Flüssigphase im Koexistenzbereich mit der Festphase des PCM trotz Wärmezufuhr konstant, die Zufuhr thermischer Energie führt im Übergang vom festen zum flüssigen Aggregatzustand nicht zu einer Temperatur-, sondern zu einer Entropieerhöhung. Erst wenn die Festphase vollständig geschmolzen ist, steigt die Temperatur bei weiterer Wärmezufuhr. Umgekehrt sinkt die Temperatur bei Wärmeentzug nicht und bleibt während des Phasenübergangs von flüssig nach fest konstant, bis alles Material erstarrt ist. Bei weiterem Wärmeentzug sinkt die Temperatur des Materials. Die Schmelzwärme ist von der Masse, spezifischen Wärmekapazität und der Schmelz- bzw. Siedetemperatur des verwendeten Materials abhängig. Technische Anwendung finden in Abhängigkeit von den gewünschten oben genannten Parametern etwa Paraffine, Silikate, Salze und deren wässrige Lösungen, Salzhydrate, Metalle und Metalllegierungen sowie heterogene Gemische wie Suspensionen, Emulsionen oder Kolloide verschiedener Art. Verwendung finden PCM derzeit in Isolierungen von Bauten, um Spitzen der Raumtemperatur durch direkte Sonneneinstrahlung abzufangen. Typischerweise werden dafür Paraffine in Mikrokapseln in Baumaterialien wie dem Außenputz von Häusern verwendet, deren Schmelztemperatur bei z. B. bei 26 Grad Celsius liegt. In Textilien und Funktionskleidung wird die Anwendung von PCM ebenfalls untersucht.Becomes a latent heat storage material ("PCM", Engl. "Phase Change Material") in the solid state Heat energy supplied, it increases its temperature until the melting point. During the melting the temperature of the liquid phase remains in the coexistence range with the solid phase of the PCM despite heat supply constant, the Supply of thermal energy leads in the transition from solid to liquid state not to a temperature, but to an increase in entropy. Only when the solid phase completely melted, the temperature rises additional heat. Conversely, the temperature drops Heat deprivation does not and remains during the phase transition from liquid to solid, until all material solidifies is. Upon further removal of heat, the temperature of the material decreases. The heat of fusion is of mass, specific heat capacity and the melting or boiling temperature of the material used dependent. Find technical application depending on the desired parameters mentioned above, such as paraffins, Silicates, salts and their aqueous solutions, salt hydrates, Metals and metal alloys as well as heterogeneous mixtures such as suspensions, emulsions or colloids of various kinds. PCM is currently used in Isolations of buildings to peaks of room temperature by direct To absorb solar radiation. Typically, for that Paraffins in microcapsules in building materials such as exterior plaster used by houses whose melting temperature at z. B. at 26 degrees Celsius. In textiles and functional clothing is the application of PCM also investigated.

Aus der DE 10 2005 049 690 ist es bekannt, ein Filterelement im Innenraum mit einem Latentwärmespeicher zu versehen.From the DE 10 2005 049 690 It is known to provide a filter element in the interior with a latent heat storage.

Die DE 10 2004 052 107 beschreibt die Verwendung eines Wärmespeichers im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, der stromabwärts eines Partikelfilters angeordnet ist und dessen latentwärmespeicherndes Material von Abgaskanälen durchzogen ist. Der Wärmespeicher dient zur Temperaturregulation des einen nachgeordneten Stickoxid-Speicherkatalysator durchströmenden Abgases.The DE 10 2004 052 107 describes the use of a heat accumulator in the exhaust tract of an internal combustion engine, which is arranged downstream of a particulate filter and whose latent heat-storing material is traversed by exhaust ducts. The heat storage is used for temperature regulation of the exhaust gas flowing through a downstream nitrogen oxide storage catalytic converter.

Die EP 0596854 offenbart einen Katalysator mit einem Latentwärmespeicher, der im Inneren des Katalysators oder wahlweise den Katalysator mantelförmig umschließend, also in Form einer Hülle, angeordnet ist. Der Latentwärmespeicher kann dessen Oberfläche vergrößernde Rippen aufweisen.The EP 0596854 discloses a catalyst with a latent heat storage, which is in the interior of the catalyst or optionally the jacket surrounding the jacket, ie in the form of a shell arranged. The latent heat accumulator may have its surface enlarging ribs.

Die US 1395960 beschreibt einen monolithischen katalytischen Konverter zur Abgasnachbehandlung bei brennkraftmaschinenbetriebenen Kraftfahrzeugen, bei dem in auslassseitigen Bereichen des Monolithen latentwärmespeichernde Materialien eingebettet sind.The US 1395960 describes a monolithic catalytic converter for exhaust aftertreatment in internal combustion engine-powered motor vehicles, in which latent heat-storing materials are embedded in outlet-side regions of the monolith.

Die US 2007/0292657 beschreibt eine Temperaturmessung in Keramikstrukturen unter Verwendung von Materialien, die irreversible Phasenänderungen von einer festen Phase in eine andere feste Phase vollziehen.The US 2007/0292657 describes a temperature measurement in ceramic structures using materials that undergo irreversible phase changes from one solid phase to another solid phase.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Partikelfilter bzw. das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb bzw. zur Herstellung eines solchen Partikelfilters mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, eine lebensdauerverlängernde und kraftstoffsparende Russbeseitigung insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen zu ermöglichen. Der Wärmehaushalt eines Partikelfilters kann durch einlassseitige Anordnung latentwärmespeichernden Materials insbesondere im Filtersubstrat oder in den Gaskanälen des Partikelfilters energieeffizient reguliert werden.The Particulate filter according to the invention or the inventive Method for operating or producing such a particle filter with the characterizing features of the independent claim In contrast, has the advantage of a life-prolonging and fuel-saving soot removal especially in diesel internal combustion engines to enable. The heat balance of a particulate filter can by latent heat storage by inlet side arrangement Material in particular in the filter substrate or in the gas channels the particle filter are energy-efficiently regulated.

Es können (auch lokale) Übertemperaturen des Partikelfiltermaterials mit der Folge von Rissbildungen im Filtersubstrat, lokalem Aufschmelzen, vorzeitiger Alterung und Materialermüdung vermieden werden. Die Erfindung verringert den thermischen Stress im Substratmaterial von Dieselpartikelfiltern, insbesondere thermische Lastspitzen und hohe Temperaturgradienten im Volllastbereich des Motors und während der Partikelfilterregeneration und hier vor allem während der spontanen Selbstentzündung und exothermen Oxidation der Rußpartikel bei hohen Abgastemperaturen.It can (even local) excess temperatures of the particulate filter material with the consequence of cracking in the filter substrate, local melting, premature aging and material fatigue are avoided. The invention reduces the thermal stress in the substrate material of diesel particulate filters, in particular thermal load spikes and high temperature gradients in the full load range of the engine and during Particle filter regeneration and here especially during spontaneous auto-ignition and exothermic oxidation the soot particles at high exhaust gas temperatures.

Des Weiteren können zu niedrige Temperaturen während der Regeneration vermieden sowie gleichmäßige thermische Regenerationsbedingungen gewährleistet werden, insbesondere können günstige thermische Regenerationsbedingungen durch Vermeidung von Auskühlung im unteren Lastbereich sowie bei niedrigen Außentemperaturen gewährleistet werden.Of Further, too low temperatures during Regeneration avoided and uniform thermal regeneration conditions are ensured In particular, favorable thermal regeneration conditions can Avoidance of cooling in the lower load range as well guaranteed at low outdoor temperatures become.

Weiterhin ermöglicht die Erfindung die Verteilung von Latentwärme auf das Filtersubstrat und damit eine gleichmäßige Temperierung und Rußoxidation sowie eine Schonung und Lebensdauererhöhung katalytischer Beschichtungen. Gleichmäßige thermische Betriebsprofile tragen zum optimalen Betrieb katalytischer Beschichtungen insbesondere während des Motorbetriebs im Volllastbereich sowie der Regeneration bei verhältnismäßig niedrigen Abgastemperaturen bei. Des Weiteren wird die Aufwärmehase bis zur Erreichung der für die Regeneration günstigen thermischen Betriebsbedingungen verkürzt.Furthermore, the invention allows the distribution of latent heat on the filter substrate and thus a uniform temperature and soot oxidation as well as a conservation and lifetime increase of catalytic coatings. Uniform thermal operating profiles contribute to the optimal operation of catalytic coatings in particular during engine operation at full load and regeneration at relatively low exhaust gas temperatures. Furthermore, the warm-up phase is shortened until the favorable for the regeneration thermal operating conditions.

Die Verbindung eines Latentwärmespeichers mit dem Substrat eines Partikelfilters im einlassseitigen Bereich der Auslasskanäle, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, ist in vorteilhafter Weise auf die heute bekannten Bauformen solcher Filter und die im Automobilserienbau eingesetzten Regenerationsverfahren anwendbar.The Connection of a latent heat accumulator with the substrate a particulate filter in the inlet side region of the outlet channels, in particular a diesel particulate filter is, in an advantageous manner on the today known types of such filters and in the automotive series applicable regeneration method applicable.

Eine Einsparung von Kraftstoff im Betrieb des Partikelfilters stellt sich ein, weil sich der Bedarf an Kraftstoff-Nacheinspritzungen während der Regeneration verringert, weil überschüssige Wärme im PCM zwischengespeichert und wieder an den Partikelfilter während der Regeneration abgegeben werden kann. Somit kommt es auch seltener zu Unterbrechungen der Regeneration, was vorteilhaft ist, da jede Wiederaufnahme einer unterbrochenen Regeneration ansonsten einen erneuten Aufheizvorgang bedingt. Der Betrieb ist auch deswegen kraftstoffsparend, weil ein gleichmässig günstiges Temperaturniveau infolge einer Latentwärmespeicherung im entsprechenden Temperaturbereich weniger Heizung durch Verbrennung nacheingespritzten Kraftstoffs erfordert.A Saving fuel during operation of the particulate filter provides one, because of the need for post fuel injections during regeneration decreases because of excess Heat stored in the PCM and back to the particulate filter during the regeneration can be delivered. Thus comes It is also less likely to interrupt regeneration, which is beneficial otherwise, any resumption of interrupted regeneration a renewed heating process conditional. The operation is also because of that fuel-saving, because a uniformly favorable Temperature level as a result of latent heat storage in the corresponding temperature range less heating by combustion re-injected fuel requires.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist es, zwei oder mehrere latentwärmespeichernde Materialien mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen zu verwenden. Dies erlaubt eine Spreizung des Temperaturbereichs der Latentwärmespeicherung unter Beibehaltung der inneren thermischen Energie im Filtersubstrat auf einem günstigen Temperaturniveau bis zur nächsten Regenerationsphase.By those listed in the dependent claims Measures are advantageous developments and improvements possible. It is particularly advantageous, two or more latent heat storage materials with different melting temperatures to use. This allows a spread of the temperature range the latent heat storage while maintaining the internal thermal Energy in the filter substrate at a favorable temperature level until the next regeneration phase.

Weiterhin ist es vorteilhaft, durch induktive Heizung eines elektrisch leitfähigen PCM thermisch günstige Betriebsbedingungen rascher zu erreichen und eine spontane Selbstentzündung und exotherme Oxidation des Ruß ohne kritischen thermischen Stress einzuleiten und aufrechtzuerhalten.Farther it is advantageous, by inductive heating of an electrically conductive PCM thermally favorable operating conditions to achieve faster and a spontaneous auto-ignition and exothermic oxidation soot without critical thermal stress and uphold.

Weitere Vorteile ergeben sich durch die weiteren in den weiteren abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmale.Further Benefits result from the others in the other dependent Claims and features mentioned in the description.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

1 ein Partikelfilter mit eingelagertem latentwärmespeichernden Material, 1 a particle filter with stored latent heat-storing material,

2 ein weiteres Partikelfilter mit zwei unterschiedlichen latentwärmespeichernden Materialien und 2 Another particle filter with two different latent heat storage materials and

3 ein Partikelfilter mit einer Induktionsheizung. 3 a particle filter with an induction heater.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

1 zeigt ein Filtersubstrat 3 eines Partikelfilters 1 in einer Querschnittsseitenansicht. Auf der Einlassseite 5 des Partikelfilters strömt von einer Brennkraftmaschine stammendes Abgas 11 in das Filtersubstrat hinein, und auf der Auslassseite 7 verlässt gereinigtes Abgas 13 das Partikelfilter. Das Filtersubstrat weist Einlasskanäle 15 und Auslasskanäle 17 auf, wobei die Einlasskanäle auf der Einlassseite offen und auf der Auslassseite verschlossen sind, während die Auslasskanäle auf der Einlassseite verschlossen und auf der Auslassseite offen sind. Durch das Filtersubstrat 3 gebildete poröse Filterwände 19 der Kanäle grenzen diese voneinander ab, so dass das Abgas nach Eintritt in einen Einlasskanal eine Filterwand 19 durchströmen muss, um über einen Auslasskanal das Filtersubstrat wieder verlassen zu können. Hierbei lässt das Abgas mitgebrachten Russ in den Kanälen, genauer gesagt an bzw. in den Filterwänden 19 der Kanäle, zurück. Im Bereich der Einlassseite sind die Auslasskanäle 17 mit einem latentwärmespeichernden Material 9 befüllt. Als PCM werden insbesondere Materialien mit mindestens einem Fest-Flüssig-Phasenübergang im Betriebstemperaturbereich des Partikelfilters verwendet. Es eignen sich dabei vorzugsweise technische Metalle wie Zink mit einer Schmelztemperatur von 420 Grad Celsius, Aluminium mit einer Schmelztemperatur von 660 Grad Celsius sowie Metalllegierungen wie Messing mit einer Schmelztemperatur von 900 Grad Celsius oder auch Metallverbindungen wie gegossenes Aluminiumsilizid mit 12 Prozent Silizium und einer Schmelztemperatur von 575 Grad Celsius. Weiterhin sind Salze wie Natriumchlorid (Kochsalz) mit einer Schmelztemperatur von 800 Grad Celsius als PCM vorsehbar. Die Einbringung des PCM in das bereits gebrannte Filtersubstrat erfolgt durch Einblasen in Form von Staub oder Feingranulat und anschließendes Aufschmelzen. Während der anschließenden Abkühlung bilden sich aufgrund der Kohäsionskräfte in der Flüssigphase des PCM größere Tropfen, die erstarren und nicht nur die Hohlräume der Auslasskanäle, sondern auch die Poren der Filterwände der Auslasskanäle im einlassseitigen Bereich des Filters teilweise ausfüllen. 1 shows a filter substrate 3 a particulate filter 1 in a cross-sectional side view. On the inlet side 5 The particulate filter flows from an internal combustion engine derived exhaust gas 11 into the filter substrate, and on the outlet side 7 leaves cleaned exhaust 13 the particle filter. The filter substrate has inlet channels 15 and outlet channels 17 wherein the inlet channels are open on the inlet side and closed on the outlet side, while the outlet channels are closed on the inlet side and open on the outlet side. Through the filter substrate 3 formed porous filter walls 19 The channels delimit these from each other, so that the exhaust gas after entering an inlet channel a filter wall 19 has to flow through to leave the filter substrate via an outlet channel again. In this case, the exhaust gas brought Russ leaves in the channels, more precisely on or in the filter walls 19 the channels, back. In the area of the inlet side are the outlet channels 17 with a latent heat storing material 9 filled. In particular materials with at least one solid-liquid phase transition in the operating temperature range of the particle filter are used as PCM. There are preferably suitable technical metals such as zinc with a melting temperature of 420 degrees Celsius, aluminum with a melting temperature of 660 degrees Celsius and metal alloys such as brass with a melting temperature of 900 degrees Celsius or metal compounds such as cast aluminum silicide with 12 percent silicon and a melting temperature of 575 degrees Celsius. Furthermore, salts such as sodium chloride (common salt) with a melting temperature of 800 degrees Celsius are foreseeable as PCM. The introduction of the PCM in the already fired filter substrate by blowing in the form of dust or fine granules and subsequent melting. During the subsequent cooling, due to the cohesive forces in the liquid phase of the PCM, larger droplets form, which solidify and partially fill not only the cavities of the outlet channels but also the pores of the filter walls of the outlet channels in the inlet side region of the filter.

Während der exothermen Regenerierung eines Dieselpartikelfilters können sowohl im Filtermaterial als auch im Abgasstrom Temperaturen von 800 Grad Celsius und höher auftreten. Dies kann besonders im Leerlauf und bei geringen Drehzahlen zu thermischen Problemen im Filtermaterial und am Endrohr führen. Insbesondere Filtermaterialien wie Cordierit sind besonders gegen Übertemperaturen empfindlich, was zur Rissbildung im Substrat, Verformung und Zerstörung des Filters führen kann. Andererseits sollen die thermischen Bedingungen während der Regeneration solange aufrechterhalten werden, bis die Regeneration abgeschlossen ist. Während der Regeneration des Partikelfilters sollte ein Auskühlen und damit ein Abbruch oder eine unvollständige Regeneration durch zu kalte Abgase vermieden werden. Übertemperatur am Partikelfilter-Substrat etwa aus Cordierit führt im Filterbetrieb zu einer von einem nicht näher dargestellten Steuergerät aktiv gesteuerten Regenerationsunterbrechung. Die Regenerationsunterbrechungsbedingungen, die im der Brennkraftmaschine zugeordneten elektronischen Steuergerät abgelegt sind, sind ”selbstheilend”. Wenn die Regeneration unterbrochen wird, kühlt das Abgas wieder ab und die Unterbrechungsbedingung ”heilt”, sodaß wieder regeneriert werden kann. Bedingungen, die eine Regeneration komplett unmöglich machen, müssen in der Regel zu anderen Maßnahmen führen (russarmer Betrieb, Momentenreduktion, um den Fahrer zu veranlassen, das Fahrzeug in die Werkstatt zu bringen, bevor es infolge eines verstopften Partikelfilters liegenbleibt). „Selbstheilende” Unterbrechungsbedingungen haben keine spürbaren Nachteile, außer eines höheren Kraftstoffverbrauchs durch eine erhöhte Regenerationshäufigkeit bzw. eine insgesamt längere Regenerationsdauer. Dauerhaft die Regeneration verhindernde Bedingungen wirken sich hingegen gravierend aus. Die Regenerationsdauer liegt in der Regel im Bereich 10...20 min, je nachdem, wie günstig die thermischen Regenerationsbedingungen sind (Sauerstoffangebot, Betriebshistorie, Halten der Regenerationstemperatur). Das PCM 9 nun kann die hohen thermischen Lastspitzen und Temperaturgradienten an der Stirnseite des Partikelfiltersubstrats verringern und die Wärmeenergie des Abgases gut absorbieren und auf diese Weise dazu beitragen, dass seltener eine bereits eingeleitete Regeneration unterbrochen werden muss. Die erforderliche Masse des PCM richtet sich nach der maximal zu puffernden Wärmeenergie, die aufgenommen bzw. abgegeben werden soll, in Abhängigkeit von der Motorleistung, typischen Lastprofilen, der Regenerationsdauer des Partikelfilters, usw.During the exothermic regeneration ei A diesel particulate filter can reach temperatures of 800 degrees Celsius and higher both in the filter material and in the exhaust gas flow. This can lead to thermal problems in the filter material and at the tailpipe, especially at idle and at low speeds. In particular, filter materials such as cordierite are particularly sensitive to excess temperatures, which can lead to cracking in the substrate, deformation and destruction of the filter. On the other hand, the thermal conditions during the regeneration should be maintained until the regeneration is completed. During the regeneration of the particulate filter, a cooling down and thus a termination or an incomplete regeneration by too cold exhaust gases should be avoided. Excess temperature on the particulate filter substrate approximately made of cordierite leads in the filter operation to a control unit, not shown, actively controlled regeneration interruption. The regeneration interruption conditions stored in the electronic control unit associated with the internal combustion engine are "self-healing". If the regeneration is interrupted, the exhaust gas cools down again and the interruption condition "heals" so that it can be regenerated again. Conditions which make regeneration completely impossible usually have to lead to other measures (Russian operation, torque reduction to cause the driver to bring the vehicle to the workshop before it remains due to a clogged particulate filter). "Self-healing" interruption conditions have no noticeable disadvantages, except for a higher fuel consumption due to an increased regeneration frequency or an overall longer regeneration period. Permanently preventing the regeneration conditions, however, have a serious impact. The regeneration period is usually in the range 10 ... 20 min, depending on how favorable the thermal regeneration conditions are (oxygen supply, operating history, maintenance of the regeneration temperature). The PCM 9 now, the high thermal load peaks and temperature gradients at the face of the particulate filter substrate can reduce and absorb the heat energy of the exhaust gas well and thus contribute to the rarer that an already initiated regeneration must be interrupted. The required mass of the PCM depends on the maximum thermal energy to be buffered or absorbed, as a function of the engine power, typical load profiles, the regeneration duration of the particulate filter, etc.

Je nach konstruktiver Auslegung des Partikelfilters, je nach konstruktiver Auslegung und Wärmekapazität des Filtersubstrats, je nach Schmelzpunkt und Schmelzenthalpie des (alternativ verwendeten) latentwärmespeichernden Materials 9 sowie je nach Wärmetransferrate zwischen dem Partikelfiltersubstrat und dem Abgas bzw. dem Abgasstrang und der Außenumgebung des Fahrzeugs sind verschiedene Abwandlungen möglich. Das PCM kann anstelle einer Anordnung in den Strömungskanälen auch in den partikelabscheidenden Hohlräumen des porösen, vlies- oder gazeartigen Filtersubstrats angeordnet sein. Hierbei kann es in einer alternativen Ausführungsform auch in Form von Mikrokapseln in das Filtersubstrat verteilt eingebettet werden. Dies kann über das gesamte Filtersubstrat hinweg oder auch nur auf bestimmte Zonen, insbesondere den einlassseitigen Bereich des Filtersubstrats begrenzt, erfolgen. Diese Mikrokapseln können hierbei bereits in das grüne, noch zu extrudierende Filtergrundmaterial eingebracht, mit diesem zusammen extrudiert und anschließend gesintert werden. Ferner können latentwärmespeichernde Materialien zwischen dem Filtersubstrat und einer Gasrohrwandung bzw. dem Gehäuse des Partikelfilters vorgesehen werden. Des Weiteren können zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Bereichen, die ein latentwärmespeicherndes Material enthalten, und dem Filtersubstrat zusätzlich Metallstrukturen vorgesehen werden, sofern das PCM nicht ohnehin aus einem Metall besteht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass kleine metallwandige, mit einem PCM gefüllte, in ihrem Querschnitt an die Größe der Auslasskanäle angepasste Patronen in die Auslasskanäle eingebracht werden. Des weiteren können zwischen dem Filtersubstrat und dem Gehäuse des Partikelfilters angeordnete latentwärmespeichernde Materialien ebenfalls mit metallischen Strukturen als Wärmebrücken zum Filtersubstrat bzw. zu vorgesehenen Kühlblechen bzw. zum Gehäuse und zum Abgasrohr versehen werden, um die Wärmeleitung von der Wärmequelle, dem Filtersubstrat, zur Wärmesenke, dem Partikelfiltergehäuse bzw. dem Abgasrohr, zu verbessern.Depending on the structural design of the particulate filter, depending on the structural design and heat capacity of the filter substrate, depending on the melting point and enthalpy of fusion of the (alternatively used) latently heat-storing material 9 and depending on the heat transfer rate between the particulate filter substrate and the exhaust gas or the exhaust gas line and the external environment of the vehicle, various modifications are possible. Instead of being arranged in the flow channels, the PCM can also be arranged in the particle-separating cavities of the porous, nonwoven or gauzy filter substrate. In an alternative embodiment, it may also be embedded in the filter substrate in the form of microcapsules. This can take place over the entire filter substrate or even only to specific zones, in particular the inlet-side region of the filter substrate. These microcapsules can already be introduced into the green, still to be extruded filter base material, extruded together with this and then sintered. Furthermore, latent heat storage materials may be provided between the filter substrate and a gas tube wall or the housing of the particulate filter. Furthermore, to improve the heat transfer between areas containing a latent heat storage material, and the filter substrate metal structures are provided in addition, unless the PCM is made of a metal anyway. This can be done, for example, by introducing small metal-walled cartridges filled with a PCM and adapted in their cross-section to the size of the outlet channels into the outlet channels. Furthermore, latent heat-storing materials arranged between the filter substrate and the housing of the particulate filter can likewise be provided with thermal bridges to the filter substrate or to the cooling plates or to the housing and the exhaust pipe in order to reduce the heat conduction from the heat source, the filter substrate, to the heat sink, the particulate filter housing or the exhaust pipe to improve.

2 zeigt das Filtersubstrat eines alternativen Partikelfilters 21, bei dem neben dem latentwärmespeichernden Material 9 ein weiteres latentwärmespeicherndes Material 23 vorgesehen ist, welches sich im Schmelzpunkt vom PCM 9 unterscheidet. Beide Materialien befinden sich in dem jeweils der Einlassseite 5 des Partikelfilters 1 zugewandten Bereich der Auslasskanäle 17. In dieser Ausführungsform mit zwei verschiedenen PCM wird das PCM mit der höheren Schmelztemperatur einlassseitig angeordnet. 2 shows the filter substrate of an alternative particulate filter 21 , in which next to the latent heat storing material 9 another latent heat storage material 23 is provided which is in the melting point of the PCM 9 different. Both materials are located in the inlet side 5 of the particulate filter 1 facing area of the outlet channels 17 , In this embodiment with two different PCMs, the higher melting temperature PCM is placed on the inlet side.

Die Verwendung zweier PCM-Materialien mit zwei verschiedenen Schmelztemperaturen dient dazu, den technisch interessanten Temperaturbereich der Latentwärmespeicherung zu erweitern.The Use of two PCM materials with two different melting temperatures serves the technically interesting temperature range of latent heat storage to expand.

Die beiden Materialien können durch eine nicht näher dargestellte Wand separiert werden, wenn sie ansonsten beispielsweise chemisch miteinander reagieren oder wenn ihre Flüssigphasen sich ansonsten mischen würden. Diese Trennwand kann folgende Materialien enthalten beziehungsweise aus diesen einzeln oder in Kombination bestehen: eine Metallverbindung, deren Schmelzpunkt oberhalb des Betriebstemperaturbereichs des Partikelfilters liegt; eine dichte Keramikscheibe oder -pille, die im Strangziehverfahren vor dem Sintern eingepresst wird; das Substratmaterial selbst, mit glatter, porenfreier Oberfläche.The two materials can be separated by a wall, not shown, otherwise, for example, chemically react with each other or when their liquid phases otherwise would mix. This partition may contain or consist of the following materials individually or in combination: a metal compound whose melting point is above the operating temperature range of the particulate filter; a dense ceramic disk or pill which is pressed in the pultrusion process prior to sintering; the substrate material itself, with a smooth, pore-free surface.

3 zeigt ein weiteres alternatives Partikelfilter 31 mit einem latentwärmespeichernden Material 9 in Form eines Metalls. Das Filtersubstrat 3 ist von zwei Induktionsspulen umgeben, deren Spulenwindungen 32 bzw. 33 im Querschnitt schematisch dargestellt sind. Diese beiden Induktionsspulen bilden zusammen mit dem PCM-Material eine elektrisch ansteuerbare beziehungsweise regelbare Wirbelstromheizung 35, das heisst eine auf dem Induktionsprinzip beruhende Heizung. 3 shows another alternative particulate filter 31 with a latent heat storing material 9 in the form of a metal. The filter substrate 3 is surrounded by two induction coils whose coil turns 32 respectively. 33 are shown schematically in cross section. These two induction coils form together with the PCM material an electrically controllable or controllable eddy current heating 35 , that means a heating based on the induction principle.

Mittels der Wirbelstromheizung kann das PCM über seinen Schmelzpunkt hinaus aufgeheizt werden, um die Regeneration schneller einzuleiten und zu beschleunigen oder um bei geringen Abgastemperaturen das Filtersubstrat und den elektrisch leitfähigen, eingelagerten Ruß aufzuheizen, was die zur Rußoxidation erforderliche Kraftstoffmenge zu verringert. Der magnetische Rückfluß der Induktionsspule(n) verläuft durch das nicht näher dargestellte Stahlblechgehäuse des Filters, es schirmt zudem das elektromagnetische Feld nach außen wirksam ab. Der Ruß kann kontrolliert soweit erhitzt werden, daß auch im unteren Abgastemperaturbereich die spontane Selbstentzündung und exotherme Oxidation eintritt. Dadurch, dass zwei Induktionsspulen vorgesehen sind, kann eine aufgeschmolzene Zone des latentwärmespeichernden Materials entlang der Auslasskanäle 17 verschoben werden, ähnlich dem Kurzschlußläufer eines Linearmotors. Somit ist es möglich, die Wärme im Filtersubstrat zu verteilen und damit der Ascheablagerung entgegenzuwirken, auch in den auslassseitigen Bereichen des Filtersubstrats, wo die Regeneration mit zunehmender Filterbetriebsdauer unzureichend wird.By means of the eddy current heating, the PCM can be heated above its melting point to initiate and accelerate the regeneration faster or to heat the filter substrate and the electrically conductive, stored soot at low exhaust gas temperatures, which reduces the amount of fuel required for soot oxidation. The magnetic reflux of the induction coil (s) passes through the steel plate housing of the filter, not shown, it also shields the electromagnetic field to the outside effectively. The soot can be controlled controlled to the extent that the spontaneous spontaneous combustion and exothermic oxidation occurs even in the lower exhaust gas temperature range. The fact that two induction coils are provided, a molten zone of the latent heat-storing material along the outlet channels 17 be moved, similar to the squirrel cage rotor of a linear motor. Thus, it is possible to disperse the heat in the filter substrate and thereby counteract the ash deposition, even in the outlet side regions of the filter substrate, where regeneration becomes insufficient with increasing filter operation time.

Es können auch mehr als zwei getrennt ansteuerbare, hintereinander angeordnete Spulen beziehungsweise mehr als zwei getrennt bestrombare Spule angebaut werden. in einer einfachen Ausführungsform kann auch nur eine Induktionsspule vorgesehen sein.It can also control more than two separately, consecutively arranged coils or more than two separately energizable coil be grown. in a simple embodiment also be provided only an induction coil.

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Claims (16)

Partikelfilter (1, 21, 31), insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem Filtersubstrat (3) mit einer Einlassseite (5) und einer Auslassseite (7) für die Abgase (11, 13), wobei in dem Filtersubstrat (3) mindestens ein an der Auslassseite (7) verschlossener Einlasskanal (15) und mindestens ein an der Einlassseite (5) verschlossener Auslasskanal (17) angeordnet sind, wobei der mindestens eine Auslasskanal (17) von dem mindestens einen Einlasskanal (15) durch mindestens eine poröse Filterwand (19) des Filtersubstrats (3) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Auslasskanal (17) zumindest im Bereich der Einlassseite (5) ein latentwärmespeicherndes Material (9, 23) angeordnet ist.Particle filter ( 1 . 21 . 31 ), in particular for filtering exhaust gases of a diesel internal combustion engine, with a filter substrate ( 3 ) with an inlet side ( 5 ) and an outlet side ( 7 ) for the exhaust gases ( 11 . 13 ), wherein in the filter substrate ( 3 ) at least one on the outlet side ( 7 ) sealed inlet channel ( 15 ) and at least one on the inlet side ( 5 ) closed outlet channel ( 17 ), wherein the at least one outlet channel ( 17 ) from the at least one inlet channel ( 15 ) through at least one porous filter wall ( 19 ) of the filter substrate ( 3 ) is separated, characterized in that in the at least one outlet channel ( 17 ) at least in the area of the inlet side ( 5 ) a latent heat storage material ( 9 . 23 ) is arranged. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auslasskanal (17) auf der Auslassseite offen ist.Particulate filter according to claim 1, characterized in that the at least one outlet channel ( 17 ) is open on the outlet side. Partikelfilter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das latentwärmespeichernde Material (9, 23) nur im Bereich der Einlassseite des mindestens einen Auslasskanals (17) befindet.Particulate filter according to claim 1 and 2, characterized in that the latently heat-storing material ( 9 . 23 ) only in the region of the inlet side of the at least one outlet channel ( 17 ) is located. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen in allen Auslasskanälen zumindest im Bereich der Einlassseite ein latentwärmespeicherndes Material angeordnet ist.Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that substantially in all the outlet channels at least in the region of the inlet side, a latent heat-storing material is arranged. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einlassseitige Anordnung des latentwärmespeichernden Materials in dem mindestens einen Auslasskanal durch dessen Einbettung in die begrenzenden Filterwände (19), insbesondere in Form von Mikrokapseln, erfolgt.Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet-side arrangement of the latently heat-storing material in the at least one outlet channel by its embedding in the delimiting filter walls ( 19 ), in particular in the form of microcapsules. Partikelfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Filtersubstrat mit latentwärmespeicherndem Material durchsetzt ist.Particulate filter according to claim 5, characterized in that that the entire filter substrate with latentwärmespeicherndem Material is interspersed. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das latentwärmespeichernde Material im von den Filterwänden begrenzten Raum des mindestens einen Auslasskanals eingebracht ist.Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the latentwärmespeichernde Material in the at least limited space of the filter walls an outlet channel is introduced. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass in zumindest einem Auslasskanal ein weiteres latentwärmespeicherndes Material (23, 9) angeordnet ist, das sich in seiner Phasenübergangstemperatur von der Phasenübergangstemperatur des latentwärmespeichernden Materials unterscheidet.Particulate filter according to one of the preceding claims, that in at least one outlet channel another latent heat-storing material ( 23 . 9 ) is arranged, which differs in its phase transition temperature from the phase transition temperature of the latently heat-storing material. Partikelfilter nach Anspruch 8, dass in zumindest einem Auslasskanal sowohl das latentwärmespeichernde Material als auch das weitere latentwärmespeichernde Material angeordnet ist.Particulate filter according to claim 8, that in at least an outlet channel both the latent heat storage material as well as the further latent heat storage material arranged is. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das latentwärmespeichernde Material einen Fest-Flüssig-Phasenübergang aufweist, insbesondere dass es ein Metall oder eine metallische Verbindung ist.Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the latentwärmespeichernde Material has a solid-liquid phase transition, in particular that it is a metal or a metallic compound is. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wirbelstromheizung (35) vorgesehen ist.Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that an eddy current heater ( 35 ) is provided. Partikelfilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Induktionsspule (32) der Wirbelstromheizung (35) das Filtersubstrat (3) umgibt.Particulate filter according to claim 11, characterized in that an induction coil ( 32 ) of eddy current heating ( 35 ) the filter substrate ( 3 ) surrounds. Partikelfilter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstromheizung (35) mindestens zwei Induktionsspulen (32, 33) aufweist.Particulate filter according to claim 11 or 12, characterized in that the eddy current heating ( 35 ) at least two induction coils ( 32 . 33 ) having. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtersubstrat ein keramischer Körper ist, insbesondere ein Cordierit enthaltender keramischer Körper.Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the filter substrate is a ceramic Body is, in particular a cordierite containing ceramic Body. Verfahren zum Betrieb eines Partikelfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in mindestens einem Auslasskanal (17) zumindest im Bereich der Einlassseite (5) angeordnetes latentwärmespeicherndes Material (9, 23) das Partikelfilter vor thermischen Überbelastungen schützt und/oder eine Regeneration des Partikelfilters unterstützt.Method for operating a particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that one in at least one outlet channel ( 17 ) at least in the area of the inlet side ( 5 ) arranged latent heat storage material ( 9 . 23 ) protects the particulate filter from thermal overloads and / or supports regeneration of the particulate filter. Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Auslasskanal (17) zumindest im Bereich der Einlassseite (5) ein latentwärmespeicherndes Material (9, 23) angeordnet wird.Method for producing a particle filter according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one outlet channel ( 17 ) at least in the area of the inlet side ( 5 ) a latent heat storage material ( 9 . 23 ) is arranged.
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