DE102017219937A1

DE102017219937A1 - Verfahren zur Einbringung von Aschepartikeln in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017219937A1
Application number: DE102017219937.7A
Authority: DE
Inventors: Heinz Bacher
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2037-11-10
Also published as: WO2019092186A1; DE102017219937B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Aschepartikeln in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, welches einen Verbrennungsmotor (1) aufweist, wobei in dem Verfahren die Aschepartikel an einer Stelle abgasstromaufwärts eines Ausgangs des Partikelfilters (4) derart eingebracht werden, dass die Aschepartikel vom Abgasstrom erreichbar angeordnet sind, wobei der Schritt des Einbringens der Aschepartikel ausgeführt wird, bevor die Abgasanlage erstmals mit Abgasen aus dem Verbrennungsmotor (1) des Kraftfahrzeugs beaufschlagt wird, wobei beim Schritt des Einbringens Teile der Abgasanlage und/oder der Partikelfilter (4) eine sich oberhalb von 0 Grad Celsius nicht selbstständig verfestigende Flüssigkeit eingebracht wird, in der sich Aschepartikel befinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbringung von Aschepartikeln in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs.
Abgasanlagen zum Ableiten und Reinigen von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor können einen Partikelfilter aufweisen. Ein Partikelfilter filtert insbesondere Asche- und Rußpartikel aus dem Abgas, die sich dann im Filtermaterial absetzen. Bei manchen Partikelfiltern für Ottomotoren kann dabei der im Folgenden beschriebene Effekt auftreten. Große Partikel werden verhältnismäßig gut gefiltert, da diese aufgrund ihrer Größe mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Filtermaterial treffen und an diesem haften bleiben. Bei sehr kleinen Partikeln ist bei manchen Partikelfiltern zu beobachten, dass ausgehend von einem fabrikneuen Partikelfilter in der Anfangsphase des Gebrauchs des Partikelfilters eine Steigerung der Filtrationseffizienz zu beobachten ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sehr kleine Partikel eher an bereits im Filtermaterial abgesetzten Partikeln anhaften als an dem sauberen Filtermaterial eines fabrikneuen Partikelfilters.
Aus der DE 10 2016 103 735 A1 ist ein Verfahren zur künstlichen Veraschung eines Partikelfilters bekannt. Dabei wird auf einen Partikelfilter gezielt eine Ascheschicht als Filterkuchen im Neuzustand aufgebracht. Beschrieben ist ein erstes Verfahren, bei dem ein spezieller Kraftstoff als Erstbefüllung des Fahrzeugs verwendet wird, ein zweites Verfahren, bei dem ein spezielles aschebildendes Öl dem Fahrzeug zugeführt wird. In einem dritten Verfahren wird eine direkte Beschichtung der Kanaloberfläche des Partikelfilters mit einem Aschebildner verwendet, der in einem nachgeschalteten Prozess abgebrannt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes oder zumindest alternatives Verfahren bereitzustellen, um eine Filtrationseffizienz, insbesondere in einem anfänglichen Lebenszyklus eines Partikelfilters, zu steigern. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zur Einbringung von Aschepartikeln in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, welches einen Verbrennungsmotor aufweist, bereitgestellt. In dem Verfahren werden in einem Schritt des Einbringens Aschepartikel an einer Stelle abgasstromaufwärts eines Ausgangs des Partikelfilters derart eingebracht, dass die Aschepartikel vom Abgasstrom erreichbar angeordnet sind, wobei der Schritt des Einbringens der Aschepartikel ausgeführt wird, bevor die Abgasanlage erstmals mit Abgasen aus dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs beaufschlagt wird, wobei beim Schritt des Einbringens Teile der Abgasanlage und/oder der Partikelfilter eine sich oberhalb von 0 Grad Celsius nicht selbstständig verfestigende Flüssigkeit eingebracht wird, in der sich Aschepartikel befinden. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass sich bereits bei Inbetriebnahme der Abgasanlage Aschepartikel direkt im Filtermaterial oder in der Abgasanlage befinden und in letzterem Fall durch die Inbetriebnahme und die damit verbundene Abgasströmung in das Filtermaterial getragen werden. Dadurch können sehr kleine Partikel, welche durch die Verbrennung im Verbrennungsmotor entstehen, von Anfang an bei einem fabrikneuen Partikelfilter mit höherer Filtrationseffizienz aus dem Abgasstrom herausgefiltert werden. Im Vergleich zum eingangs beschriebenen Stand der Technik, wird dazu nicht erst durch Verbrennung Asche gebildet, was mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung verbunden ist, sondern es werden bereits existierende Aschepartikel, die bereits vor der erstmaligen Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors in der Abgasanlage in Form von Aschepartikeln vorhanden sind, in die Abgasanlage eingebracht. Dies hat den Vorteil, dass die Asche schneller in den Partikelfilter getragen werden kann als im Stand der Technik und somit eine schnellere Steigerung der Filtrationseffizienz ermöglicht wird. Dadurch, dass die Aschepartikel in einer sich oberhalb von 0 Grad Celsius nicht selbstständig verfestigenden Flüssigkeit gelöst sind, können die Aschepartikel bei Inbetriebnahme des Verbrennungsmotors schneller freigesetzt werden, ohne dass vorher eine feste Beschichtung abgebrannt werden muss.
Im Rahmen dieser Beschreibung ist unter „Ausgang des Partikelfilters“ eine Ebene zu verstehen, die sich senkrecht zur Längsrichtung des Partikelfilters (entlang seiner Durchströmungsrichtung) an einer Stelle erstreckt, welche sich am stromabwärtigen Ende des Filtermaterials des Partikelfilters befindet. Natürlich schließt die vorliegende Erfindung nicht aus, dass zusätzlich stromabwärts dieser Ebene Aschepartikel in die Abgasanlage eingebracht werden, nur sind diese stromabwärtigen Aschepartikel wirkungslos, weil sie nicht in den Partikelfilter eingetragen werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Flüssigkeit Alkohol ist. Dieser verflüchtigt sich sehr schnell und wäre somit eine gute Trägerflüssigkeit, um die Aschepartikel in die Abgasanlage einzubringen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden beim Schritt des Einbringens Teile der Abgasanlage und/oder der Partikelfilter in die Flüssigkeit eingetaucht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beim Schritt des Einbringens ein Wattematerial eingebracht, welches mit einer Flüssigkeit getränkt ist, welche die Aschepartikel enthält.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beim Schritt des Einbringens eine Flüssigkeit eingesprüht, welche die Aschepartikel enthält.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser Zeichnung ist Folgendes dargestellt:
Die Figur zeigt schematisch eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1, einer Abgasrohrleitung 2, die Verbrennungsabgase aus dem Verbrennungsmotor abführt und an eine Umgebung abgibt. Der Verbrennungsmotor 1 kann ein Dieselmotor oder ein Ottomotor sein, vorzugsweise handelt es sich jedoch um einen Ottomotor, da bei diesem die in der Beschreibungseinleitung beschriebene Effizienzsteigerung stärker ausgeprägt ist. In der Abgasrohrleitung 2 sind ein Katalysator 3 und ein Partikelfilter 4 so angeordnet, dass diese von dem in der Abgasrohrleitung 2 geführten Abgas durchströmt werden. Der Katalysator 3 und der Partikelfilter 4 können als baulich getrennte Einheiten ausgebildet sein, wobei dann der Katalysator 3 abgasstromaufwärts des Partikelfilters 4 angeordnet ist. Insbesondere ist in diesem Fall ein Rohrleitungsabschnitt 5 der Rohrleitung 2 zwischen diesen angeordnet. Der Katalysator 3 und der Partikelfilter 4 können aber auch als eine einzige bauliche Einheit ausgebildet sein, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse. In diesem Fall ist jedoch auch vorzugsweise der Partikelfilter 4 abgasstromabwärts des Katalysators 3 innerhalb desselben Gehäuses angeordnet. In dem Partikelfilter 4 ist Filtermaterial aufgenommen, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Um eine Steigerung der Filtrationseffizienz des Partikelfilters 4 zu erreichen, werden erfindungsgemäß Aschepartikel in die Abgasanlage eingebracht, bevor diese erstmalig von Abgasen des Verbrennungsmotors 1 durchströmt wird. Dabei werden die Aschepartikel stromaufwärts des Partikelfilters 4 oder im Partikelfilter 4 selbst eingebracht. Werden die Aschepartikel stromaufwärts des Partikelfilters 4 eingebracht, dann werden die Aschepartikel 4 bei der erstmaligen Inbetriebnahme, bei der die Abgasanlage von Abgasen des Verbrennungsmotors 1 durchströmt wird, von der Abgasströmung stromabwärts in den Partikelfilter 4 eingetragen und setzen sich zumindest zum Teil dort ab. Vorteilhafterweise werden die Aschepartikel stromabwärts des Katalysators 3 eingebracht, um eine Verunreinigung des Katalysators 3 mit diesen Aschepartikeln zu vermeiden. Insbesondere werden die Aschepartikel in das Innere des Rohrleitungsabschnitts 5 eingebracht.
Asche ist ein fester Rückstand aus der Verbrennung organischen Materials und besteht vor allem aus Oxiden und (Bi-)Karbonaten diverser Metalle. Asche kann beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Stoffe enthalten: CaO, Fe₂O₃, MgO, MnO, P₂O₅, K₂O, SiO₂, Na₂CO₃, NaHCO₃.
Die Aschepartikel können beispielsweise nach der Produktion des Teils der Abgasanlage, in welche die Aschepartikel einzubringen sind, vor dem Verbau dieses Teils am Kraftfahrzeug oder nach dem Verbau und vor der erstmaligen Inbetriebnahme, d.h. der erstmaligen Beaufschlagung mit Abgasen aus dem Verbrennungsmotor, in dieses Teil eingebracht werden. Vorzugsweise haben die Aschepartikel überwiegend einen Maximaldurchmesser kleiner als 80nm. Da die Aschepartikel üblicherweise nicht perfekt kugelförmig sind, sondern eine unregelmäßige Außenkontur aufweisen, bestimmt sich der Maximaldurchmesser derart, dass unabhängig von der Messrichtung am Aschepartikel, der gemessene Aschepartikel in keiner Richtung eine Abmessung größer als dieser Maximaldurchmesser aufweist. Vorzugsweise ist der überwiegende Teil der erfindungsgemäßen Aschepartikel, d.h. mehr als 50% der erfindungsgemäß in die Abgasanlage eingebrachten Aschepartikel kleiner als dieser Maximaldurchmesser. Noch mehr bevorzugt sind mehr als 60% der erfindungsgemäß in die Abgasanlage eingebrachten Aschepartikel kleiner als dieser Maximaldurchmesser. Noch mehr bevorzugt sind mehr als 70% der erfindungsgemäß in die Abgasanlage eingebrachten Aschepartikel kleiner als dieser Maximaldurchmesser. Noch mehr bevorzugt sind mehr als 80% der erfindungsgemäß in die Abgasanlage eingebrachten Aschepartikel kleiner als dieser Maximaldurchmesser. Die Aschepartikel können beispielsweise mittels Funkenerodieren hergestellt werden.
Zum Einbringen der Aschepartikel in die Abgasanlage gibt es verschiedene Möglichkeiten, die im Folgenden erläutert werden:
Eine Möglichkeit zum Einbringen der Aschepartikel sieht vor, dass die Aschepartikel in eine Flüssigkeit, beispielsweise Alkohol, gemischt werden. Die Flüssigkeit sollte dabei eine Flüssigkeit sein, die bei Inbetriebnahme der Abgasanlage möglichst rückstandsfrei durch die heißen Abgase verdampft oder verbrannt wird. Die Flüssigkeit mit den darin eingebrachten Aschepartikeln wird in Teile der Abgasanlage eingebracht, indem diese Teile, wie beispielsweise der Partikelfilter 4 oder der Rohrleitungsabschnitt 5, ganz oder teilweise in diese Flüssigkeit eingetaucht werden oder indem diese Flüssigkeit in die Teile eingesprüht wird, so dass sich die Flüssigkeit beispielsweise auf der Innenseite des Rohrleitungsabschnitts 5 oder im Filtermaterial absetzt. Wird die Flüssigkeit in Teile der Abgasanlage eingebracht, die sich stromaufwärts des Partikelfilters 4 befinden, dann werden bei der Inbetriebnahme der Abgasanlage die Aschepartikel vom Abgasstrom in den Partikelfilter 4 getragen.
Darüber hinaus könnte Trägermaterial in die Abgasanlage eingebracht werden, welches mit der Flüssigkeit, in der sich die Aschepartikel befinden, getränkt wurde. Dieses Trägermaterial könnte beispielsweise Watte sein, welche bei Inbetriebnahme der Abgasanlage möglichst rückstandsfrei verbrennt.
Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016103735 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Einbringung von Aschepartikeln in eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, welches einen Verbrennungsmotor (1) aufweist, mit dem Schritt: Einbringen von Aschepartikeln an einer Stelle abgasstromaufwärts eines Ausgangs des Partikelfilters (4) derart, dass die Aschepartikel vom Abgasstrom erreichbar angeordnet sind, wobei der Schritt des Einbringens der Aschepartikel ausgeführt wird, bevor die Abgasanlage erstmals mit Abgasen aus dem Verbrennungsmotor (1) des Kraftfahrzeugs beaufschlagt wird, wobei beim Schritt des Einbringens in Teile der Abgasanlage und/oder in den Partikelfilter (4) eine sich oberhalb von 0 Grad Celsius nicht selbstständig verfestigende Flüssigkeit eingebracht wird, in der sich Aschepartikel befinden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit Alkohol ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei beim Schritt des Einbringens Teile der Abgasanlage und/oder der Partikelfilter (4) in die Flüssigkeit eingetaucht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei beim Schritt des Einbringens ein Wattematerial eingebracht wird, welches mit einer Flüssigkeit getränkt ist, welche die Aschepartikel enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei beim Schritt des Einbringens eine Flüssigkeit eingesprüht wird, welche die Aschepartikel enthält.