DE102018128416A1

DE102018128416A1 - Verfahren zur Aschebeladung eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102018128416A1
Application number: DE102018128416.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Sterlepper; Matthias Thewes; Michael Görgen; Jim Cox
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2019-08-01
Also published as: DE102019130014A1

Abstract

Die Erfindung betritt ein Verfahren zur Aschebeladung eines Partikelfilters (2) eines Verbrennungsmotors (1) zur Steigerung der Filtereffizienz und umfasst die Schritte:a) Einbringen eines Aschebildners (4) in einen Tank (3) des Verbrennungsmotors (1), wobei der Tank (3) stromaufwärts des Partikelfilters (2) angeordnet ist;b) Betreiben des Verbrennungsmotors (1) und des Tanks (3) zum Beladen des Partikelfilters (2) mit Asche.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aschebeladung eines Partikelfilters und einen Verbrennungsmotor.
Die DE10201810620158 offenbart ein Verfahren zur Beladung eines Partikelfilters mit Asche
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aschebeladung eines Partikelfilters eines Verbrennungsmotors zur Steigerung der Filtereffizienz umfasst die Schritte:

a) Einbringen eines Aschebildners in einen Tank des Verbrennungsmotors, wobei der Tank stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist;
b) Betreiben des Verbrennungsmotors und des Tanks, zum Beladen des Partikelfilters mit Asche.

Neue Partikelfilter weisen in der Regel keine Beladung mit Asche auf. Dadurch ergibt sich für diese Partikelfilter eine reduzierte Filtereffizienz im Vergleich zu Partikelfiltern, die eine Beladung mit Asche aufweisen. Bis sich durch eine reguläre Benutzung des Verbrennungsmotors eine Aschebeladung des Partikelfilters eingestellt hat, die eine genügend hohe Filtereffizienz zur Folge hat, um beispielsweise gesetzliche Bestimmungen zur Abgasreinheit zu gewährleisten, werden bis zu einigen tausend gefahrene Kilometer des Fahrzeugs benötigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Erhöhung der Filtereffizienz auch für neue Partikelfilter und/oder Partikelfilter, die noch keine ausreichend hohe Aschebeladung aufweisen, um beispielsweise gesetzliche Bestimmungen zur Abgasreinheit einzuhalten. Die Erhöhung ergibt sich durch die Einbringung des Aschebildners in einen Tank des Verbrennungsmotors. Durch den Verbrauch des Tankinhalts inklusive des Aschebildners während des Betriebs des Verbrennungsmotors kommt es zu einer Beladung des Partikelfilters mit Asche. Die Beladung findet so schneller statt, als dies während des Betriebs des Verbrennungsmotors ohne Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fall wäre.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors und des Tanks tritt aus dem Tank Aschebildner und/oder Asche aus, die im weiteren Strömungsverlauf in den Partikelfilter geleitet wird. Die Aschebeladung des Partikelfilters wird dadurch vorteilhafterweise erhöht, was eine Erhöhung der Filtereffizienz ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für eine Anwendung im automobilen Bereich, insbesondere für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist eingerichtet für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dadurch werden für den Verbrennungsmotor dieselben Vorteile ermöglicht, wie durch das erfindungsgemäße Verfahren.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren und einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aschebeladung eines Partikelfilters 2 des Verbrennungsmotors 1 zur Steigerung der Filtereffizienz umfasst die Schritte:

a) Einbringen eines Aschebildners 4 in einen Tank 3 des Verbrennungsmotors 1, wobei der Tank 3 stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist;
b) Betreiben des Verbrennungsmotors 1 und des Tanks 3.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Verbrennungsmotor einen Abgasstrang. Der Partikelfilter ist innerhalb des Abgasstranges angeordnet. Somit kann eine direkte Beladung des Partikelfilters mit Asche aus dem Aschebildner 4 aus dem Tank 3 erfolgen.
Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Katalysator, wobei der Tank 3 stromabwärts des Katalysators angeordnet ist.
Eine Aschebeldung des Katalysators würde zu einer Katalysatorvergiftung führen, was die Filtereffizienz des Katalysators unvorteilhaft senken würde. Eine Anordnung des Tanks 3 stromabwärts des Katalysators ermöglicht einen effizienten Betrieb des Katalysators.
Der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 und des Tanks 3 kann sowohl beim Endkunden erfolgen, oder während des Herstellung des Verbrennungsmotors 1.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform umfasst der Tank 3 einen Aktivkohlefilter. Dieser ist in dem Verbrennungsmotor 1 zwischen einem Kraftstofftank und einem Brennraum 8 angeordnet. Der Aschebildner 4 wird während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 in den Brennraum 8 transportiert. Durch die Verbrennung des Aschebildners 4 bildet sich Asche, die in den Partikelfilter 2 transportiert wird. Dadurch wird eine Erhöhung Filtereffizienz des Partikelfilters 2 ermöglicht.
In dem, in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst der Tank 3 einen Betriebsstoffinhalt 6, wobei die Menge des Aschebildners 4 so ausgelegt wird, dass eine Aschebeladung von 0.1 g bis 5 g pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters 2, bevorzugt zwischen 1 g bis 3 g pro Liter Filtervolumen, erzielt wird, wenn der Betriebsstoffinhalt 6 des Tanks 3 verbraucht wurde.
Der Aschebilder wird dabei schon während der Fertigung des Fahrzeugs in den Tank 3 eingebracht. Vor dem ersten regulären Betrieb des Verbrennungsmotors 1 wird dann der Betriebsstoffinhalt 6 entsprechend dem jeweiligen Speichervolumen für den Betriebsstoffinhalt 6 aufgefüllt. Dabei vermischt sich der Aschebildner 4 mit dem Betriebsstoffinhalt 6. Dies ermöglicht einen einfachen Transport der Asche, welche durch den Aschebildner 4 erzeugt wird, in den Partikelfilter 2. Da bestehende und bereits im Verbrennungsmotor 1 vorhandene Komponenten für die Einbringung der Asche verwendet werden, wird eine Reduktion der Herstellungskosten und/oder der Durchführungskosten ermöglicht.
Als Aschebildner 4 eignet sich dabei bevorzugt ein Stoff, der beispielsweise Öl, und/oder Zink und/oder Asche umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Aschebildner 4 Asche. Diese wird im weiteren Strömungsverlauf des Verbrennungsmotors 1 zu dem Partikelfilter 2 transportiert. Dort ermöglicht die Asche eine Erhöhung der Aschebeladung. Diese beträgt bevorzugt zwischen 1 g und 3 g pro Liter Filtervolumen. Durch eine derartige Aschebeladung wird eine Erhöhung der Filterrate bis zu 99% ermöglicht.
Zudem umfasst der Verbrennungsmotor 1 einen Brennraum 8. Dabei ist der Tank 3 stromabwärts eines Brennraums 8 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet.
Dadurch ergibt sich eine erhöhte Ascheproduktion durch den Aschebildner 4 stromabwärts des Brennraums 8. Dadurch wird es ermöglicht, eine Verunreinigung von dem Brennraum 8 vermindert und/oder verhindert.
Zudem umfasst der Verbrennungsmotor 1 einen Abgasstrang 5, wobei der Tank 3 eingerichtet ist, den Betriebsstoffinhalt 6 in den Abgasstrang 5 einzubringen.
Dabei ist der Tank 3 bevorzugt so nahe am Partikelfilter 3 positioniert, dass zwischen der Komponente 3 und dem Partikelfilter 2 keine anderen Komponenten des Abgasstrangs 5 des Verbrennungsmotors positioniert sind. Dadurch wird ermöglicht, eine Verunreinigung anderer Komponenten des Verbrennungsmotors 1 mit Asche zu vermindern und/oder zu verhindern.
Zudem ist der Tank 3 als Harnstoffstank ausgebildet ist.
Der Harnstofftank ist dabei Teil einer Abgasnachbehandlungsanlage des Verbrennungsmotors. Das Einbringen des Aschebildners 4 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiels über die Einspritzeinrichtung 7 des Harnstofftanks. Dadurch wird es ermöglicht bereits im Verbrennungsmotor 1 vorhandene Komponenten für die Einbringung des Aschebildners 4 zu verwenden. Dies ermöglicht eine vereinfachte Integration des Aschebildners 4 in den Verbrennungsmotor 1, was die Herstellungskosten des Verbrennungsmotors 1 nicht erhöht, und trotzdem die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Brennraum 8, wobei der Tank 3 stromaufwärts des Brennraums 8 angeordnet ist.
Zudem ist der Tank 3 eingerichtet, den Betriebsstoffinhalt 6 dem Brennraum 8 für eine Verbrennung zur Verfügung zu stellen.
Zudem ist der Tank 3 als Kraftstofftank ausgebildet.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der Aschebilder 4 Öl und/oder Zink. Der Aschebildner 4 wird dabei mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank über eine Einspritzeinrichtung 7 in den Brennraum 8 eingespritzt und dort verbrannt. Die dadurch entstehende Asche wird im weiteren Strömungsverlauf zum Partikelfilter 2 transportiert.
Durch die Einspritzung über die Kraftstoffeinspritzanlage 7 des Verbrennungsmotors 1 wird eine gleichmäßige Einspritzung und Verbrennung des Aschebildners 4 ermöglicht. Dadurch wird eine gleichmäßige Aschebeladung des Partikelfilters 2 ermöglicht, was die Filtereffizienz vorteilhaft erhöht.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Tank 3 als Wassertank ausgebildet.
Der Wassertank dient dabei zur Einspritzung von Wasser in den Brennraum 8. Durch das Einbringen des Aschebildners 4 in den Wassertank wird eine gleichmäßige Einspritzung des Aschebildners 4 in den Brennraum 8 ermöglicht. Die dann durch die Verbrennung entstehende Asche wird im weiteren Strömungsverlauf des Verbrennungsmotors 1 in den Partikelfilter 2 transportiert. Dort wird eine Erhöhung der Filtereffizienz ermöglicht.
Die Ausbildung des Tanks 3 als Wassertank ermöglicht dabei ein einfaches Einbringen des Aschebildners 4 in die Komponente 3. Die Einbringung erfolgt während der Herstellung des Fahrzeugs.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10201810620158 [0002]

Claims

Verfahren zur Aschebeladung eines Partikelfilters (2) eines Verbrennungsmotors (1) zur Steigerung der Filtereffizienz, umfassend die Schritte: a) Einbringen eines Aschebildners (4) in einen Tank (3) des Verbrennungsmotors (1), wobei der Tank (3) stromaufwärts des Partikelfilters (2) angeordnet ist; b) Betreiben des Verbrennungsmotors (1) und des Tanks (3) zum Beladen des Partikelfilters (2) mit Asche.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Tank (3) einen Betriebsstoffinhalt (6) umfasst, und wobei die Menge des Aschebildners (4) so ausgelegt wird, dass eine Aschebeladung von 0.1 g bis 5 g pro Liter Filtervolumen des Partikelfilters (2), bevorzugt zwischen 1 g bis 3 g pro Liter Filtervolumen erzielt wird, wenn der Betriebsstoffinhalt (6) der Komponente (3) verbraucht wurde.
Verbrennungsmotor (1), eingerichtet für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 2.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 3, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Brennraum (8) umfasst, und wobei der Tank (3) stromaufwärts des Brennraums (8) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Tank (3) eingerichtet ist, den Betriebsstoffinhalt (6) dem Brennraum (8) für eine Verbrennung zur Verfügung zu stellen.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Tank (3) stromabwärts des Brennraums (8) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Verbrennungsmotor einen Katalysator umfasst, und wobei der Tank (3) stromabwärts des Katalysators angeordnet ist.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Verbrennungsmotor (1) einen Abgasstrang (5) umfasst, und wobei der Tank (3) eingerichtet ist, den Betriebsstoffinhalt (6) in den Abgasstrang (5) einzubringen.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Tank (3) als Kraftstofftank ausgebildet ist.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der Tank (3) als Wassertank und/oder Harnstofftank ausgebildet ist.