DE102018201628A1 - Particle pre-separator - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Partikelvorabscheider für Abgaspartikel zum Abscheiden von Partikeln aus einem Abgasstrom in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, der mindestens eine Ionisierungseinrichtung und mindestens eine elektrostatisch geladene Sammeleinrichtung umfasst, sowie eine Anordnung des Partikelvorabscheiders mit einem Partikelfilter in einem Abgastrakt sowie ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine.A particle pre-separator for exhaust particles for separating particles from an exhaust gas stream in an exhaust gas tract of a motor vehicle is provided which comprises at least one ionization device and at least one electrostatically charged collector, as well as an arrangement of the particle pre-separator with a particle filter in an exhaust gas tract and a method for separating particles from the exhaust gas of an internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft einen Partikelvorabscheider für Abgaspartikel, eine Anordnung des Partikelvorabscheiders mit einem Partikelfilter in einem Abgastrakt sowie ein Verfahren zum Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a Partikelvorabscheider for exhaust particles, an arrangement of Partikelvorabscheiders with a particulate filter in an exhaust system and a method for separating particles from the exhaust gas of an internal combustion engine.
Die Abgase von Brennkraftmaschinen, besonders von Dieselmotoren, enthalten neben Gasen auch feste Partikel. Diese Partikel sind besonders Rußpartikel, die unter kraftstoffreichen Bedingungen, z.B. unter Volllast, auf Grund nicht vollständiger Verbrennung des Kraftstoffs entstehen. Die Emission von derartigen, Feinstaub bildenden Partikeln soll in gesetzlich vorgegebenen Grenzen gehalten werden. Dazu werden im Abgastrakt Partikelfilter verwendet, die die Rußpartikel aus dem Abgas filtern.The exhaust gases of internal combustion engines, especially of diesel engines, contain not only gases but also solid particles. These particulates are especially soot particles that can be used under fuel-rich conditions, e.g. under full load due to incomplete combustion of the fuel. The emission of such, particulate matter-forming particles should be kept within legal limits. For this purpose, particulate filters are used in the exhaust tract, which filter the soot particles from the exhaust gas.
Partikelfilter sind dem Fachmann bekannt. In Kraftfahrzeugen werden z.B. besonders häufig wanddurchflutete Keramikmodule verwendet. Partikelfilter filtern Partikel aus dem Abgasstrom, die sich in dem Filter ablagern. Die gesammelten Partikel müssen regelmäßig verbrannt werden. Die Verbrennungsrückstände verstopfen allerdings mit der Zeit den Filter, so dass er bei Erreichen einer bestimmten Betriebsdauer ausgetauscht werden muss. Partikelfilter sind teuer. Es besteht die Aufgabe, die Betriebsdauer und damit die Lebensdauer eines Partikelfilters zu erhöhen.Particulate filters are known to the person skilled in the art. In motor vehicles, e.g. particularly often used wall-mounted ceramic modules. Particulate filters filter particles from the exhaust stream that are deposited in the filter. The collected particles must be burned regularly. However, the combustion residues clog the filter over time, so it must be replaced when a certain operating time is reached. Particulate filters are expensive. It is the task to increase the service life and thus the life of a particulate filter.
Diese Aufgabe wird mit einem Partikelvorabscheider mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsformen der Erfindung sind dabei in vorteilhafter Weise miteinander kombinierbar.This object is achieved with a Partikelvorabscheider with the features of claim 1. Further advantageous embodiments and embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and claims, the figures and the embodiments. The embodiments of the invention can be combined with each other in an advantageous manner.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Partikelvorabscheider zum Abscheiden von Partikeln aus einem Abgasstrom in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens eine Ionisierungseinrichtung und mindestens eine elektrisch geladene flächenartig ausgebildete Sammeleinrichtung, der ausgebildet ist, besagte Partikel aufzuladen und aus dem Abgasstrom zu sammeln, wobei der besagte Partikelvorabscheider mindestens mit einer Spannungsquelle und einer Steuereinrichtung verbunden ist.A first aspect of the invention relates to a particle pre-separator for separating particles from an exhaust gas flow in an exhaust tract of a motor vehicle, comprising at least one ionization device and at least one electrically charged area-like collecting device, which is designed to charge said particles and to collect them from the exhaust gas flow said Partikelvorabscheider is connected to at least a voltage source and a control device.
Der erfindungsgemäße Partikelvorabscheider ist vorteilhaft geeignet, Partikel aus dem Abgas zu sammeln, bevor sie in einen nachgeschalteten Partikelfilter gelangen können. Dadurch wird die Partikelbeladung des Abgases verringert und es lagern sich weniger Partikel in dem eigentlichen Partikelfilter an. Durch das Sammeln der Partikel vor dem Partikelfilter kann die Standzeit des Partikelfilters deutlich erhöht werden, da der Partikelfilter weniger häufig regeneriert werden muss. Dadurch erhöht sich seine Lebensdauer.The particle pre-separator according to the invention is advantageously suitable for collecting particles from the exhaust gas before they can reach a downstream particle filter. As a result, the particulate loading of the exhaust gas is reduced and fewer particles are deposited in the actual particulate filter. By collecting the particles in front of the particle filter, the service life of the particle filter can be significantly increased, since the particle filter must be regenerated less frequently. This increases its service life.
Die Ionisierungseinrichtung ist ausgebildet, die Partikel im Abgas elektrisch aufzuladen. Der Aufbau und die Wirkungsweise einer Ionisierungseinrichtung sind dem Fachmann bekannt. Die Ionisierungseinrichtung umfasst vorzugsweise mindestens eine Elektrode, z.B. eine Sprühelektrode bzw. Koronaelektrode. Dabei lässt sich mittels der negativen Elektrode durch Anlegen einer Hochspannung zwischen der Ionisierungseinrichtung und der Sammeleinrichtung eine Koronaentladung bilden, durch die Gaspartikel in der Umgebung der Elektrode aufgeladen werden. Die Aufladung von Partikeln im Abgasstrom geschieht durch Zusammenstoßen der durchströmenden Partikel im Abgas mit freien Elektronen und negativ geladenen Gasionen (positiv geladene Gasionen, die durch Abgabe von Elektronen entstehen, werden durch die negativ geladene Elektrode neutralisiert).The ionization device is designed to charge the particles in the exhaust gas electrically. The structure and operation of an ionization device are known in the art. The ionization device preferably comprises at least one electrode, e.g. a spray electrode or corona electrode. In this case, by means of the negative electrode by applying a high voltage between the ionization device and the collecting device can form a corona discharge, are charged by the gas particles in the vicinity of the electrode. The charging of particles in the exhaust gas flow occurs by collision of the flowing particles in the exhaust gas with free electrons and negatively charged gas ions (positively charged gas ions, which are produced by the emission of electrons, are neutralized by the negatively charged electrode).
Die elektrisch negativ geladenen Partikel können dann an der Sammeleinrichtung aus dem Abgas abgeschieden werden. Vorzugsweise umfasst die Sammeleinrichtung des erfindungsgemäßen Partikelvorabscheiders mindestens eine elektrostatisch geladene Platte. Um die geladenen Partikel anzuziehen, weist die Sammelplatte eine positive Ladung auf. Die elektrisch negativ geladenen Partikel wandern durch die einwirkende elektrische Kraft des anliegenden elektrischen Feldes zur elektrostatisch geladenen Platte der Sammeleinrichtung. Dort geben die Partikel ihre elektrische Ladung ab und werden durch Haftkräfte an die Sammeleinrichtung gebunden, z.B. durch adhäsive Kräfte und/oder durch die elektrische Feldstärke innerhalb der Schicht der bereits anhaftenden Partikel. Eine gewisse Länge der Sammeleinrichtung in Fließrichtung des Abgases ist vorteilhaft, so dass die geladenen Partikel sich auch bei geringer Driftgeschwindigkeit der Partikel quer zur Strömungsrichtung des Abgases anlagern können.The electrically negatively charged particles can then be separated from the exhaust gas at the collecting device. The collecting device of the particle preseparator according to the invention preferably comprises at least one electrostatically charged plate. To attract the charged particles, the collection plate has a positive charge. The electrically negatively charged particles migrate through the applied electrical force of the applied electric field to the electrostatically charged plate of the collector. There, the particles release their electrical charge and are bonded to the collector by adhesive forces, e.g. by adhesive forces and / or by the electric field strength within the layer of already adhering particles. A certain length of the collecting device in the flow direction of the exhaust gas is advantageous, so that the charged particles can accumulate transversely to the flow direction of the exhaust gas even at low drift velocity of the particles.
Bevorzugt ist in der Sammeleinrichtung mindestens eine Heizeinrichtung angeordnet. Die Heizeinrichtung ist vorteilhafterweise ein Heizdraht aus einem metallischen Material. Die Heizeinrichtung ist vorteilhaft, weil sie ein Zünden und sukzessives Verbrennen der gesammelten Partikel zum Regenerieren der Sammeleinrichtung ermöglicht. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Heizeinrichtung ausgebildet ist, bei Anliegen einer bestimmten Spannung und Stromstärke zu glühen, um die abgeschiedenen Partikel zu entzünden. Die entsprechenden Bedingungen werden dabei durch das verwendete Material inhärent vorgegeben. Dem Fachmann sind dabei die notwendigen Bedingungen bekannt, um ein bestimmtes Material der Heizeinrichtung zum Glühen zu bringen.At least one heating device is preferably arranged in the collecting device. The heater is advantageously a heating wire made of a metallic material. The heater is advantageous because it enables ignition and successive burning of the collected particles to regenerate the collector. It is particularly preferred if the heating device is designed to glow when a specific voltage and current are applied in order to ignite the deposited particles. The corresponding conditions are inherently specified by the material used. The person skilled in the art, the necessary conditions are known to a to heat certain material of the heater.
Vorzugsweise ist ein Sensor zum Ermitteln der Partikelbeladung im Bereich der Sammeleinrichtung angeordnet. Der Sensor kann z.B. die Wirkung des elektrischen Feldes bewerten, dass durch die Partikelbeladung eingedämmt wird. Die Partikelbeladung kann alternativ oder zusätzlich auch modellbasiert ermittelt werden, z.B. auf der Basis von Betriebsdauer, Betriebsbedingungen und der Zeit seit der letzten Regeneration.Preferably, a sensor for determining the particle loading is arranged in the region of the collecting device. The sensor may e.g. evaluate the effect of the electric field that is being contained by the particle loading. The particle loading can alternatively or additionally also be determined model-based, e.g. based on operating time, operating conditions and the time since the last regeneration.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, in dem ein erfindungsgemäßer Partikelvorabscheider stromaufwärts von einem Partikelfilter angeordnet ist. Die Anordnung ermöglicht vorteilhaft ein Entfernen von Partikeln aus dem Abgasstrom, bevor sie in den Partikelfilter gelangen. Dies ist besonders vorteilhaft unter Bedingungen mit einem erhöhten Anteil von Rußpartikeln im Abgas, z.B. bei einer hohen Last oder beim Starten der Brennkraftmaschine. Die Lebensdauer des Partikelfilters wird durch das Vorschalten eines Partikelvorabscheiders vorteilhaft erhöht, weil insgesamt weniger Partikel in den Partikelfilter einlagert werden, und dieser daher weniger häufig regeneriert werden muss.A second aspect of the invention relates to an arrangement of an internal combustion engine having an exhaust gas tract in which a particle pre-separator according to the invention is arranged upstream of a particle filter. The arrangement advantageously allows removal of particles from the exhaust stream before entering the particulate filter. This is particularly advantageous under conditions with an increased proportion of soot particles in the exhaust gas, e.g. at a high load or when starting the internal combustion engine. The lifetime of the particulate filter is advantageously increased by the upstream of a Partikelvorabscheiders, because a total of fewer particles are stored in the particulate filter, and therefore this must be regenerated less frequently.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von festen Bestandteilen, insbesondere von Rußpartikeln, aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine mittels einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei Partikel im Abgas mittels der Ionisierungseinrichtung aufgeladen werden und auf der Sammeleinrichtung abgelagert werden. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Partikelvorabscheiders.A third aspect of the invention relates to a method for removing solid constituents, in particular soot particles, from the exhaust gas of an internal combustion engine by means of an arrangement according to the invention, wherein particles in the exhaust gas are charged by means of the ionization device and deposited on the collecting device. The advantages of the method according to the invention correspond to the advantages of the particle pre-separator according to the invention.
In dem Verfahren kann der Partikelvorabscheider ständig zugeschaltet sein. Vorzugsweise wird der Partikelvorabscheider in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen aktiviert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- - Ermitteln der Partikeldichte im Abgas,
- - Einschalten des Partikelvorabscheiders bei Erreichen eines ersten Schwellenwertes der Partikeldichte im Abgas,
- - Abschalten des Partikelvorabscheiders, wenn die Partikelbeladung wieder unter den ersten Schwellenwert gesunken ist.
- Determining the particle density in the exhaust gas,
- Switching on the particle pre-separator when a first threshold value of the particle density in the exhaust gas is reached,
- - Disconnect the particle pre-separator when the particle load has dropped below the first threshold again.
Die Partikeldichte kann dabei durch Sensoren erfasst werden, z.B. resistive Partikelsensoren. Die Partikeldichte entspricht der Partikelkonzentration im Abgas. Sie kann auch modellbasiert ermittelt werden. Der erste Schwellenwert wird vom Fachmann festgelegt, und bezieht sich auf einen Wert der Partikeldichte, der als ungünstig hoch angesehen wird. Ein Zuschalten des Partikelvorabscheiders ist vorteilhaft, um z.B. bei einem hohen Partikelaufkommen den Partikelfilter nicht zu schnell verstopfen zu lassen, wenn seine Funktion gewährleistet werden soll.The particle density can be detected by sensors, e.g. resistive particle sensors. The particle density corresponds to the particle concentration in the exhaust gas. It can also be determined model-based. The first threshold is determined by those skilled in the art and refers to a value of particle density that is considered to be unfavorably high. Activation of the particle precleaner is advantageous for e.g. in case of high particulate matter, do not allow the particulate filter to clog too fast if its function is to be ensured.
Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Sammeleinrichtung die Sammeleinrichtung regeneriert, indem die Heizeinrichtung zum Glühen gebracht wird und die abgelagerten Partikel auf der Sammeleinrichtung gezündet und sukzessive verbrannt werden. Bevorzugt wird die Sammeleinrichtung regeneriert, wenn die Partikelablagerungen einen zweiten Schwellenwert erreicht haben. Dabei werden folgende Schritte umfasst:
- - Ermitteln der Partikelbeladung auf mindestens einer Platte in der Sammeleinrichtung,
- - Einschalten der Heizeinrichtung bei Erreichen eines zweiten Schwellenwertes der Partikelbeladung,
- - Abschalten der Heizeinrichtung, wenn die Partikel auf der Platte gezündet wurden.
- Determining the particle loading on at least one plate in the collecting device,
- Switching on the heating device when a second threshold value of particle loading is reached,
- - Shut down the heater when the particles have been ignited on the plate.
Der zweite Schwellenwert wird vom Fachmann festgelegt, und bezieht sich auf einen Wert der Partikelablagerungen, der als ungünstig hoch für eine Funktion der Sammeleinrichtung angesehen wird.The second threshold is determined by those skilled in the art and refers to a level of particulate matter that is considered to be unfavorably high for a collector function.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Anordnung eines Abgastrakts einer Brennkraftmaschine mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelvorabscheiders. -
2 eine Darstellung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelvorabscheiders gemäß1 . -
3 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelvorabscheiders. -
4 eine Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelvorabscheiders. -
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Sammeleinrichtung des erfindungsgemäßen Partikelvorabscheiders. -
6 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
7 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 an arrangement of an exhaust tract of an internal combustion engine with an embodiment of the invention Partikelvorabscheiders. -
2 a representation of the embodiment of the invention according to Partikelvorabscheiders1 , -
3 a cross-sectional view of an embodiment of the Partikelvorabscheiders invention. -
4 a cross-sectional view of an embodiment of the Partikelvorabscheiders invention. -
5 a schematic representation of an embodiment of a collecting device of the Partikelvorabscheiders invention. -
6 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention. -
7 a flowchart of an embodiment of the method according to the invention.
In
Stromabwärts vom Katalysator
Der durch den eingekreisten Bereich in
Bei Anlegen einer Hochspannung erfolgt eine Beschleunigung von freien Elektronen in der Umgebung der Sprühelektroden
Mit dem Abgasstrom gelangen die aufgeladenen Partikel in den Bereich der Sammeleinrichtung
Die Platten
In den
Es sind auch andere Anordnungen der Platten
Gemäß den
Der Heizdraht
Alternativ kann auch jeder Einrichtung ein Heizdraht zugeordnet sein (
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Flussdiagramm in
Die Platten
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Anordnungarrangement
- 22
- Abgastraktexhaust tract
- 33
- Katalysatorcatalyst
- 44
- Partikelfilterparticulate Filter
- 55
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 1010
- PartikelvorabscheiderParticle pre-separator
- 1111
- Ionisierungseinrichtungionization
- 111111
- Elektrodeelectrode
- 1212
- Sammeleinrichtungcollecting device
- 1313
- Gehäusecasing
- 1414
- Platte der SammeleinrichtungPlate of the collector
- 1515
- Heizdrahtheating wire
- 1616
- Sensorsensor
- 1717
- Spannungsquellevoltage source
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018201628.3A DE102018201628A1 (en) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Particle pre-separator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
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---|---|
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ID=67308692
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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---|---|
DE (1) | DE102018201628A1 (en) |
Cited By (1)
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-
2018
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