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.
In the process, the particle pre-separator can be switched on constantly. Preferably, the particle pre-separator is activated depending on the operating conditions, the method comprising the steps of:
  • 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.
Preferably, in the method of the invention, the collector regenerates the collector by causing the heater to anneal and ignite the deposited particles on the collector and successively burned. Preferably, the collector is regenerated when the particulate deposits have reached a second threshold. The following steps are included:
  • 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 gemäß 1.
  • 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.
The invention will be explained in more detail with reference to FIGS. Show it:
  • 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 Partikelvorabscheiders 1 ,
  • 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 1 ist ein eine Anordnung 1 eines Abgastraktes 2 einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine dargestellt. Die Brennkraftmaschine ist besonders eine selbstzündende Brennkraftmaschine. Die Erfindung ist aber auch für das Abgas einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine geeignet. Durch den Pfeil wird die Strömungsrichtung des Abgases gezeigt. Im Abgastrakt 2 ist ein Katalysator 3 angeordnet. Der Katalysator 3 ist z.B. ein Oxidationskatalysator, ein Stickoxidspeicherkatalysator, ein Katalysator 3 zur selektiven katalytischen Reduktion, ein Drei-Wege-Katalysator, oder eine Kombination besagter Katalysatoren.In 1 is an arrangement 1 an exhaust tract 2 a (not shown) internal combustion engine shown. The internal combustion engine is especially a self-igniting internal combustion engine. The invention is also suitable for the exhaust gas of a spark-ignited internal combustion engine. The arrow shows the flow direction of the exhaust gas. In the exhaust tract 2 is a catalyst 3 arranged. The catalyst 3 For example, an oxidation catalyst, a nitrogen oxide storage catalyst, a catalyst 3 for selective catalytic reduction, a three-way catalyst, or a combination of said catalysts.

Stromabwärts vom Katalysator 3 ist ein erfindungsgemäßer Partikelvorabscheider 10 angeordnet. Der Partikelvorabscheider 10 umfasst im Wesentlichen eine Ionisierungseinrichtung 11 an der stromaufwärtigen Seite und eine Sammeleinrichtung 12 an der stromabwärtigen Seite. Stromabwärts vom Partikelvorabscheider 10 ist ein Partikelfilter 4 angeordnet.Downstream of the catalyst 3 is an inventive particle pre-separator 10 arranged. The particle pre-separator 10 essentially comprises an ionization device 11 on the upstream side and a collector 12 on the downstream side. Downstream of the particle pre-separator 10 is a particle filter 4 arranged.

Der durch den eingekreisten Bereich in 1 hervorgehobene Teil der Anordnung 1 betrifft den Partikelvorabscheider 10, der in 2 in detailliert dargestellt ist. Der Partikelvorabscheider 10 ist in den Bereich der Ionisierungseinrichtung 11 und den Bereich der Sammeleinrichtung 12 unterteilt. Beide Einrichtungen 11, 12 sind in einem im Wesentlichen zylinderförmigen, der Form des Abgastrakts angepassten Gehäuse 13 des Partikelvorabscheiders 10 angeordnet. Die Ionisierungseinrichtung 11 weist mindestens eine Elektrode 111 auf. Die Elektrode 111 ist eine Sprühelektrode 111. Es können auch mehrere Sprühelektroden angeordnet werden. Die Sprühelektrode 111 ist negativ gepolt. Die Sprühelektrode 111 ist an eine Gleichspannung angelegt. Die Gleichspannung kann mit einer Wechselspannung überlagert werden. Das Bereitstellen der erforderlichen Hochspannung erfolgt durch eine entsprechende Spannungsquelle 17 und wird auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise bewerkstelligt, z.B. entweder durch direktes Bereitstellen von Hochspannung, oder durch Umspannung von niederer Spannung.The circled area in 1 highlighted part of the arrangement 1 concerns the particle pre-separator 10 who in 2 is shown in detail. The particle pre-separator 10 is in the range of the ionization device 11 and the area of the collector 12 divided. Both facilities 11 . 12 are in a substantially cylindrical, the shape of the exhaust tract adapted housing 13 of the particle pre-separator 10 arranged. The ionization device 11 has at least one electrode 111 on. The electrode 111 is a spray electrode 111 , It can also be arranged several Sprühelektroden. The spray electrode 111 is negatively poled. The spray electrode 111 is applied to a DC voltage. The DC voltage can be superimposed with an AC voltage. The provision of the required high voltage is effected by a corresponding voltage source 17 and is accomplished in a manner known to those skilled in the art, eg, either by directly providing high voltage, or by transposing low voltage.

Bei Anlegen einer Hochspannung erfolgt eine Beschleunigung von freien Elektronen in der Umgebung der Sprühelektroden 111, die beim Auftreffen auf Gasmoleküle Gasionen und weitere freie Elektronen erzeugen. In durchströmendem Abgas enthaltene Partikel werden im Bereich der Sprühelektroden 111 beim Zusammenstoßen mit negativ geladenen Gasionen oder Elektronen aufgeladen.When a high voltage is applied, an acceleration of free electrons in the vicinity of the discharge electrodes takes place 111 which generate gas ions and other free electrons when hitting gas molecules. In the exhaust gas flowing through particles are in the field of Sprühelektroden 111 charged with negatively charged gas ions or electrons when colliding.

Mit dem Abgasstrom gelangen die aufgeladenen Partikel in den Bereich der Sammeleinrichtung 12. Eine Ausführungsform der Sammeleinrichtung 12 ist in 3 im Querschnitt dargestellt (entsprechend der A-A-Linie in 2). Die Sammeleinrichtung 12 umfasst gemäß der Darstellung von 3 und 5 sechzehn flächig ausgebildete rechteckige Platten 14. Die Platten 14 der Sammeleinrichtung positiv gepolt und elektrostatisch aufgeladen. Das Material der Platten wird so gewählt, dass es entsprechend elektrostatisch aufgeladen werden kann. Die Platten 14 können alle gemeinsam geladen werden. Alternativ können die Platten auch einzeln geladen werden, dazu müssen sie voneinander elektrisch isoliert sein und eine entsprechende separate Verbindung zur Spannungsquelle 17 aufweisen.With the exhaust gas flow, the charged particles reach the area of the collecting device 12 , An embodiment of the collection device 12 is in 3 shown in cross-section (corresponding to the AA line in 2 ). The collecting device 12 comprises according to the illustration of 3 and 5 sixteen flat rectangular plates 14 , The plates 14 the collector positively polarized and electrostatically charged. The material of the plates is chosen so that it can be electrostatically charged accordingly. The plates 14 can all be loaded together. Alternatively, the plates may also be charged individually, for this they must be electrically isolated from each other and a corresponding separate connection to the voltage source 17 respectively.

Die Platten 14 in der Ausführungsform gemäß 4 erstrecken sich mit ihren langen Seiten entlang des Abgastraktes 2, wobei sie mit der äußeren langen Seite an die Wandung des Gehäuses 13 angrenzen und mit der inneren langen Seite in der Mitte des Abgastraktes 2 aneinandergrenzen oder in einer passenden Halterung miteinander angeordnet sind. Die langgestreckte Form der Platten 14 in Fließrichtung des Abgases ist vorteilhaft, weil die wirkenden elektrischen Kräfte zwischen den Partikeln und den Platten 14 schwach sind und sich bei einer längeren Drift mit dem Abgasstrom die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass die Partikel quer zur Strömungsrichtung aus dem Abgas gesammelt werden. Die kurzen Seiten grenzen an der stromaufwärtigen Seite an dem Bereich der Ionisierungseinrichtung 11 und an der stromabwärtigen Seite an den Bereich des Partikelfilters 4. Die flächigen Seiten der Platten 14 sind einander zugewandt.The plates 14 in the embodiment according to 4 extend with their long sides along the exhaust tract 2 , with the outer long side against the wall of the housing 13 adjoin and with the inner long side in the middle of the exhaust tract 2 adjoin one another or are arranged in a matching holder with each other. The elongated shape of the plates 14 in the flow direction of the exhaust gas is advantageous because the acting electrical forces between the particles and the plates 14 are weak and increases in a long drift with the exhaust gas flow, the probability that the particles are collected transversely to the flow direction of the exhaust gas. The short sides border the upstream side at the region of the ionizer 11 and on the downstream side to the area of the particulate filter 4 , The flat sides of the plates 14 are facing each other.

In den 3 und 5 sind jeweils 16 Platten 14 von der Sammeleinrichtung 12 umfasst. Es kann auch nur eine oder eine andere Anzahl von Platten 14 angeordnet sein. Zu beachten ist dabei, dass die elektrischen Kräfte bei zu großem Abstand zwischen den Platten 14 zu gering sein könnten, um bei einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit eine gewünschte Menge an Partikeln aus dem Abgas zu sammeln.In the 3 and 5 are each 16 plates 14 from the collection facility 12 includes. It can also only one or another number of plates 14 be arranged. It should be noted that the electrical forces are too large between the plates 14 may be too low to collect a desired amount of particulates from the exhaust at a certain flow rate.

Es sind auch andere Anordnungen der Platten 14 im Abgastrakt 2 möglich, z.B. parallel nebeneinander (wie in 2), wobei die Platten dann unterschiedliche Längen der kurzen Seiten aufweisen würden, oder an der Wandung des Abgastrakts 2 angeordnet.There are also other arrangements of the plates 14 in the exhaust tract 2 possible, eg parallel next to each other (as in 2 ), wherein the plates would then have different lengths of the short sides, or on the wall of the exhaust tract 2 arranged.

Gemäß den 4 & 5 weist die Sammeleinrichtung 12 eine Heizeinrichtung 15 auf, die als Heizdraht 15 ausgebildet ist. Der Heizdraht 15 ist metallisch und ausgebildet, bei Anliegen einer bestimmten Spannung und Stromstärke zu glühen, um die gesammelten Partikel zu zünden. Der Heizdraht 15 ist mit einer entsprechenden Spannungsquelle verbunden, z.B. der Batterie des Kraftfahrzeugs, und einer Steuerungseinrichtung 5, die die Elektrizität bei Bedarf zuschaltet. Der Bedarf richtet sich nach der Partikelbeladung der Sammeleinrichtung, die mittels eines Sensors 16 ermittelt werden kann, der im Bereich der Platten 14 angeordnet ist (wobei jede Platte einen Sensor 16 aufweisen kann) und die entsprechenden Signale an die Steuerungseinrichtung 5 sendet. Die Partikelbeladung kann auch modellbasiert ermittelt werden.According to the 4 & 5 indicates the collector 12 a heating device 15 on that as a heating wire 15 is trained. The heating wire 15 is metallic and designed to glow when a given voltage and current are applied to ignite the collected particles. The heating wire 15 is connected to a corresponding voltage source, for example the battery of the motor vehicle, and a control device 5 that switches on electricity when needed. The demand depends on the particle loading of the collecting device, which by means of a sensor 16 can be determined in the range of plates 14 is arranged (each plate is a sensor 16 may comprise) and the corresponding signals to the control device 5 sends. The particle loading can also be determined model-based.

Der Heizdraht 15 kann spiralig ausgebildet sein (5). In einer Anordnung gemäß 5 hat der Heizdraht 15 Kontakt mit allen Platten 14, die er mehrfach berührt. Dadurch wird eine gleichmäßige Zündung der Partikel auf allen Platten 14 gewährleistet.The heating wire 15 can be spirally formed ( 5 ). In an arrangement according to 5 has the heating wire 15 Contact with all plates 14 he touches several times. This will cause a uniform ignition of the particles on all plates 14 guaranteed.

Alternativ kann auch jeder Einrichtung ein Heizdraht zugeordnet sein (4). Die den einzelnen Platten 14 zugeordneten Heizdrähte 15 sind dabei einzeln steuerbar. Dadurch kann auch eine entsprechende einzelne Platte 14 durch Zündung der Partikel schneller regeneriert werden. Die einzelnen Platten 14 können auch unabhängig voneinander regeneriert werden.Alternatively, each device may also be assigned a heating wire ( 4 ). The individual plates 14 associated heating wires 15 are individually controllable. This can also be a corresponding single plate 14 be regenerated faster by ignition of the particles. The individual plates 14 can also be regenerated independently.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß dem Flussdiagramm in 6 wird der Partikelvorabscheider in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen zugeschaltet. Dabei wird in Schritt S1 die Partikeldichte im Abgas ermittelt. Dies kann mit entsprechenden im Abgastrakt 2 angeordneten Sensoren (z.B. resistiven Sensoren) oder modellbasiert durchgeführt werden. Ist ein erster vorbestimmter Schwellenwert der Partikeldichte im Abgas erreicht, wird der Partikelvorabscheider 10 eingeschaltet. In einem dritten Schritt wird der Partikelvorabscheider 10 wieder abgeschaltet, wenn die Partikelbeladung wieder unter den ersten Schwellenwert gesunken ist. Alternativ kann der Partikelvorabscheider 10 auch permanent eingeschaltet sein, um den Partikelfilter 4 zu entlasten. Die Sammeleinrichtung 12 wird regeneriert, indem der Heizdraht 15 zum Glühen gebracht wird und die abgelagerten Partikel auf den Platten 14 verbrannt werden. Bevorzugt wird die Sammeleinrichtung 12 regeneriert, wenn die Partikelablagerungen einen zweiten Schwellenwert erreicht haben. Dabei wird gemäß der Darstellung von 7 in einem ersten Schritt S4 die Partikelbeladung auf mindestens einer Platte in der Sammeleinrichtung ermittelt. In einem zweiten Schritt S5 wird der Heizdraht 15 eingeschaltet, wenn der zweite Schwellenwert erreicht wurden. In einem dritten Schritt S6 wird der Heizdraht 15 abgeschaltet, wenn die Partikel auf der Platte gezündet wurden.In one embodiment of the method according to the invention in accordance with the flowchart in FIG 6 the particle pre-separator is switched on depending on the operating conditions. This is in step S1 the particle density in the exhaust gas determined. This can with appropriate in the exhaust tract 2 arranged sensors (eg resistive sensors) or model-based performed. If a first predetermined threshold value of the particle density in the exhaust gas is reached, the particle preseparator 10 switched on. In a third step, the Partikelvorabscheider 10 switched off again when the particle load has dropped below the first threshold again. Alternatively, the particle pre-separator 10 also be permanently switched on to the particle filter 4 to relieve. The collecting device 12 is regenerated by the heating wire 15 is annealed and the deposited particles on the plates 14 to be burned. The collection device is preferred 12 regenerated when the particulate deposits have reached a second threshold. It is according to the representation of 7 in a first step S4 determines the particle loading on at least one plate in the collector. In a second step S5 becomes the heating wire 15 switched on when the second threshold has been reached. In a third step S6 becomes the heating wire 15 switched off when the particles have been ignited on the plate.

Die Platten 14 können gemeinsam, also gleichzeitig, regeneriert werden. Dies funktioniert z.B. mit einer Anordnung des Heizdrahts 15 gemäß 5. Die Platten 14 können auch einzeln regeneriert werden, so dass die Platten 14 bedarfsweise regeneriert werden können, und nicht jedes Mal alle Platten 14 gemeinsam. Diese Ausführungsform des Verfahrens funktioniert am besten mit der Ausführungsform der Heizdrahtanordnung gemäß 4.The plates 14 can be regenerated together, ie simultaneously. This works, for example, with an arrangement of the heating wire 15 according to 5 , The plates 14 can also be regenerated individually, so that the plates 14 can be regenerated as needed, and not every time all plates 14 together. This embodiment of the method works best with the embodiment of the heating wire arrangement according to FIG 4 ,

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)

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.Particle pre-separator for separating particles from an exhaust gas stream 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 from the exhaust gas flow, wherein said Partikelvorabscheider at least with a voltage source and a control device is connected. Partikelvorabscheider nach Anspruch 1, bei dem die Sammeleinrichtung mindestens eine elektrostatisch geladene Platte umfasst.Particle pre-separator after Claim 1 in which the collecting device comprises at least one electrostatically charged plate. Partikelvorabscheider nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem zusätzlich mindestens eine Heizeinrichtung in der Sammeleinrichtung angeordnet ist.Particle pre-separator according to one of the preceding claims, wherein additionally at least one heating device is arranged in the collecting device. Partikelvorabscheider nach Anspruch 3, bei dem die Heizeinrichtung ein Heizdraht ist.Particle pre-separator after Claim 3 in which the heating device is a heating wire. Partikelvorabscheider nach Anspruch 4, bei dem die Heizdrähte ausgebildet sind, bei Anliegen einer bestimmten Spannung und Stromstärke zu glühen, um die abgeschiedenen Partikel zu entzünden.Particle pre-separator after Claim 4 in which the heating wires are formed to glow when a certain voltage and current are applied to ignite the deposited particles. Partikelvorabscheider nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein Sensor zum Ermitteln der Partikelbeladung im Bereich der Sammeleinrichtung angeordnet ist.Partikelvorabscheider according to any one of the preceding claims, wherein a sensor for determining the particle loading in the region of the collecting device is arranged. Anordnung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, in dem ein Partikelvorabscheider gemäß einem der vorherigen Ansprüche stromaufwärts von einem Partikelfilter angeordnet ist.Arrangement of an internal combustion engine with an exhaust gas tract, in which a Partikelvorabscheider according to one of the preceding claims is arranged upstream of a particulate filter. Verfahren zum Entfernen von festen Bestandteilen, insbesondere von Rußpartikeln, aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine mittels einer Anordnung gemäß Anspruch 7, wobei Partikel im Abgas mittels der lonisierungseinrichtung aufgeladen werden und auf der Sammeleinrichtung abgelagert werden.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 Claim 7 in which particles in the exhaust gas are charged by means of the ionization device and deposited on the collecting device. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Partikelvorabscheider in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen aktiviert wird, mit den Schritten: - Ermitteln der Partikelbeladung im Abgas, - Einschalten des Partikelvorabscheiders bei Erreichen eines ersten Schwellenwertes der Partikelbeladung im Abgas, - Abschalten des Partikelvorabscheiders, wenn die Partikelbeladung wieder unter den ersten Schwellenwert gesunken ist.Method according to Claim 8 in which the particle pre-separator is activated as a function of the operating conditions, comprising the steps of: determining the particle charge in the exhaust gas, switching on the particle pre-separator when a first threshold particle load in the exhaust gas is reached, shutting off the particle pre-separator when the particle load is again below the first threshold value has sunk. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Sammeleinrichtung regeneriert wird, indem die Heizeinrichtung zum Glühen gebracht wird und die abgelagerten Partikel auf der Sammeleinrichtung gezündet und sukzessive verbrannt werden.Method according to Claim 8 or 9 wherein the collector is regenerated by annealing the heater and igniting the deposited particles on the collector and successively burning them. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Sammeleinrichtung regeneriert wird, wenn die Partikelablagerungen einen zweiten Schwellenwert erreicht haben, mit den Schritten: - 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.Method according to Claim 10 wherein the collector is regenerated when the particulate deposits have reached a second threshold, comprising the steps of: determining particulate loading on at least one plate in the collector, turning on the heater upon reaching a second particle loading threshold, switching off the heater when the particles were ignited on the plate.
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