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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Behandlung eines Partikelfilters bzw. einem Partikelfilter nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. Partikelfilter für Brennkraftmaschinen sind bereits aus der
DE 10 2017 211 024.4 bekannt. Derartige Partikelfilter dienen dazu, einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine dahingehend zu filtern, dass das Abgas nach dem Partikelfilter keine Partikel, insbesondere Rußpartikel mehr enthält. Dabei ist es wünschenswert, dass der Partikelfilter möglichst alle im Abgas enthaltenen Partikel aus dem Abgasstrom herausfiltert.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der erfindungsgemäße Partikelfilter haben den Vorteil, dass ein gewünschtes Filtervermögen des Partikelfilters gezielt eingestellt wird. Dies erfolgt dadurch, dass durch Ablagerung weiterer Partikel im Partikelfilter die Porengröße des Partikelfilters gezielt eingestellt wird. Es kann so der Abscheidegrad, d.h. der Prozentsatz an Partikeln, insbesondere Rußpartikel, die im Filter zurückgehalten werden, gezielt eingestellt werden.
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Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Da ein Partikelfilter routinemäßig einem Regenerationsprozess unterworfen wird, bei dem der Filter mit einem Sauerstoffüberschuss bei hohen Temperaturen durchströmt wird, ist es sinnvoll, dass die zugesetzten Partikeln aus nicht brennbaren anorganischem Material bestehen. Es kann dadurch sichergestellt werden, dass auch durch eine Regeneration des Partikelfilters, d.h. einem Verbrennen der abgelagerten Rußpartikel die Porengröße und damit die Filterwirkung des Partikelfilters nicht beeinflusst wird. Als eine Alternative kann dieser Schritt des Durchströmens mit einem Gas mit vorgegebenen Partikeln als letzter Schritt einer Herstellung des Partikelfilters erfolgen. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass dabei definierte Bedingungen eingestellt werden können und somit die Porengröße des so behandelten Partikelfilters definiert eingestellt wird. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren beim Betrieb einer Brennkraftmaschine bei dem Abgase durch den Partikelfilter geleitet wird, erfolgen. Dabei werden die Partikel dem Kraftstoff direkt zugesetzt, oder es werden dem Kraftstoff Substanzen zugesetzt, die bei einer Verbrennung entsprechende Partikel entstehen lassen. Dieses Verfahren ist besonders einfach und kann routinemäßig insbesondere bei einer ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine erfolgen. Um optimale Bedingungen für die Abscheidung der Partikel in dem Partikelfilter zu erzeugen kann dabei vorgesehen sein, die Brennkraftmaschine mit bestimmten Parametern zu betreiben, die die Ablagerung der Partikel im Partikelfilter unterstützen. Insbesondere kann dies dadurch erfolgen, dass die Brennkraftmaschine so betrieben wird, dass eine erhöhte Anzahl von Rußpartikeln erzeugt werden.
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Figurenliste
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- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter durch den die Abgase der Brennkraftmaschine hindurch geleitet werden.
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Beschreibung der Erfindung
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In der 1 wird schematisch ein Partikelfilter 1, der einer Brennkraftmaschine 2 zugeordnet ist, gezeigt. Die Abgase der Brennkraftmaschine 2 werden von einem Abgasrohr 3 von der Brennkraftmaschine 2 zum Partikelfilter 1 geleitet. Sie durchströmen dann den Partikelfilter 1 und gelangen über das weitere Abgasrohr 5 in die Umwelt. Weitere im Abgasstrang angeordnete Filter, wie beispielsweise ein Katalysationsfilter oder dergleichen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt. Bei der Brennkraftmaschine 2 handelt es sich um eine herkömmlich Otto-Brennkraftmaschine. Dieser Brennkraftmaschine 2 wird durch ein Saugrohr 14 Frischluft zugeführt, die dann in einem von einem Zylinder 10 und einem Kolben 11 gebildeten Brennraum 15 einströmt. In diesen Brennraum 15 wird mittels eines Einspritzventils 13 Kraftstoff eingespritzt und durch ein entsprechendes Signal an einer Zündkerze 12 entzündet. Ein- und Auslassventile zum Einlassen der Frischluft bzw. zum Auslassen des Abgases sind zur Vereinfachung der Darstellungen nicht gezeigt.
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Auch bei Ottomotoren entstehen insbesondere bei einem mageren Betrieb Rußpartikel. Um diese Rußpartikel aus dem Abgas der Brennkraftmaschine 2 zu entfernen, werden die Abgase der Brennkraftmaschine durch den Partikelfilter 1 geleitet, um zu verhindern, dass das Abgasrohr 5 diese Rußpartikel in die Umwelt gelangen.
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Die in den Partikelfilter 1 durch Filterung angesammelten Rußpartikel werden von Zeit zu Zeit in einem besonderen Betriebszustand verbrannt. Da dadurch der Partikelfilter 1 wieder entleert wird, wird dieser Vorgang auch Regeneration genannt. Bei einer derartigen Regeneration wird die Betriebstemperatur des Partikelfilters 1 erhöht und es werden ihm Abgase zugeführt, die noch Sauerstoff enthalten. Die in dem Partikelfilter 1 gespeicherten Rußpartikel werden dann bei derartigen Betriebsbedingungen mit dem Sauerstoff reagieren und verbrannt. Zur Steuerung dieser Regeneration wird üblicherweise der Druckabfall über dem Partikelfilter 1 ausgewertet. Wenn nämlich eine sehr große Beladung des Partikelfilters 1 besteht, so wird die Strömung des Abgases durch den Partikelfilter 1 erschwert und es komm zu einem erhöhten Druckabfall. Damit dieser Druckabfall dann nicht zu groß wird und insbesondere einen Betrieb der Brennkraftmaschine 2 behindert, wird eine Regeneration durchgeführt. Weiterhin hat die Beladung des Partikelfilters 1 auch einen Einfluss auf das Filterverhalten. Ein fabrikneuer Partikelfilter hat zunächst noch einen unbefriedigendes Filterverhalten dahingeht, dass noch ein zu großer Anteil an Partikeln durch den Filter 1 hindurch gelangt. Der Abscheidegrad, d.h. der Prozentsatz der Partikel, die durch den Partikelfilter 1 aus dem Abgas herausgefiltert werden, liegt noch nicht in der Größenordnung, die angestrebt wird, nämlich deutlich über 90 %. Wenn bereits eine gewisse Menge von Rußpartikeln im Partikelfilter gespeichert ist, so bewirken diese bereits im Partikelfilter 1 gefangenen Rußpartikel eine Verringerung der Porengröße des Partikelfilters. Mit zunehmender Menge an bereits gefilterten Rußpartikeln steigt somit der Abscheidegrad, da durch die bereits herausgefilterten Rußpartikel die Porengröße des Partikelfilters verringert ist.
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Es hat sich nun gezeigt, dass Partikelfilter einer Alterung unterliegen, wobei dieser Alterung eine Erhöhung des Abscheidegrades bewirkt. Diese Alterung ist offensichtlich mit der Ablagerung von nicht brennbaren anorganischen Partikeln im Partikelfilter verbunden, wodurch die Porengröße des Partikelfilters verringert ist.
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Um das Filterverhalten eines Partikelfilters bereits unmittelbar nach einer ersten Inbetriebnahme auf einen gewünschten hohen Abscheidewert einzustellen, wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Partikelfilter mit einem Gas zu durchströmen, wobei dem Gas vorgegebene Partikel zugesetzt sind. Die vorgegebenen Partikel sind dabei so gewählt, dass in kurzer Zeit ein gewünschter Abscheidegrad des Partikelfilters erreicht wird, indem durch Abscheiden der zugesetzten Partikel im Partikelfilter die Porengröße verringert wird. Es lässt sich so durch eine Behandlung des Partikelfilters ein Partikelfilter erzeugen, der einen gewünschten hohen Abscheidegrad aufweist, wobei dieser gewünschte hohe Abscheidegrad unabhängig ist von einer bereits erfolgten Beladung mit Rußpartikeln. Weiterhin ist dieser hohe Abscheidegrad auch unabhängig davon, ob gerade eine Regeneration des Partikelfilters 1 erfolgt ist oder nicht.
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Eine entsprechende Behandlung des Partikelfilters 1 kann beispielsweise erfolgen, in dem von einem Gasgenerator ein Gas erzeugt wird und dem Gas vorgegebene Partikel zugesetzt werden. Dies kann beispielsweise als letzter Schritt einer Herstellung des Partikelfilters 1 erfolgen. Es können so gezielt Partikel mit einer vorgegebenen Größe im Partikelfilter 1 abgelagert werden, die die Porengröße des Partikelfilters gezielt beeinflussen. Als Partikel können dabei gezielt anorganische Mikro- oder Nanopartikel mit vorgegebenen Partikelgrößen oder Mischungen von Partikeln mit unterschiedlichen Größen verwendet werden. Dabei können auch organische Substanzen zugesetzt werden die eine initiale Haftung der Partikel im Partikelfilter bewirken und es kann durch eine Temperaturerhöhung des Partikelfilters eine Diffusion zwischen dem Filtermaterial und den anorganischen Partikeln und so ein Versintern der Partikel mit dem Partikelfilter bewirkt werden.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die an Partikelfiltern beobachtete Alterung bei Betrieb des Partikelfilters mit einer Brennkraftmaschine nachzubilden. Es hat sich ja gezeigt, dass bei einem Betrieb eines Partikelfilters zum Herausfiltern von Partikeln aus einem Abgas einer Brennkraftmaschine sowieso eine Alterung des Partikelfilters 1 erfolgt, die zu einer Erhöhung der Abscheiderate führt.
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Diese Alterung kann definiert erfolgen, in dem eine erhöhte Menge an derartigen Partikeln erzeugt werden, die die Alterung des Partikelfilters 1 bewirken. Es hat sich gezeigt, dass die Erhöhung der Abscheiderate bei gealterten Partikelfiltern mit der Einlagerung von anorganischen Partikeln verbunden ist. Dabei kann es sich insbesondere um Metallpartikel oder keramische Partikel, wie beispielsweise Silizium oder Siliziumdioxid handeln. Diese können entweder entstehen, in dem im Kraftstoff oder in dem Motoröl, welches ja zu einem geringen Umfang in der Brennkraftmaschine 2 mitverbrannt wird, entweder bereits derartige Partikel enthalten sind, oder aber als metallorganische oder organische Siliziumverbindungen enthalten sind. Im Fall von metallorganischen Verbindungen oder organischen Siliziumverbindungen können diese Partikel auch erst durch die bei der Verbrennung entstehenden Wärme gebildet werden. Es kann somit einfach eine beschleunigte Ablagerung von derartigen unbrennbaren Partikeln im Partikelfilter 1 erfolgen, indem in dem Brennraum 15 eine erhöhte Menge derartiger Stoff, die zur entsprechenden nichtbrennbaren anorganischen Partikeln im Abgasführen zugesetzt sind. Diese kann entweder in der Form von derartigen Partikeln selbst oder aber durch den Zusatz von Stoffen, die während der Verbrennung derartiger Partikel bilden, erfolgen.
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Dazu kann beispielsweise bei Inbetriebnahme einer Brennkraftmaschine ein entsprechender Kraftstoff vorgesehen sein, der eine erhöhte Menge an derartigen Partikeln oder Stoffen, die bei der Verbrennung Partikel bilden, enthalten. Es könnte somit vorgesehen sein, bei der Fertigung der Partikelfilter kurzzeitig Abgase eines entsprechenden Motors durch den Partikelfilter zu leiten, wobei dieser Motor kontinuierlich mit einem Kraftstoff betrieben wird, der den gewünschten Strom von den Partikeln erzeugt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass beispielsweise ein Kraftfahrzeug in der Fertigung eine initiale Betankung erhält, bei dem in dem Kraftstoff entsprechenden Partikel oder Stoffe, die die Partikel bilden, enthalten sind. Es könnte dann nach der Fertigstellung des Kraftfahrzeugs kurzzeitig ein Initialbetrieb erfolgen, bei dem der Partikelfilter entsprechend behandelt wird oder aber es kann das Fahrzeug einfach mit einer derartigen initialen Tankfüllung ausgeliefert werden und die entsprechende Behandlung des Partikelfilters erfolgt automatisch beim Kunden oder Händler, der den Wagen in Betrieb nimmt. Eine entsprechende Inbetriebnahme kann auch erfolgen, wenn in einer Werkstatt der Partikelfilter durch einen neuen Partikelfilter ersetzt wird.
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Bei einer derartigen Behandlung des Partikelfilters 1 kann zudem vorgesehen werden, dass während dieser Behandlung die Brennkraftmaschine in einem besonderen Betriebszustand betrieben wird. In diesem Betriebszustand sollte dabei eine erhöhte Menge von Rußpartikeln erzeugt werden, die typischerweise an den gewünschten Partikeln kondensieren. Derartige Mischungen von Ruß- und den gewünschten anorganischen Partikeln, die die Porengröße des Partikelfilters beeinflussen können, würden dann aufgrund ihrer erhöhten Größe leichter im Partikelfilter 1 abgeschieden. Bei einer Regeneration würden dann die Rußbestandteile verbrannt werden und nur die organischen Teile im so behandelten Partikelfilter 1 verbleibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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