DE112006002344T5

DE112006002344T5 - Abgaspartikelfilter

Info

Publication number: DE112006002344T5
Application number: DE112006002344T
Authority: DE
Inventors: Shi-Wai S. Troy Cheng
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-06-12
Also published as: WO2007027864A3; WO2007027864A2; US20070044458A1; US7716921B2

Abstract

Partikelfilter für eine Abgasanlage, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms ausgelegt ist, umfassend:
ein Wandstromfiltrationselement mit einer ersten Regenerationszone und einer zweiten Regenerationszone, wobei die erste Zone stromabwärts der zweiten Zone ist; und
eine an der ersten Regenerationszone angeordnete Wärmequelle;
wobei als Reaktion auf eine Forderung nach Regeneration das Wandfiltrationselement gemäß einer stufenweisen Regeneration so regeneriert, dass die erste Zone die Regeneration vor der zweiten Zone einleitet und jede Zone in der Richtung des Abgasstroms regeneriert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Abgasanlage und insbesondere einen Partikelfilter für eine Dieselabgasanlage.
Autoabgasanlagen für Diesel- und andere Verbrennungsmotoren umfassen typischerweise ein Filtrationssystem, das die Masse der mit den Abgasen ausgestoßenen partikulären Stoffe beschränkt. Bei Dieselmotorsystemen umfassen diese Stoffe typischerweise kohlenstoffhaltige Stoffe (Ruß) und Aschepartikel. Bisherige Filterverfahren zum Zurückhalten der Abgaspartikel konzentrieren sich auf Wandstromfiltration. Wandstromfiltrationsanlagen weisen typischerweise einen hohen Filtrationswirkungsgrad nicht nur für Abgaspartikel, sondern auch für Aschepartikel auf. Katalysierte Dieselpartikelfilter werden verbreitet verwendet, wobei der Katalysator zum Zweck des Senkens der Regenerationstemperatur normalerweise entweder am vorderen Ende des Dieselpartikelfilters oder am gesamten Filter angebracht ist. Katalytische oder thermische Anordnungen in der Abgasanlage, die zum Bewirken einer Regeneration des Filtrationselements dienen, pflegen hohe Temperaturen im Filtrationskörper zu erzeugen, was die Auswahl an Materialien für den Filtrationskörper einzuschränken pflegt. Im Hinblick auf derzeitige Partikelfilteranordnungen ist es wünschenswert, einen weiterentwickelteren Partikelfilter zu haben, der mit effektiver Filtration und verbesserter Regeneration arbeiten kann.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Partikelfilter für eine Abgasanlage, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms ausgelegt ist. Der Filter umfasst ein Wandstromfiltrationselement mit einer ersten Regenerationszone und einer zweiten Regenerationszone, wobei die erste Zone stromabwärts der zweiten Zone ist, und mit einer an der ersten Regenerationszone angeordneten Wärmequelle. Als Reaktion auf eine Forderung nach Regeneration regeneriert das Wandfiltrationselement gemäß einer stufenweisen Regeneration, so dass die erste Zone eine Regeneration vor der zweiten Zone einleitet und jede Zone in Richtung des Abgasstroms regeneriert.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters für eine Abgasanlage, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms ausgelegt ist. Der Partikelfilter umfasst ein Wandstromfiltrationselement mit einer ersten Regenerationszone und einer zweiten Regenerationszone, wobei die erste Zone stromabwärts der zweiten Zone ist, und mit einer an der ersten Regenerationszone angeordneten Wärmequelle. Als Reaktion auf eine Forderung nach Regeneration wird das Wandfiltrationselement gemäß einer stufenweisen Regeneration regeneriert, so dass die erste Zone eine Regeneration vor der zweiten Zone einleitet und jede Zone in Richtung des Abgasstroms regeneriert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Unter Bezug auf die beispielhaften Zeichnungen, bei denen gleiche Elemente in den begleitenden Figuren gleich beziffert sind, zeigen:
1 eine Abgasanlage, die eine Ausführungsform der Erfindung verwendet;
2 eine isometrische Ansicht eines Partikelfilters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 eine Querschnittansicht eines Partikelfilters ähnlich dem von 2 und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 in schematischer Ansicht eine Ausführungsform eines Partikelfilters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
5a–5b, 6a–6b und 7 alternative Querschnittansichten eines Partikelfilters ähnlich dem von 2 unter sich verändernden Betriebsbedingungen und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht einen Partikelfilter für eine Abgasanlage eines Autodieselmotors mit verbesserten Regenerationsmerkmalen vor. Während die hierin beschriebene Ausführungsform einen Autodieselmotor als beispielhaftes Dieselantriebsaggregat, das einen Partikelfilter verwendet, zeigt, versteht sich, dass die offenbarte Erfindung auch auf andere Dieselantriebsaggregate übertragbar ist, die die Funktionalität des hierin offenbarten Partikelfilters benötigen, beispielsweise auf einen dieselbetriebenen Generator. Während die offenbarte Erfindung gut zum Filtern der Verbrennungsnebenprodukte eines Dieselmotors geeignet ist, kann sie auch zum Filtern von Verbrennungsnebenprodukten eines mit Benzin betriebenen Motors einsetzbar sein.
Eine beispielhafte Abgasanlage 100 für einen (nicht dargestellten) Autodieselmotor wird in 1 mit einer Krümmerabgasleitung 110 gezeigt, die an einem Ende in geeigneter Weise mit einem (nicht dargestellten) Abgaskrümmer des (nicht dargestellten) Dieselmotors zum Aufnehmen eines Abgasstroms verbunden ist, der im Allgemeinen als Ziffer 150 dargestellt ist. Ein Turbolader 140 ist in geeigneter Weise mit der dazwischenliegenden Krümmerabgasleitung 110 und einer dazwischenliegenden Abgasleitung 120 verbunden. Die dazwischenliegende Abgasleitung 120 ist zum Zurückhalten von in dem Abgasstrom 150 vorhandenen Abgaspartikeln in geeigneter Weise mit einem Partikelfilter 200 verbunden, der in geeigneter Weise mit einer Abgasleitung 130 verbunden ist. Ein (nicht dargestelltes) Endrohr zum Ablassen des behandelten Abgasstroms an die Atmosphäre ist in geeigneter Weise mit der Abgasleitung 130 verbunden. Die Abgasanlage 100 behandelt den Abgasstrom 150 durch Steuern, wie der Abgasstrom 150 von den (nicht dargestellten) Abgaskrümmern zu der Krümmerabgasleitung 110, dem Turbolader 140, der dazwischenliegenden Abgasleitung 120, dem Partikelfilter 200, der Abgasleitung 130 und dann zur Atmosphäre strömt. Die Abgasanlage 100 weist einen Sollströmungsquerschnitt gleich oder größer als der innere Strömungsquerschnitt der Krümmerabgasleitung 110 auf.
Jeder Partikelfilter 200 weist ein Gehäuse 210, das von beliebiger für den Zweck geeigneter Konstruktionsform und Auslegung sein kann, sowie ein in geeigneter Weise in dem Gehäuse 210 enthaltenes Filterelement 220 auf, wie am besten unter Bezug auf 2 ersichtlich ist. In einer Ausführungsform ist das Filterelement 220 eine keramische Monolithstruktur. Das Filterelement 220 ist von Wandstromfiltrationsart, was bedeutet, dass der Abgasstrom 150 von den Einlasskanälen 230 durch die porösen Innenwände 240 zu den Auslasskanälen 250 verläuft. Das Filtern des Abgasstroms 150 erfolgt vorrangig, wenn der Abgasstrom 150 durch die Poren der Innenwände 240 tritt, daher der Begriff Wandstromfiltration. Das Filterelement 220 ist zum Zurückhalten von Abgaspartikeln ausgelegt.
In einer beispielhaften Ausführungsform weisen die Einlasskanäle 230 jeweils eine Einlassöffnung 260 an einem Ende 310 und einen nicht porösen Endstopfen 270 am gegenüberliegenden Ende 320 auf. In einer Ausführungsform sind die nicht porösen Endstopfen 270 wesentlich dicker (beispielsweise 0,25 – 0,5 Zoll = 6,35 mm – 12,7 mm) als die Filterwand (beispielsweise 0,010 – 0,020 Zoll = 0,25 mm – 0,51 mm). In einer alternativen Ausführungsform kann der nicht poröse Endstopfen 270 durch einen porösen Endstopfen 270' ersetzt sein. Der Endstopfen 270 wird hierin auch für Unterscheidungszwecke als Standard-Endstopfen bezeichnet. Ausführungsformen der Erfindung können bei einem Partikelfilter 200 mit entweder einem Standard-Endstopfen 270 oder einem porösen Endstopfen 270' eingesetzt werden. In den verschiedenen Zeichnungen kann das Bezugszeichen 270 durch das Bezugszeichen 270' ersetzt werden, wenn auf einen porösen Endstopfen Bezug genommen wird. Die Auslasskanäle 250 weisen jeweils eine Auslassöffnung 280 an einem Ende 320 und einen Endstopfen 290 an dem gegenüberliegenden Ende 310 auf. Der Abgasstrom 150 dringt an den Einlassöffnungen 260 in das Filterelement 220 ein, strömt durch poröse Innenwände 240 und wird an den Auslassöffnungen 280 aus dem Filterelement 220 abgelassen. Auf diese Weise werden die Einlasskanäle 230 und die Auslasskanäle 250 als miteinander mittels der Innenwände 240 in Fluidverbindung stehend bezeichnet. Die Innenwände 240 des Filterelements 220 werden mit einer Porengröße von unter etwa 30 Mikrometern hergestellt, wodurch das Zurückhalten von Abgaspartikeln ermöglicht wird. In einer Ausführungsform weisen die po rösen Endstopfen 270 eine Pore auf, die gleich oder größer als etwa 30 Mikrometer und gleich oder kleiner als etwa 60 Mikrometer bemessen ist. Die Endstopfen 290 können massiv sein oder können eine Porosität ähnlich der der Innenwände 240 aufweisen. Auf diese Weise wird der Fachmann mühelos erkennen, dass im Allgemeinen poröse Endstopfen 270 eine größere Porosität als Endstopfen 290 aufweisen.
In einer in 2 dargestellten Ausführungsform ist das Filterelement 220 eine keramische Monolithstruktur mit mehreren porösen Innenwänden 240, die die Einlass- und Auslasskanäle 230, 250 ausbilden und trennen. Die Einlass- und Auslasskanäle 230, 250 sind parallel zur Richtung des Abgasstroms 150 angeordnet, was zu einem seitlichen Strömen (allgemein durch Pfeile 300 in 3 dargestellt) führt, wenn der Abgasstrom 150 durch die Innenwände 240 tritt. Das Gehäuse 210 weist ein erstes Ende 310 und ein zweites Ende 320 auf. Die Einlassöffnungen 260 und die Endstopfen 290 sind am ersten Ende 310 angeordnet, und die Auslassöffnungen 280 und die porösen Endstopfen 270 sind am zweiten Ende 320 angeordnet. In einer Ausführungsform, und wie veranschaulichend in 2 und 3 gezeigt wird, ist die gesamte Flächengröße der porösen Endstopfen 270 wesentlich kleiner als die gesamte Flächengröße der Innenwände 240, wobei ein beispielhaftes Verhältnis unter etwa 1:240 liegt.
Die Auslasskanäle 250 weisen zum Ablassen von Abgasstrom 150 Auslassöffnungen 280 am zweiten Ende 320 und zum Sperren des einströmenden Abgasstroms 150 Endstopfen 290 am ersten Ende 310 auf. Der Abgasstrom 150 wird an der keramischen Monolithstruktur 220 gefiltert, wenn er durch die porösen Wände 240 zwischen den Einlass- und Auslasskanälen 230, 250 tritt. Abgasnebenprodukte, wie Metallpartikel und kohlenstoffhaltige Stoffe, werden an den porösen Wänden 240, den Endstopfen 290 und den porösen Endstopfen 270 zurückgehalten. Der gefil terte Abgasstrom 150 wird dann an den Auslassöffnungen 280 abgelassen.
Wie vorstehend erläutert können die porösen Endstopfen 270 durch Standard-Endstopfen 270' ersetzt werden, und sofern nichts anderes angegeben wird, gilt die folgende Erläuterung für beide.
Ein Dieselpartikelfilter (DPF), beispielsweise der Partikelfilter 200 und insbesondere das Filterelement 220, bedarf von Zeit zu Zeit einer Regeneration. Normalerweise wird die Regeneration durch Anheben der Einlasstemperatur der Abgase am ersten Ende 310 auf eine Temperatur von über 650°C eingeleitet. Bei dieser Temperatur reagiert an den Filterwänden 240 abgelagerter Ruß mit dem Sauerstoff in den Abgasen und wird in CO und CO₂ umgewandelt. Diese Reaktion ist stark exotherm. Die Reaktion und die damit einhergehende Wärme breiten sich hin zur stromabwärts befindlichen Seite des Filters zum zweiten Ende 320 aus, was nahe dem zweiten Ende 320 des Filters eine hohe Temperatur bewirkt. Wenn der an dem ersten Ende 310 des Filters abgelagerte Ruß oxidiert wird, strömt ein Teil der Abgase durch die Filterwand 240 und strömt aus dem Filter durch die Austrittskanäle (Auslasskanäle) 250. Folglich tritt weniger Strom durch den noch zu regenerierenden Teil der Einlasskanäle 230.
Zum Verbessern der Regeneration des Partikelfilters 200 sieht eine Ausführungsform der Erfindung eine stufenweise Regeneration vor, d.h. die Länge des Partikelfilters 200 ist vom ersten Ende 310 zum zweiten Ende 320 in Zonen angeordnet, beispielsweise die erste Zone 410 und die zweite Zone 420, wie am Besten unter Bezug auf 4 ersichtlich ist, wobei die Regeneration in der ersten Zone 410 und dann in der zweiten Zone 420 erfolgt. Während eine Ausführungsform der Erfindung hierin mit nur zwei Zonen gezeigt und beschrieben wird, versteht sich, dass eine beliebige An zahl an Zonen gemäß Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann und dass der Schutzumfang der Erfindung nicht nur auf die hierin gezeigte und beschriebene Zweizonen-Anordnung beschränkt ist.
Jede Zone 410, 420 weist ein vorderes Ende 411, 421 bzw. ein hinteres Ende 412, 422 auf. Als Reaktion auf eine Forderung nach Regeneration wird die stromabwärts befindliche erste Zone 410 veranlasst, beginnend an ihrem vorderen Ende 411 und fortschreitend mit dem Strömen zu ihrem hinteren Ende 412 als erste zu regenerieren, und dann wird die stromaufwärts befindliche zweite Zone 420 veranlasst, beginnend an ihrem vorderen Ende 421 und dann fortschreitend mit dem Strömen zu ihrem hinteren Ende 422 als zweite zu regenerieren. Wenn die Regeneration von der stromabwärts befindlichen ersten Zone 410 (von vorn nach hinten) dann zu der stromaufwärts befindlichen zweiten Zone 420 (von vorn nach hinten) fortschreitet, bezeichnet man die Regeneration des Partikelfilters 200 als stufenweise.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass unabhängig von der Anzahl der Regenerationszonen in dem Partikelfilter 200 das Erfolgen der gestuften Regeneration beginnend an der stromabwärts befindlichen Zone mit Fortschreiten hin zu der stromaufwärts befindlichen Zone veranlasst wird, wobei jede Zone in der Richtung des Strömens von vorne nach hinten regeneriert.
Die Regeneration jeder Zone kann durch Heizelemente 425, 430 oder Aktivierung eines Katalysators 405 veranlasst werden, was nachstehend näher beschrieben wird.
Während 4 mit Heizelementen 425, 430 entlang der gesamten Länge der ersten bzw. zweiten Zone 410, 420 dargestellt wird, versteht sich, dass nur die erste Zone 410 ein Heizelement 425 aufweisen kann und dass das Heizelement 425 nur benachbart zu dem vorderen Ende 411 der ersten Zone 410 angeordnet sein kann, da die erzeugte Wärme naturgemäß in die Richtung des Abgasstroms hin zum hinteren Ende 412 der ersten Zone 410 strömen wird. In einer anderen Ausführungsform kann eine ähnliche Anordnung auch für die zweite Zone 420 verwendet werden.
Nun wird Bezug auf 5a und 5b genommen, die eine herkömmliche DPF-Regeneration zeigen. 5a veranschaulicht eine gleichmäßige Ansammlung von Ruß 400 an den Filterwänden 240 bei einer Einlass-Abgastemperatur von unter etwa 500°C. 5b veranschaulicht das Einleiten der Regeneration an dem ersten Ende 310 des DPF 220, wobei die Einlass-Abgastemperatur auf über etwa 650°C angehoben wurde. Hier kann die Abgastemperatur durch Einleiten von etwas Kraftstoff in die Abgasanlage angehoben werden, oder ein Oxidationskatalysator stromaufwärts des DPF kann zum Oxidieren des Kraftstoffs und zum Anheben der Abgastemperatur verwendet werden, oder die Abgastemperatur kann durch ein stromaufwärts des DPF befindliches elektrisches Heizelement angehoben werden. In 5b erfährt der DPF 220 eine hohe Temperatur und eine hohe Oxidanskonzentration am ersten Ende 310 sowie eine jeweils niedrigere Temperatur und niedrigere Oxidanskonzentration am zweiten Ende 320. Folglich und immer noch unter Bezug auf 5b würde der Ruß 400 am ersten Ende 310 ohne Unterstützung einer Ausführungsform der Erfindung vor dem Ruß 400 am zweiten Ende 320 abbrennen. Dies bewirkt wiederum, dass der Abgasstrom durch die Wände 240 von den Einlasskanälen 230 zu den Auslasskanälen 250 hin zum ersten Ende 310 von DPF 220 konzentriert wird, was durch die Wände 240 hin zu dem zweiten Ende 320 eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit bewirkt. Demzufolge senkt die niedrigere Strömungsgeschwindigkeit die Fähigkeit der Abgase, die durch Oxidation des Rußes 400 erzeugte Wärme abzuführen. Diese Situation kann zu einem thermischen Durchgehen der Rußablagerungen nahe dem geschlossenen Ende (zweiten Ende 320) der Einlasskanäle 230 führen, was zu dem Filterqualitätsverlust (Schmelzen oder Rissbildung des Filters) führen kann.
Um eine Zustand thermischen Durchgehens zu vermeiden und die Unversehrtheit des Dieselpartikelfilters 200 zu schützen, umfasst eine Ausführungsform der Erfindung ein katalysiertes Filterelement 220 mit einem an den letzten 25–50% des Filterelements 220 (erste Zone 410) angeordneten Oxidationskatalysator 405. Während hierin Ausführungsformen mit einem über einem festgelegten Prozentsatz der Filterelementlänge angeordneten Oxidationskatalysator offenbart werden, versteht sich, dass dies nur für Veranschaulichungszwecke dient und dass andere Ausführungsformen einen anderen Prozentsatz der Katalysatorbedeckung aufweisen können. 6a zeigt einen zonenbeschichteten katalysierten Filter 220 mit einem an der ersten Zone 410 auf etwa den letzten 25% der Innenwände 240 hin zu dem zweiten Ende 320 angeordneten Oxidationskatalysator 405. Da der Katalysator 405 die Zündungstemperatur der Rußablagerungen 400 senken kann, kann die Ruß-Sauerstoff-Reaktion zuerst nahe dem hinteren Ende (zweiten Ende 320) des Filters 220 eingeleitet werden, was dazu dient, den nahe dem geschlossenen Ende (zweiten Ende 320) des Einlasskanals 230 abgelagerten Ruß 400 zuerst zu entfernen. Im Einzelnen und wie bereits erläutert wurde, erfolgt die Regeneration des Filterelements 220 an der ersten Zone 410 in einer Richtung mit dem Strömen vom vorderen Ende 411 zum hinteren Ende 412 der ersten Zone 410 (siehe auch 4, die die Bezugszeichen 411 und 412 zeigt). Folglich strömen mehr Abgase entlang der Einlasskanäle 230, bevor sie die Innenwände 240 zu den Auslasskanälen 250 durchqueren. Die sich ergebende höhere Strömungsgeschwindigkeit die Einlasskanäle 230 hinunter lässt eine bessere Wärmeübertragung durch Konvektion zu und dient somit zum Senken der Spitzentemperatur und der damit einhergehenden Wärmebelastung an dem Filterelement 220 während der Filterregeneration. Zu dem Zeitpunkt, da das erste Ende 310 gezündet wird, d.h. die zweite Zone 420 über die Temperatur von etwa 650°C angehoben wird, verbleibt ferner wenig oder kein Ruß 400 an der ersten Zone 410 nahe dem geschlossenen Ende (zweiten Ende) 320 des Filterelements 220. Wenn sich die mit der Regeneration einhergehende Wärmeenergie zu dem geschlossenen Ende (zweiten Ende) 320 ausbreitet, ist wenig oder keine zusätzliche Energie am geschlossenen Ende, wo normalerweise die Temperatur bei einem herkömmlichen Regenerationsverfahren am höchsten ist, freizusetzen.
6b zeigt den DPF 200 von 6a, aber mit einer Einlass-Abgastemperatur von etwa 550°C oder höher. Da der Katalysator 405 an der ersten Zone 410 nahe dem zweiten Ende 320 effektiv die Zündungstemperatur des Rußes 400 um etwa 100°C von etwa 650°C auf etwa 550°C senkt, erfolgt die Zündung des Rußes 400 zuerst an der ersten Zone 410. Die zweite Zone 420 wird regeneriert, wenn die Einlass-Abgastemperatur etwa 650°C erreicht oder übersteigt.
Wie bereits erläutert können Ausführungsformen der Erfindung Standard-Endstopfen 270 oder poröse Endstopfen 270' verwenden. 7 zeigt den DPF 200 mit porösen Endstopfen 270' und mit einem über den letzten 25–50% der Innenwände 240 hin zum zweiten Ende 320 angeordneten Katalysator 405. Die porösen Endstopfen 270' lassen mehr Strom durch die Einlasskanäle 230 zu dem geschlossenen Ende treten, wodurch die Spitzentemperatur nahe dem geschlossenen Ende (zweiten Ende) 320 weiter gesenkt wird.
Wie bereits erläutert kann die Regeration an der ersten und zweiten Zone 410, 420 durch Hilfsheizelemente 425, 430 statt durch einen Katalysator 405 eingeleitet werden, was durch ein Steuersystem 435 zum Vorsehen gesteuerten Erwärmens gesteuert werden kann (am Besten unter Bezug auf 4 ersichtlich). In einer anderen Ausführungsform kann eine Kombination aus Heizelementen und einem Katalysator verwendet werden. Die Heizelemente 425, 430 können elektrische Heizelemente, Mikrowellen-Heizelemente oder jede für die hierin offenbarten Zwecke geeignete Heizvorrichtung sein. Kollektiv werden die Heizelemente 425, 430, der Katalysator 405 oder andere Mittel zum Erwärmen, beispielsweise aktivierter Ruß, als Wärmequellen bezeichnet.
Bei Verwendung wie hierin offenbart wird, kann das Filterelement 220 aus Cordierit (Mg₂Al₄Si₅O₁₈, Magnesiumaluminiumsilikat) oder SiC (Siliziumcarbid) hergestellt werden, welches zwei Keramikmaterialien sind, die zur Herstellung von keramischen DPF verwendet werden können. Bezüglich Cordierit kann aber bei erzwungener Regeneration die Spitzentemperatur der herkömmlichen Regeneration für den Cordierit-DPF zu hoch sein, was Rissbildung oder Schmelzen desselben hervorrufen kann. Folglich pflegt diese Eigenschaft von der Verwendung von Cordierit für DPF trotz seiner niedrigen Kosten abzuhalten. Nur anhand der hierin offenbarten Lehre sieht der sich aus Ausführungsformen der Erfindung ergebende unerwartete Vorteil die Verwendung eines Cordierit-DPF vor.
Im Hinblick auf das Vorstehende können einige Ausführungsformen der Erfindung einige der folgenden Vorteile umfassen: verringerte Spitzentemperatur und daher verringerte Wärmebelastung des Partikelfilters 200 durch stufenweise Regeneration, die den Filter beginnend an einer stromabwärts befindlichen Zone und fortschreitend zu einer stromaufwärts befindlichen Zone regeneriert; das Verwenden einer stufenweisen Regeneration von einer stromabwärts befindlichen Zone zu einer stromaufwärts befindlichen Zone ermöglicht eine Regeneration in einer Richtung des Ab gasstroms, die die natürliche Richtung des Wärmestroms ist; weniger Wärmespeicherung am hinteren (Abgas-)Ende des Filters; verminderte Spitzenregenerationstemperatur, wodurch eine weniger häufige Regeneration des Partikelfilters 200 ermöglicht wird; das Potential zum Vorsehen eines haltbareren Dieselpartikelfilters (DPF); und die Option zur Verwendung eines Cordierit-DPF, der viel billiger und schwächer als ein SiC-DPF ist, aber für den hierin offenbarten gedachten Zweck unter Verwendung stufenweiser Regeneration geeignet ist.
Während die Erfindung unter Bezug auf beispielhafte Ausführungen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente derselben durch Entsprechungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzumfang abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt werden, die als die beste zum Ausführen dieser Erfindung erwogene Methode offenbart wurde, vielmehr soll die Erfindung alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen. Zudem kennzeichnet die Verwendung der Begriffe erste, zweite etc. keine Reihenfolge oder Bedeutung, die Begriffe erste, zweite etc. werden vielmehr zum Unterscheiden eines Elements von einem anderen verwendet. Ferner gibt die Verwendung der Begriffe ein, eine, einer etc. nicht eine Mengenbeschränkung an, sondern gibt vielmehr das Vorhandensein mindestens eines der erwähnten Elemente an.
Zusammenfassung
Es wird ein Partikelfilter für eine Abgasanlage, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms ausgelegt ist, offenbart. Der Filter umfasst ein Wandstromfiltrationselement mit einer ersten Regenerationszone und einer zweiten Regenerationszone, wobei die erste Zone stromabwärts der zweiten Zone ist, und eine an der ersten Regenerationszone angeordnete Wärmequelle. Als Reaktion auf eine Forderung nach Regeneration regeneriert das Wandfiltrationselement gemäß einer stufenweisen Regeneration, so dass die erste Zone die Regeneration vor der zweiten Zone einleitet, und jede Zone regeneriert in der Richtung des Abgasstroms.

Claims

Partikelfilter für eine Abgasanlage, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms ausgelegt ist, umfassend: ein Wandstromfiltrationselement mit einer ersten Regenerationszone und einer zweiten Regenerationszone, wobei die erste Zone stromabwärts der zweiten Zone ist; und eine an der ersten Regenerationszone angeordnete Wärmequelle; wobei als Reaktion auf eine Forderung nach Regeneration das Wandfiltrationselement gemäß einer stufenweisen Regeneration so regeneriert, dass die erste Zone die Regeneration vor der zweiten Zone einleitet und jede Zone in der Richtung des Abgasstroms regeneriert.
Partikelfilter nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle einen Katalysator umfasst.
Partikelfilter nach Anspruch 1, wobei die Wärmequelle ein Heizelement umfasst.
Partikelfilter nach Anspruch 3, wobei das Heizelement ein elektrisches Heizelement ist.
Partikelfilter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine an der zweiten Regenerationszone angeordnete zweite Wärmequelle.
Partikelfilter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine zum Einleiten der Erwärmung an der Wärmequelle ausgelegte Steuerung.
Partikelfilter nach Anspruch 1, wobei das Wandstromfiltrationselement umfasst: ein erstes Ende, ein zweites Ende und Innenwände mit Poren, die eine zum Zurückhalten von kohlenstoffhaltigen Abgaspartikeln ausreichende Porosität festlegen; und einen Einlasskanal mit einer Einlassöffnung an dem ersten Ende und einem ersten Endstopfen an dem zweiten Ende sowie einen Auslasskanal mit einem zweiten Endstopfen an dem ersten Ende und einer Auslassöffnung an dem zweiten Ende, wobei der Einlasskanal mittels der Innenwände in Fluidverbindung mit dem Auslasskanal steht; wobei die Innenwände eine sich von dem zweiten Ende hin zu dem ersten Ende über eine Strecke von etwa 25% bis etwa 50% der gesamten Strecke erstreckende erste Zone und eine sich über die verbleibende Strecke von etwa 50% bis etwa 75% der gesamten Strecke erstreckende zweite Zone festlegen; und wobei an den Innenwänden der ersten Zone ein Oxidationskatalysator angeordnet ist.
Partikelfilter nach Anspruch 7, wobei der Oxidationskatalysator an den Innenwänden der ersten Zone, aber nicht der zweiten Zone angeordnet ist.
Partikelfilter nach Anspruch 7, wobei der Oxidationskatalysator Cordierit umfasst.
Partikelfilter nach Anspruch 7, wobei die Porosität des ersten Endstopfens größer als die Porosität des zweiten Endstopfens ist.
Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters für eine Abgasanlage, der zum Aufnehmen eines Abgasstroms ausgelegt ist, wobei der Partikelfilter ein Wandstromfiltrationselement mit einer ersten Regenerationszone und einer zweiten Regenerationszone, wobei die erste Zone stromabwärts der zweiten Zone ist, und eine an der ersten Regenerationszone angeordnete Wärmequelle umfasst, wobei das Verfahren umfasst: als Reaktion auf eine Forderung nach Regeneration das Regenerieren des Wandfiltrationselements gemäß einer stufenweisen Regeneration, so dass die erste Zone die Regeneration vor der zweiten Zone einleitet und jede Zone in der Richtung des Abgasstroms regeneriert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Regeneration der ersten Zone das Zünden von abgelagertem Ruß mittels eines an der ersten Zone angeordneten Oxidationskatalysators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Regeneration der zweiten Zone das Zünden von abgelagertem Ruß bei Fehlen eines an der zweiten Zone angeordneten Oxidationskatalysators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Regeneration der ersten Zone das Zünden von abgelagertem Ruß mittels eines nahe der ersten Zone angeordneten Heizelements umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Regeneration der zweiten Zone das Zünden von abgelagertem Ruß mittels eines nahe der zweiten Zone angeordneten Heizelements umfasst.