DE3230608A1 - Method for cleaning a soot filter in the exhaust gas system of an internal combustion engine - Google Patents

Method for cleaning a soot filter in the exhaust gas system of an internal combustion engine

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Abstract

In order to avoid rapid clogging of the soot filter in the exhaust gas system of an internal combustion engine due to additives or their combustion products added to the fuel or to the combustion air of the engine, the feeding-in of additives does not take place continuously but rather only at concrete time intervals in which the cleaning of the soot filter takes place by burning off the filter cake.

Description

Verfahren zur Reinigung eines Rußfilters im Procedure for cleaning a soot filter in the

Abgassystem einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens. Exhaust system of an internal combustion engine The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and arrangements for implementing this Procedure.

Beispielsweise zum Ausfiltern der im Abgas von Diesel-Brennkraftmaschinen enthaltenen Rußpartikel ist die Verwendung keramischer Filter bekannt. Wie beispielsweise im SAE-Paper 810 118 auseinandergesetzt, erfordert die Reinigung dieser Filter, die schon zwecks Vermeidung eines unzulässig hohen Abgasgegendrucks erforderlich ist, zusätzliche Einrichtungen und Maßnahmen. So beschreibt diese Druckschrift die Zugabe anorganischer Additive in den Kraftstoff der Brennkraftmaschine zum Zwecke einer Verringerung der Zündtemperatur des Filterkuchens oder genauer: des Gemischs aus vom Filter zurückgehaltenem Ruß und aus den Additiven durch Verbrennung gewonnenen reaktionsfördernden Metalloxyden auf Temperaturwerte, die das Abgas der Brennkraftmaschine aufweist. Damit wird gleichsam ein kontinuierliches Abbrennen des Filterkuchens infolge kontinuierlicher Beimengung des Additivs zum Kraftstoff sichergestellt.For example, to filter out the exhaust gas from diesel internal combustion engines The use of ceramic filters is known to contain soot particles. Like for example explained in SAE-Paper 810 118, requires the cleaning of these filters, which is necessary to avoid an inadmissibly high exhaust gas back pressure is, additional facilities and measures. This is how this publication describes the Adding inorganic additives to the fuel of the internal combustion engine for the purpose a reduction in the ignition temperature of the filter cake, or more precisely: the mixture Obtained from soot retained by the filter and from the additives through combustion reaction-promoting metal oxides to temperature values that the exhaust gas of the internal combustion engine having. This results in a continuous burning of the filter cake, as it were ensured due to continuous admixture of the additive to the fuel.

Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß eine Verstopfung des Rußfilters durch die von der Brennkraftmaschine im Abgas emittierten Rußpartikel zwar vermieden ist, dafür aber die Gefahr einer Verstopfung des Filters durch gipsartige Substanzen auftritt, die ihre Ursache letztlich in der Additivbeimengung zum Kraftstoff haben. Die Zugabe dieser Kraftstoffadditive führt nämlich über die Verbrennung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine zur Bildung reaktionsfördernder Metalloxyde, und durch das Abbrennen des Filterkuchens entstehen ferner Ballaststoffe und Asche, so daß bei diesem Verfahren zur Erzielung längerer Standzeiten des Rußfilters die Filterfläche vergrößert werden muß.However, this known method has the serious disadvantage that a clogging of the soot filter by the internal combustion engine in the exhaust gas emitted soot particles is avoided, but there is a risk of clogging of Filter by gypsum-like substances occurs, which is ultimately their cause in the Have additives added to the fuel. The addition of these fuel additives results namely via the combustion in the combustion chambers of the internal combustion engine for formation reaction-promoting metal oxides, and result from the burning off of the filter cake also dietary fiber and ash, so that in this process to achieve longer Service life of the soot filter, the filter surface must be increased.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der bezeichneten Art sowie Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, das längere Filterstandzeiten ohne Vergrößerung der Filterfläche gewährleistet.The invention is accordingly based on the object of providing a method of to create the specified type as well as arrangements for the implementation of the procedure, which guarantees a longer filter service life without increasing the filter surface.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens bzw.The inventive solution to this problem consists in the characterizing Features of claim 1; advantageous developments of the process or

von Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.of orders for the implementation of the procedure are the subject of Subclaims.

Bei der Erfindung erfolgt also gleichsam ein "Katalytstoß" im Abgas der Brennkraftmaschine nur dann, wenn ein Reinigungsvorgang des Rußfilters erfolgen soll. Das katalytisch wirkende Metalloxyd legt sich dann wie ein Netz über den Filterkuchen, auf das der im Abgas enthaltene, zum Abbrennen des Filterkuchens erforderliche Sauerstoff unmittelbar vor seiner Berührung mit dem Filterkuchen auftrifft. Dadurch wird die Zündtemperatur des Filterkuchens auf einen Wert zwischen etwa 180 und 250° C herabgesetzt, d.h. auf einen Temperaturwert, wie er im Abgas häufig vorkommt.In the case of the invention, a "catalytic surge" takes place in the exhaust gas, as it were the internal combustion engine only when the soot filter is cleaned target. The catalytically active metal oxide then covers the filter cake like a net, to the oxygen contained in the exhaust gas and required to burn off the filter cake impinges immediately before it comes into contact with the filter cake. This will make the The ignition temperature of the filter cake is reduced to a value between about 180 and 250 ° C, i.e. to a temperature value that often occurs in exhaust gas.

Aus diesem Grunde besitzt das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Vorteil, daß es vom Prinzip her keine auf eine zeitweilige Erhöhung der Abgastem peratur gerichteten Maßnahmen an der Brennkraftmaschine, wie eine Verlegung des Zündzeitpunkts in Richtung Später oder eine Verringerung der Ansaugluftmenge, erfordert; diese Maßnahmen wirken sich ungünstig auf die Emission schädlicher Abgasbestandteile aus.For this reason, the method according to the invention has the other Advantage that in principle there is no need for a temporary increase in the exhaust gas emissions temperature-directed measures on the internal combustion engine, such as a relocation of the Ignition point in the direction of later or a reduction in the amount of intake air, requires; these measures have an unfavorable effect on the emission of harmful exhaust gas components the end.

Die zeitliche Zugabe des Additivs -oder eines Gemischs mehrerer Additivekann sowohl in den der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoff als auch in die Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine erfolgen. Drei Ausführungsbeispiele für entsprechende Anordnungen werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erfolgt hier die Zugabe des Additivs aus dem Additivbehälter 1 in das Kraftstoffeinspritzsystem 2 der im übrigen nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Dieses Einspritzsystem enthält die Vorlaufleitung 3 von dem nicht dargestellten Kraftstofftank und die Rücklaufleitung 4 zum Kraftstofftank; in der Vorlaufleitung 3 ist die Niederdruckpumpe 5 angeordnet, und der Kraftstoff wird in die Brennräume oder das Saugrohr der Brennkraftmaschine mittels der Hochdruckpumpe 6 eingespritzt. In der Rücklaufleitung erkennt man den Wärmetauscher 7, der, wenn über das Ventil 8 bei geschlossenem Ventil 9 infolge Durchschaltens der Querleitung 10 der Kreis 11 geschlossen ist, der Kühlung des in den Kreis strömenden Kraftstoffs dient Der Kreis 11, der also die Niederdruckpumpe 5 einschließt, stellt eine Dosierungsvorlage für das Additiv dar. Im Normalbetrieb, d.h. außerhalb der Reinigungsintervalle des nicht dargestellten Rußfilters im Abgassystem der Brennkraftmaschine, sind die Ventile 8 und 9 in den Richtungen 8'-8" und 9'-9" durchgeschaltet, so daß der Additivbehälter 1 abgeschaltet und die Querleitung 10 unterbrochen sind.The timed addition of the additive - or a mixture of several additives can both in the fuel to be supplied to the internal combustion engine and in the combustion air the internal combustion engine take place. Three exemplary embodiments for corresponding arrangements are explained below with reference to the drawing. 1, the additive is added from the additive container 1 to the fuel injection system here 2 of the internal combustion engine, otherwise not shown. This injection system contains the flow line 3 from the fuel tank, not shown, and the Return line 4 to the fuel tank; The low-pressure pump is in the flow line 3 5 arranged, and the fuel is in the combustion chambers or the intake manifold of the internal combustion engine injected by means of the high pressure pump 6. You can see it in the return line Heat exchanger 7, which, if via the valve 8 when the valve 9 is closed, as a result By switching the cross line 10, the circuit 11 is closed, the cooling of the The circuit 11, which is the low-pressure pump, is used for fuel flowing into the circuit 5, represents a dosage template for the additive. In normal operation, i.e. outside the cleaning intervals of the soot filter (not shown) in the exhaust system of the internal combustion engine, the valves 8 and 9 are in the directions 8'-8 "and 9'-9" switched through, so that the additive container 1 is switched off and the cross line 10 are interrupted.

Soll nun das Rußfilter gereinigt werden, was beispielsweise durch ein eine Erhöhung des Abgasgegendrucks im Abgassystem anzeigendes Signal initiiert wird, so schalten die Ventile 8 und 9 die Verbindungen 8"-8"' und 9"-9"' durch und unterbrechen die Verbindungen zum Kraftstofftank. In dem beschriebenen, die Dosierungsvorlage darstellenden Kreis 11 wird nunmehr der Kraftstoff nebst Additiv durch die Niederdruckpumpe 5 bewegt und mittels der Hochdruckpumpe 6 in die Brennräume gefördert. Dabei wird der Kraftstoff mittels des Wärmetauschers 7 gekühlt. Da die Verbindung 9'-9" unterbrochen ist, fließt nur noch Additiv aus dem Additivbehälter 1 nach, der verständlicherweise auch ein Additiv-Kraftstoff-Gemisch enthalten kann. Nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls oder nach Eintreffen eines Signals, das einen vorgegebenen Reinigungsgrad des Rußfilters anzeigt, wird zunächst die Verbindung 9'-9" zum Kraftstofftank unter Unterbrechung der Verbindung zum Additivbehälter 1 wieder hergestellt und danach, dh. wenn kein Additiv mehr in dem Kreis 11 ist, auch die Rückleitung 4 zum Tank unter Unterbrechung der Querleitung 10 wieder durchgeschaltet Dadurch ist also ein Transport von Additiv in den Kraftstofftank verhindert In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erfolgt die Additivzugabe aus dem Additivbehälter 20 zur Verbrennungsluft der Brennkraftmaschine im Saugrohr 21. Die Dosierungsvorlage 22 ist hier durch einen echten Behälter gebildet, der über die Leitung 23 nebst Ventil 24 mit dem Additivbehälter 20 und über die Leitung 25 nebst Ventil 26 mit dem Saugrohr 21 verbindbar ist. Die Entlüftungsleitung 27 der Dosierungsvorlage 22 mündet in den Additivbehälter 20 ein.If the soot filter is now to be cleaned, what for example by initiates a signal indicating an increase in the exhaust back pressure in the exhaust system the valves 8 and 9 switch the connections 8 "-8" 'and 9 "-9"' through and interrupt the connections to the fuel tank. In the one described, the dosage template Representative circle 11 is now the fuel and additive by the low-pressure pump 5 moves and promoted by means of the high pressure pump 6 in the combustion chambers. It will the fuel is cooled by means of the heat exchanger 7. Since the connection 9'-9 "is broken only flows additive from the additive container 1 according to the understandably can also contain an additive-fuel mixture. After expiration a predetermined time interval or after the arrival of a signal that one indicates the specified degree of cleaning of the soot filter, the connection is first made 9'-9 "to the fuel tank with interruption of the connection to the additive tank 1 restored and thereafter, ie. when there is no more additive in circle 11, the return line 4 to the tank is also switched through again with the interruption of the cross line 10 This prevents the additive from being transported into the fuel tank Embodiment according to FIG. 2, the additive is added from the additive container 20 to the combustion air of the internal combustion engine in the intake manifold 21. The dosage template 22 is formed here by a real container, which is also via line 23 Valve 24 with the additive container 20 and via line 25 together with valve 26 the suction pipe 21 can be connected. The vent line 27 of the dosage template 22 opens into the additive container 20.

Im Normalbetrieb, d.h. außerhalb der Reinigungsintervalle des wiederum nicht dargestellten Rußfilters im Abgassystem der Brennkraftmaschine, ist das Ventil 26 geschlossen, dagegen das Ventil 24 geöffnet, so daß Additiv in die Dosierungsvorlage 22 strömen kann. Soll dagegen der Filterkuchen gezündet werden, ist Ventil 24 geschlossen und Ventil 26 geöffnet, so daß die in der Dosierungsvorlage 22 enthaltene Additivmenge im Bereich der Lavaldüse 28 in die angesaugte Verbrennungslufjt einströmt. Ist die Dosierungsvorlage 22 leer oder ist der Reinigungsvorgang beendet, wird Ventil 26 wieder geschlossen und Ventil 24 wieder geöffnet, so daß die Anordnung für einen neuen Abbrennvorgang bereit ist.In normal operation, i.e. outside the cleaning intervals of the turn Not shown soot filter in the exhaust system of the internal combustion engine, is the valve 26 closed, on the other hand the valve 24 opened, so that additive in the dosage template 22 can flow. On the other hand, if the filter cake is to be ignited, valve 24 is closed and valve 26 opened, so that the amount of additive contained in the dosage template 22 flows into the sucked-in combustion air in the area of the Laval nozzle 28. Is the Dosing template 22 is empty or the cleaning process is finished, valve 26 becomes closed again and valve 24 opened again, so that the arrangement for a new burning process is ready.

Fig. 3 schließlich zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit Zumessung des Additivs zur Verbrennungsluft im Saugrohr 30. Wiederum erkennt man den Additivbehälter 31, der über das Ventil 32 mit der Dosierungsvorlage 33 verbindbar ist, die ihrerseits über das Ventil 34 während der definierten Zeitintervalle mit dem Saugrohr 30 in Verbindung steht.Finally, FIG. 3 shows another exemplary embodiment with metering of the additive to the combustion air in the intake manifold 30. Again, the additive container can be seen 31, which can be connected to the dosage template 33 via the valve 32, which in turn via the valve 34 during the defined time intervals with the suction pipe 30 in Connection.

In diesem Ausführungsbeispiel bildet die Dosierungsvorlage 33 eine Kammer veränderlichen Volumens, da sie durch die hier als Membran 35 ausgeführte nachgiebige Wand begrenzt ist Statt einer Membran könnte auch ein Kolben Einsatz finden. In der Figur oberhalb der Membran 35, die durch die Druckfeder 36 im Sinne einer Vergrößerung der Dosierungsvorlage 33 vorgespannt ist, befindet sich die Druckkammer 37, die während der Zuführungszeiten des Additivs zum Saugrohr 30 beispielsweise von einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung her mit Überdruck gespeist wird. Die Arbeitsweise ist folgende: Im Normalbetrieb, d.h. außerhalb der Reinigungsintervalle des Rußfilters, ist Ventil 34 geschlossen und Ventil 32 geöffnet, ferner ist die Druckkammer 37 von der Überdruckquelle getrennt. Das bedeutet, daß die Dosierungsvorlage 33 unter der Wirkung der Feder 36 über das geöffnete Ventil 32 Additiv aus dem Additivbehälter 31 absaugt Während der Reinigungszeitintervalle sperrt dagegen das Ventil 32, das Ventil 34 ist geöffnet, so daß unter der Wirkung des Überdrucks in der Druckkammer 37 eine vorgegebene Additivmenge aus der Dosierungsvorlage 33 gedrückt wird.In this exemplary embodiment, the dosage template 33 forms one Chamber of variable volume, because it is designed here as a membrane 35 flexible wall is limited Instead of a diaphragm, a piston could also be used Find. In the figure above the membrane 35, which is by the compression spring 36 in the sense an enlargement of the dosage template 33 is biased, the pressure chamber is located 37, which during the supply times of the additive to the suction pipe 30, for example is fed from a fuel injection device with positive pressure. The way of working is as follows: In normal operation, i.e. outside the cleaning intervals of the soot filter, valve 34 is closed and valve 32 is open, and the pressure chamber 37 is also open separated from the overpressure source. This means that the dosage template 33 under the action of the spring 36 via the open valve 32 additive from the additive container 31 suction During the cleaning time intervals, on the other hand, the valve 32 blocks the Valve 34 is open so that under the action of the overpressure in the pressure chamber 37 a predetermined amount of additive is pressed out of the dosage template 33.

Allen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß gegenüber dem Stand der Technik der Additivverbrauch und demgemäß auch der Anfall an das Rußfilter verstopfenden, auf die Additivzugabe zurückzuführenden Feststoffen auf ein Minimum zurückgeführt ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine einmalige Füllung des beispielsweise mehrere Liter aufnehmenden Additivbehälters zumindest für einen beträchtlichen Teil der Lebensdauer der Brennkraftmaschine ausreicht.All the exemplary embodiments described have in common that opposite According to the state of the art, the additive consumption and, accordingly, the amount of soot filter produced clogging solids due to the addition of additives to a minimum is returned. Another advantage of the invention is that a one-time Filling of the additive container, for example, which holds several liters, at least is sufficient for a considerable part of the life of the internal combustion engine.

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Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE 1. erfahren zur Reinigung eines Rußfilters im Abgassystem einer mit Kraft-Stoff und Luft betriebenen, Brennräume aufweisenden Brennkraftmaschine durch Abbrennen des Filterkuchens, wobei der Brennkraftmaschine zumindest ein anorganisches Additiv zur Senkung der Zündtemperatur des Filterkuchens zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv nur während bestimmter Zeitintervalle zugeführt wird. PATENT CLAIMS 1. Learn about cleaning a soot filter in the exhaust system an internal combustion engine operated with fuel and air and having combustion chambers by burning off the filter cake, the internal combustion engine having at least one inorganic Additive to lower the ignition temperature of the filter cake is supplied thereby characterized in that the additive is supplied only during certain time intervals will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv nur einzelnen Brennräumen zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the additive is only fed to individual combustion chambers. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv nur während fest vorgegebener Zeitintervalle zugeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Additive is only supplied during fixed time intervals. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalle bei Erreichen eines vorgegebenen Reinigungsgrads des Rußfilters selbsttätig beendet werden.4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Automatic time intervals when a specified degree of soot filter cleaning is reached be terminated. 5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Additiv dem Kraftstoff und/oder der in die Brennkraftmaschine gelangenden Luft aus einem Additivbehälter (20) über eine Dosierungsvorlage (22) zugegeben wird, die über Ventile (24,26) während der Zeitintervalle vom Additivbehälter (20), dagegen sonst von der Kraftstoff- bzw. Luftzuführung (21) zu den Brennräumen getrennt ist.5. Arrangement for performing the method according to one of the claims 1 to 4, characterized in that the additive is the fuel and / or the in the internal combustion engine coming air from an additive container (20) via a Dosing template (22) is added via valves (24,26) during the time intervals from the additive tank (20), otherwise from the fuel or air supply (21) is separated from the combustion chambers. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung die Dosiervorlage durch einen eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe (5) und einen Wärmetauscher (7) zur Kühlung enthaltenden Kreis (11) gebildet ist.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that at one Internal combustion engine with fuel injection the metering template through a one Containing low pressure fuel pump (5) and a heat exchanger (7) for cooling Circle (11) is formed. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierungsvorlage (33) durch eine Kammer mit einer nachgiebigen Wand (35), die zur Entleerung mit einer Druckkraft beaufschlagbar ist, gebildet ist.7. Arrangement according to claim 5, characterized in that the dosage template (33) through a chamber with a resilient wall (35), which can be emptied with can be acted upon by a compressive force.
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