DE3403564A1

DE3403564A1 - Filtriereinrichtung zum entfernen oxidierbarer partikel aus dem abgas eines dieselmotors

Info

Publication number: DE3403564A1
Application number: DE19843403564
Authority: DE
Inventors: Vemulapalli Durga Bloomfield Township Mich. Nageswar; Wallace Robert Farmington Hills Mich. Wade
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1983-02-03
Filing date: 1984-02-02
Publication date: 1984-08-30
Also published as: GB2134407A; CA1230290A; GB8402711D0; GB2134407B

Description

Anm.: Ford-Werke AG Ottoplatz 2 5ooo Köln 21

Bezeichnung: Filtriereinrichtung zum Entfernen oxidierbarer Partikel aus dem Abgas eines Dieselmotors.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Filtriereinrichtung zum Entfernen oxidierbarer Partikel aus dem Abgas eines Dieselmotors/ mit einem im Abgasstrom angeordneten Filterelement und einer Zündvorrichtung zur die Regeneration des Filters bewirkenden zeitweiligen Verbrennung der darin angesammelten Partikel.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik dürfen im Abgas eines Dieselmotors bis zu o,375 g/km an Feststoffpartikeln enthalten sein. Mit den strengeren Abgasreinigungsvorschriften/ wie sie beispielsweise in den Vereinigten Staaten von Amerika im Jahre 1985 in Kraft treten, werden nur noch o,T25 g/km zugelassen. Ein derart geringer Gehalt an Feststoffpartikeln im Abgas läßt sich nicht ohne ein Zurückhalten der Partikel auf irgendeine Weise erreichen.

Die meisten bis heute verwendeten Rückhaltematerialien von Bedeutung bestehen aus massiven oder fasrigen keramischen Filterstoffen (s. beispielsweise US-PS 4,276.o71) oder Drahtmaschengeweben (s. US-PS 3 499 269) , wobei ein jedes Material auf eigene charakteristische Weise die Partikel zurückhält. Einige dieser Filtermaterialien sind mit Katalysatoren überzogen worden in der Hoffnung, dies würde die Veraschung des angesammelten Kohlenstoffs erleichern. Unglücklicherweise hat sich jedoch gezeigt, daß die Anordnung des Überzugs als Schicht durch den Filter die Veraschungstemperatur nicht wirksam absenkt und, was noch wichtiger ist, unerwünschte Sulfate erzeugt.

Die während der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs ausgestoßenen und zurückgehaltenen Partikel können nicht einfach gesammelt werden, da sie in der typischen Größenordnung von 353 1 für je 1oo ooo km Motorleistung anfallen. Wenn sich die Partikelansammlung aufbaut, wird die Drosselwirkung des Abgassystems erhöht. Es sind deshalb Maßnahmen erforderlich,

um das abgefangene Material zeitweise zu entfernen, was gemeinhin als Regeneration des Filters bezeichnet wird. Eine der meistversprechenden Methoden, die bis heute gefunden wurden, ist die Neuaktivierung des Filters durch thermische Oxidation der kohlenstoffhaltigen Partikel, die bei etwa 65o° C veraschen!

Normale Abgastemperaturen von Dieselmaschinen erreichen während des normalen Fahrbetriebs kaum 65o° C. Deshalb sind Maßnahmen zur hilfsweisen Temperaturerhöhung erforderlich, um eine thermische Oxidation durchzuführen. Die bis heute verwendeten bekannten Mittel zur thermischen Oxidation fallen in drei Gruppen:

Verwendung eines mit Brennstoff gespeisten Brenners (US-PS 4 167 852 und JP-PS 55-19934),

- Verwendung eines elektrischen Erhitzers (üS-PSen 4 27o 936, 4 276 o66, 4 319 896) und

die Anwendung von Verstimmungstechniken, die mit einer der vorstehend aufgeführten Gruppen kombiniert werden können, um die Abgastemperatur zu bestimmten Zeiten anzuheben (US-PSen 4 211 o75 und 3 499 269).

Diese Techniken wurden bisher verwendet, um die angesammelten Partikel in Anwesenheit von überschüssigem Sauerstoff zu verbrennen.

Was nun brennstoffgespeiste Brenner anbetrifft, so sind diese von Nachteil, weil sie

(a) mehr Brennstoff verbrauchen, als der normale Fahrbetrieb benötigt, wenn sie als einziges Mittel zum Anheben der Temperatur der gesamten Masse des Filtersystems arbeiten, und

(b) nur zur Regeneration unter bestimmten begrenzten Fahrbedingungen des Motors zur Regeneration verwendet werden können, wenn sie in einer Linie mit dem Abgasstrom verwendet werden.

Zusätzlich neigt eine solche Anordnung zum Fehlverhalten und kann Sicherheitsprobleme mit sich bringen, falls kein entsprechendes Uberwachungssystem vorgesehen ist.

Was die Verwendung einer elektrischen Heizung als einziges Mittel zum Anheben der Temperatur der gesamten Masse des Filtersystems auf Veraschungstemperatur anbetrifft, so ist diese

(a) unwirtschaftlich und

(b) erfordert die Zuführung einer unverhältnismäßig großen elektrischen Leistung, die nicht ohne weiteres in herkömmlichen Fahrzeugen zur Verfügung steht, und würde außerdem einen wesentlichen Umbau des Energiezufuhrsystems erfordern.

Was die Verstimmtechniken anbetrifft, so sind diese schwierig durchzuführen in Hinblick auf das zuverlässige Erreichen der richtigen Veraschungstemperaturen, können nachteilige Wirkungen auf die Motorabgase haben und können zu einem frühzeitigen Ausfall des Filtermaterials führen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Filtriereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche beträchtlich weniger Energie als die vom Stand der Technik bisher ins Auge gefaßten Regenerationstechniken benötigen, die Veraschung mit größerer Zuverlässigkeit bewirken, nicht andere Maßnahmen zum Beherrschen der Abgasemissionen beeinträchtigen, den Aufbau der für die Regeneration erforderlichen Steuerung vereinfachen und unabhängig vom Motorbetrieb bei optimaler Regeneration sind.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zündeinrichtung nur kurzzeitig zum Entzünden eines an der Strömungseingangsseite des Filterelements befindlichen Teils

der dort angesammelten Partikel aktivierbar ist und daß Mittel vorgesehen sind, durch welche ein Gasstrom mit überschüssigem Sauerstoffgehalt zum Aufrechterhalten der Verbrennung im Filterelement unmittelbar nach dem Entzünden ohne weitere Energiezufuhr vorgesehen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erste Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Filtriereinrichtung zum Entfernen von Partikeln aus dem Abgas eines Dieselmotors,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Strömungssteuervorrichtung verwendet ist, durch welche das Abgas im Normalbetrieb an der Zündvorrichtung der Filtriereinrichtung vorbeigeleitet wird,

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, von noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine Strömungssteuervorrichtung zum Vorbeileiten des Abgases an dem mit einem Katalysatormaterial überzogenen porösen Element und dem Filterelement während des Regenerationsvorganges verwendet wird, die jedoch im Normalbetrieb das Abgas durch den mit dem Katalysatormaterial überzogenen porösen Körper und das Filterelement hindurchleitet, und

Fig. 5 und 6 zwei schematische perspektivische Ansichten von alternativen Ausführungsformen zum Zuführen von kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff zu dem für die Regeneration benötigten erhitzten Gas.

Die Erfindung liegt in der Schaffung einer Filtriereinrichtung, bei welcher eine kleine, jedoch begrenzte Menge an Energie benötigt wird, um den der Strömung zugewandten Teil einer Ansammlung von Partikeln dem Abgasfilter eines Dieselmotors zu entzünden und dadurch die exotherme Reaktion des Verbrennungsvorgangs der übrigen Partikel zu unterstützen und den Oxidationsprozeß aufrechtzuerhalten. Unter Partikel sind hierbei jedwedes Material in den Abgasen einer Brennkraftmaschine mit Ausnahme von kondensiertem Wasser zu verstehen, das nach Verdünnung mit Umgebungsluft bei einer Temperatur von maximal 52 C an einem speziellen Filter gesammelt werden kann. Dies umfaßt agglomerierte Kohlenstoffpartikel, adsorbierte Kohlenwasserstoffe einschließlich der bekannten Karzinogene und Sulfate. Die Partikel sind extrem klein, haben einen mittleren Massedurchmesser von o,1 bis o,3 mm und sind extrem leicht ( 1 Kilogramm Partikel nimmt etwa 12,5 Ltr. ein).

Wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, bestehen die dortigen Filtereinrichtungen in der Hauptsache aus einem Filterteil 11, einer Zündvorrichtung 12, Mitteln 13 zum Leiten eines Stroms von überschüssigem Sauerstoff und einer Strömungssteuereinrichtung 14 (s. Fig. 3 und 4). Der Filterteil enthält insbesondere ein Filterelement 15, das aus massivem oder fasrigem Keramikmaterial wie Aluminiumsilikat oder einem feinen Drahtmaschengewebe bestehen kann. Die Herstellung solcher keramischer Filtermaterialien ist allgemein bekannt (US-PSen 4 34o 4o3, 4 329 162 und 4 324 572). In ähnlicher Weise ist die Herstellung von Drahtmaschengewebe zu Filterzwecken bekannt (s. US-PS 3 499 269) .

Eine bevorzugte Ausführung des Filterelements besteht aus einem porösen keramischen Bienenwabenkörper ähnlich dem, wie

er für monolithische Katalysatoren bei Benzinmotoren verwendet wird. Die parallel zueinander ausgerichteten offenen Kanäle des Bienenwabenkörpers sind abwechselnd am Kopf und am Boden mit hochtemperaturbeständigem keramischen Zement verschlossen, so da0 der gesamte Einlaßgasstrom durch die porösen Keramikwände hindurchtreten muß, bevor er das Filterelement verläßt. Ein solches Bienenwabenfilter schafft eine sehr große Filtrationsfläche pro Volumeneinheit. Beispielsweise hat ein Filter von 195o cm Volumen in dieser Ausführung mit 15,5 Zellen pro Quadratzentimeter und einer Wandstärke von

2 o,43 mm eine Filteroberfläche von angenähert 12 7oo cm und die Filterfläche pro Volumeneinheit würde für einen solchen

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Filter 6,5 cm /cm betragen.

Der mechanische Abfangmechanismus für das Filterelement 15 beruht im wesentlichen auf der Durchtrittsverhinderung, obgleich bis zu einem gewissen Grade Diffusion Platz greifen kann. Der Filterteil ist vorzugsweise als ein Zylinder ausgebildet, von welchem ein flaches Ende als vordere Grenzschicht gegenüber dem anströmenden Gas wirkt. Der Zylinder ist in einem metallischen Gehäuse 16 mit Eingangswandungen 16a und Ausgangswandungen 16b eingeschlossen. Die alternierenden Kanäle sollten vorzugsweise so ausgerichtet sein, daß sie in Strömungsrichtung verlaufen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn sich die Partikel an dem Filter abscheiden, werden sie sich in die Poren der Wandungen einnisten, die parallel zur Ötrömungsrichtung verlaufen. Auf diese Weise kann eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung der Partikel Ansammlungen längs dem Filter erfolgen.

Die Zündvorrichtung 12 besteht aus einem kanalisierten porösen Körper 12, der ähnlich wie ein Zylinder geformt sein kann, jedoch eine Gesamtlänge besitzt, die beträchtlich kürzer als die des Filterelements wie etwa ein Viertel davon ist. Das poröse Glied ist in einem Gehäuse 18 mit konischen (beispielsweise 75 bis 15o mm Durchmesser) betragenden Einlaßwandungen 18a und einem Ausgang eingeschlossen, der sich ge-

wohnlich an das Gehäuse 16 anschließt. Das poröse Glied 17 weist vorzugsweise unmittelbar hindurchtretende Kanäle 19 auf, die von Wandungen begrenzt sind, welche nicht besonders porös sind. Das poröse Glied 17 kann von durch Aufwickeln von Aluminiumoxidsträngen in einem die Durchgangskanäle enthaltenden Wandungsschema hergestellt sein. Jegliche Porosität in den Aluminiumoxidsträngen ist gering und beträgt typisch 4o bis 5o im Durchmesser. Das poröse Glied 17 kann auch aus anderen keramischen Materialien, wie Mullit-Aluminiumtitanat hergestellt sein.

Von größter Bedeutung ist, daß das Element 17 mit einem Katalysatormaterial überzogen ist, das ganz oder teilweise die Poren der porösen Wände verschließen kann. Die Poren des Elements liefern eine große Oberfläche, die dem durch die Kanäle 19 hindurchtretenden Gasen ausgesetzt ist. Ein Katalysator bedeutet hierin feinverteilte getrennte Teilchen von sehr großer Oberfläche, welche die Reaktion von Kohlenmonoxyd und Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff begünstigen. Vorzugsweise kann das Katalysatormaterial ausgewählt sein aus der Gruppe Platin, Platin-Palladium, Palladium-Robidium.

Das mit dem Katalysatormaterial überzogene poröse Glied 17 enthält darin eingebettet ein elektrisches Widerstands-Heizelement 2o, vorzugsweise in der Form eines toroidförmig gebogenen Drahtes, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das Heizelement wird natürlich von einer elektrischen Stromquelle her über geeignete Leitungen 21 mit elektrischer Energie gespeist, die etwa 6oo W betragen kann, ausreichend um die Temperatur des Gliedes 17 in der Größenordnung von 26o bis 37o° C zu steigern (was bewirkt, daß ein brennbares Gemisch aus kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff und Abgas oder Luft sich entzündet).

Der mit Kohlenwasserstoff angereicherte Gasstrom 22 ist ein notwendiger Bestandteil der Zündvorrichtung und wird gleichmäßig durch den mit dem Katalysatormaterial überzogenen porösen Körper geleitet. Dem Gasstrom wird fein zerstäubter

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kohlenwasserstoffhaitiger Kraftstoff von einer Düse 23 zugeführt, wobei ein solcher Kraftstoff vorzugsweise Dieselöl ist, jedoch auch ein anderer Stoff sein kann, wie Propan, Kerosin oder flüssiges Erdgas, überschüssigen Kohlenwasserstoff enthaltender Brennstoff kann

(i) entweder dem Gasstrom durch das Einlaßverteilerrohr des Motors (s. Fig. 6),

(ii) oder dem vom Motor kommenden Abgas (s. Fig. 5),

(iii) einem getrennten Anschluß für die Zufuhr von Druckluft zu dem Katalysator (s. Fig. 4)

zugeführt werden.

Die Anordnung des mit dem Katalysatormaterial überzogenen porösen Körpers ist von einiger Bedeutung. In einer bevorzugten Ausführungsform fluchtet die Achse des Körpers 17 mit der Strömungsachse 22; der Körper 17 hat eine Länge von etwa 5o bis 115 mm, wobei sich die rückseitige Stirnkante 24 in einem Abstand von etwa 5o bis 1oo mm von der Vorderseite 25 des Filterelements 15 befindet. Auf diese Weise kann der Strom von trennbarem Kohlenwasserstoff/Gas-Gemisch bei einer Temperatur von etwa 2oo bis 37o° C an der Vorderseite 26 des mit dem Katalysatormatierial überzogenen porösen Körpers entzündet werden; aufgrund -der exothermen Reaktion innerhalb des Gliedes 17 wird das brennbare Gemisch eine Temperatur von etwa 65o° C an der rückseitigen Stirnfläche des mit dem Katalysa'tormaterial überzogenen porösen Körpers erreichen. Das erwärmte Gas wird fortfahren, geringfügig in der Temperatur zuzunehmen, wenn es den Luftspalt von 5o bis 1oo mm durchströmt, und besitzt sicherlich eine ausreichende Temperatur zum Entzünden der Partikelansammlung an der Vorderseite des Filterelements. Die gesammelten Kohlenstoffpartikel im Filterelement erfordern eine Zündtemperatur von mindestens 593 C. Jedoch kann die Rückseite 24 des porösen Körpers 17 sich auch eng an die Vorderseite 25 des Filter-

element 15 anschmiegen oder diesem unmittelbar gegenüberstehen, wenn die Durchmesser der Gehäuseteile 18 und 16 im wesentlichen dieselben sind.

Die oben erwähnten Mittel 13 leiten einen Strom von überschüssigen Sauerstoff enthaltendem Gas zur Unterstützung der Verbrennung der Partikel. Die Mittel 13 bestehen insbesondere aus einer Leitung 28, welche die Leitung eines entweder vom Abgasstrom des Motors selbst abgeleiteten Gasstrom oder eine getrennte Versorgung von verdichteter frischer Luft leiten. Der Strom 29 wird nach dem Entzünden im Filter zur Unterstützung der sich fortsetzenden Oxidation des Partikelmaterials benutzt, was die Ausbreitung der Flammenfront am Eingang des Filterelements durch die gesamte Filterlänge erleichtert. Die Erfindung bewirkt somit ein wirtschaftliches Regenerieren eines Filters bei niedrigeren Temperaturen ohne Sulfatbildung und auf einer periodischen Basis. Der notwendige Brennstoff zur Regeneration über die gesamte Lebensdauer eines Fahrzeugs ist extrem gering und kann in einem kleinen Brennstofftank getrennt vom Kraftstofftank des Motors enthalten sein.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist keine Strömungssteuervorrichtung zum Ablenken des normalen Abgasstroms während der Regeneration oder zum Vorbeileiten am mit dem Katalysatormaterial überzogenen porösen Körper während irgendeines Betriebszustandes vorgesehen. Die Strömungssteuervorrichtung 14 ist jedoch von Bedeutung bei den abgeänderten Ausführungsbeispielen.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist der mit dem Katalysatormaterial überzogene poröse Körper 17 als Rohr mit einer radialen Dicke der Rohrwandung 3o ausgebildet, die auf ähnliche Weise wie die Längswände des Filters in Fig. 1 arbeitet; die Strömung durch die Wände 3o verläuft in radialer Richtung des Rohrs. Das Rohr ist innerhalb einer Anfüllkammer 31 angeordnet, die zum vorderen Ende 25 des Filterelements reicht und derart ausgerichtet ist, daß ihre Achse 32 mit der Strö-

mungsrichtung des Abgases fluchtet. Die Wandung der Anfüllkamraer 31 ist derart ausgebildet, daß die volle Vorderseite der Strömung entweder in den zentralen Kernbereich 33 des porösen Körpers eintreten kann, wodurch kein Eindringen durch die Wände 3o des Gliedes 17 in radialer Richtung erforderlich wird oder rings um die Außenseite des porösen Gliedes strömen und radial durch die Gliedwandungen 3o als Folge einer ringförmigen Prallplatte 34 am rückwärtigen Ende der Anfüllkammer strömen kann. Der elektrische Erhitzer 35 ist so angeordnet, daß er sich im Bereich der äußeren Umfangsflache der Rohranordnung befindet. Durch Verwendung eines Abweiserelements wird der Gasstrom, der normalerweise von dem Filterelement während des Motorbetriebs behandelt wird, dazu gebracht, durch den zentralen Kernbereich des porösen Gliedes zu strömen und dadurch das mit dem Katalysator überzogene Material zu umgehen. Das Abweiserelement kann schwenkbar betrieben werden. Wenn Regeneration erfolgen soll, wird das Abweiserelement derart gedreht, daß es die Strömung durch die vorderseitige Kernöffnung 37 des Kernrohrs 38 abschließt und dadurch den Abgasstrom veranlaßt, um das Äußere des Gliedes 3o zu strömen, radial durch den porösen Körper und den elektrischen Erhitzer in das Innere des hohlen Abschnitts 33 einzutreten und diesen durch die rückseitige Öffnung 39 zu verlassen.

Mit dieser Arbeitsweise können Kohlenwasserstoffe dem einströmenden Gas während einer Regeneraticnsperiode zugefügt werden; der elektrische Erhitzer, der entlang dem mit dem Katalysatormaterial überzogenen porösen Körper angeordnet ist, kann ein solches angereichertes Gas bei einer verhältnimäßig niedrigen Temperatur entzünden und diese auf eine geeignete Zündtemperatur für das Partikelmaterial anheben. Die Ablenkerkonstruktion zum Steuern der Ablenkung der Strömung kann auch ein axial bewegliches Ventilglied im Gegensatz zu einem drehbaren Ventilglied sein, welches nur verlangt, daß die Anfüllkammer eine etwas andere Ausgestaltung des Strömungskanals aufweist, um die Verwendung eines axial beweglichen Ventilgliedes zu ermöglichen.

Mit der Strömungssteuervorrichtung nach Fig. 3 bewirkt das Strömungsablenkelement 36, das normalerweise der Abgasstrom rings um die Zündvorrichtung und dann durch das Filterelement während des Normalbetriebs des Systems strömt. Das Ablenkelement wird dann zeitweise betätigt, um den Abgasstrom durch die Zündvorrichtung zu lenken, wenn Regeneration des Filterelements gewünscht ist.

Fig. 4 veranschaulicht noch eine andere Ausbildung für die Strömungssteuereinrichtung 14·. Bei dieser Ausführungsform weist die Einzelkammer 4o Wandungen auf, die eine Zündkammer 41 zur Aufnahme des mit dem Katalysatormaterial überzogenen porösen Gliedes 17 definieren. Eine erste Rohrleitung 42 dient zum Führen des Abgases in die Anfüllkammer 4o und eine zweite Leitung 43 zum Führen des Abgases rings um die Zündkammern und rund um das Filterelement 15 zur Vereinigung mit dem aus dem Filterelement austretenden Abgas. Eine dritte Rohrleitung wird verwendet, um ein Versorgungsgas zur Zündkammer 31 zu Zündzwecken zu führen. Eine bewegliche Klappe 45 ist so angeordnet, daß sie die Rohrleitung 43 in einer Stellung verschließt und die Abgase veranlaßt, in das Filterelement 15 über eine öffnung 46 einzutreten und alternativ die Rohrleitung 43 in einer anderen Stellung zu öffnen, um ein Vorbeiströmen am Filterelement 15 zu ermöglichen. Zur Druckentlastung der Klappe 45 ist ein gleichzeitig betätigbares Ventil 47 tief in der Rohrleitung 43 angeordnet und schließt, wenn die Klappe 45 schließt und umgekehrt. Somit.besteht die Strömungssteuervorrichtung 14 aus einem von zwei Ventilklappen und 47 gebildeten Ablenkelement, das bewirkt, daß normalerweise der Abgasstrom an der Zündeinrichtung vorbei und durch das Filterelement 15 während des Normalbetriebs des Motors geführt wird. Das Ablenkelement kann dann zeitweise so umgestellt werden, daß der Abgasstrom nicht um die Zündvorrichtung herum, sondern auch um das Filterelement 15 herum durch die Rohrleitung 43 geleitet wird. Während des Regenerationsprozesses wird ein getrennter Strom aus Luft und mit Kohlenwasserstoff angereichertem Gas durch die Rohrleitung 44 zur Vorder-

seite des rait dem Katalysatormaterial überzogenen porösen Körpers 17 in der Zündkammer 41 zugeführt; das zugeführte Gas wird mit Hilfe eines elektrischen Heizelements 48 entzündet und bringt die Temperatur auf mindestens 593° C. Sobald die Vorderseite der Partikelansammlung sich entzündet hat, wird nicht länger Brennstoff zu dem Zufuhrgas zugeführt, und es wird dann Luft durch das erwärmte Katalysator- und das Filterelement geleitet, um eine unterstützte Veraschung der Partikelansammlung durchzuführen.

Das Zusetzen von Brennstoff oder Energie zu dem erwärmten Gasstrom, d.h. dem Gas, das das Entzünden vorantreibt, kann auf zweierlei Weise erfolgen, wie dies in den Fig. 5 und 6 veranschaulicht ist. In Fig. 5 ist ein getrenntes Brennstoffventil (das von einer Dieselölleitung 49 gespeist wird) an eines der Schenkel 51 des Abgassammeirohrs 52 des Motors angeschlossen, wodurch Brennstoff in den Abgasstrom des Schenkels 51 eingespritzt werden kann, um eine feinverteilte Brennstoff/Luft-Suspension zu schaffen. Das Abgas wird während der Regeneration durch ein Steuerventil 53 so abgelenkt, daß es in eine zu der Filtriereinrichtung führende Leitung 54 eintritt. Alternativ kann das Abgas mit kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff durch ein Splitt-Einspritzsystem für den Motor angereichert werden. In diesem System wird Dieselkraftstoff ein zweites Mal in die Ansaugkammer des Motors (während des Ausblashubs) eingespritzt,, um*ein voll angereichertes Abgas zu erhalten.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 wird Brennstoff mit überschüssigem Kohlenwasserstoff über eine Brennstoffleitung und ein Ventil 57 in das Ansaugverteilerrohr 58 des Motors während der gewünschten Regenerationsperiode eingespritzt. Das überaus reiche Gemisch wird teilweise in der Maschine verbrannt und ein Teil des Abgasstroms davon wird zur Regeneration abgezweigt. Zu einer bestimmten Regenerationszeit wird das Ventil 55 betätigt, um einen solchen an Brennstoff reichen Abgasstrom zu der Filtriereinrichtung zu leiten, während das Ventil 56 betätigt wird, um das restliche Abgas vorbeizuleiten.

Claims

Patentansprüche

Filtriereinrichtung zum Entfernen oxidierbarer Partikel aus dem Abgas eines Dieselmotors, mit einem im Abgasstrom angeordneten Filterelement und einer Zündvorrichtung zur die Regeneration des Filters bewirkenden zeitweiligen Verbrennung der darin angesammelten Partikel, dadurch gekennzeichnet , daß die Zündeinrichtung nur kurzzeitig zum Entzünden eines an der Strömungseingangsseite des Filterelements befindlichen Teils der dort angesammelten Partikel aktivierbar ist und da ß Mittel vorgesehen sind, durch welche ein Gasstrom mit überschüssigem Sauerstoffgehalt zum Aufrechterhalten der Verbrennung im Filterelement unmittelbar nach dem Entzünden ohne weitere Energiezufuhr aufrechterhalten wird.
2. Filtriereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dem die Verbrennung aufrechterhaltenden Gasstrom kurzzeitig ein brennbares Gemisch aus kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff zusetzbar ist und daß ein zusätzlich heizbarer Katalysator zum Einwirken auf das brennbare Gemisch dergestalt vorgesehen ist, daß sich das Gemisch bei verminderter Temperatur entzündet.
3. Filtriereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das die Verbrennung aufrechterhaltende Gas Abgas des Motors ist.
4. Filtriereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der kohlenwasserstoffhaltige Brennstoff der vom Motor angesaugten Verbrennungsluft derart zuführbar ist, daß das Abgas des Motors mit dem kohlenstoffhaltigen Brennstoff angereichert wird.
5. Filtriereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der kohlenwasserstoffhaltige Brennstoff dem Motorabgas unmittelbar stromaufwärts vom Katalysator zuführbar ist.
6. Filtriereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündvorrichtung besteht aus

(i) Mitteln zum Erzeugen eines mit Kohlenwasserstoff angereicherten Gasstroms,

(ii) einem ein Katalysatormaterial zur Herabsetzung der Zündtemperatur des mit Kohlenwasserstoff angereicherten Gases enthaltenden porösen Körper und

(iii) einem ergänzenden Heizelement zum Anheben der Temperatur des porösen Körpers und des Katalysatormaterials auf eine katalysierende Oxidationstemperatur des mit Kohlenwasserstoff angereicherten Gases.
7. Filtriereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Heizelement ein in dem porösen Körper eingebettetes elektrisches Widerstandselement ist.
8. Filtriereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Katalysatormaterial aus der Gruppe Platin, Platin-Palladium und Palladium-Rubidium ausgewählt ist.
9. Filtriereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Glied in einem Abstand von 5o bis 1oo mm vor dem Eingang des Filterelements angeordnet ist, wodurch das durch die Rückseite des porösen Gliedes hindurchtretende Gas eine Temperatur von mindestens 65o° C erreicht, bevor es in die Vorderseite des Filterelements einströmt.
10. Filtriereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Kohlenwasserstoff angereicherte Gas beim Eintritt in das mit dem Katalysatormaterial überzogene poröse Glied gezündet wird und den Eingang des porösen Glieds auf eine Temperatur von 26o - 37o° C erwärmt.
11. Filtriereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff dem Abgas zugesetzt wird, daß das poröse Glied rohrförmig ausgebildet ist und daß eine Strömungssteuereinrichtung vorgesehen ist, die normalerweise dem nichtangereicherten Abgas gestattet, durch das Innere der Rohrform ohne Durchtritt durch die radiale Dicke des rohrförmigen Gliedes zu strömen, und daß während der Regeneration das mit Kohlenwasserstoff angereicherte Gas gezwungen wird, den porösen Körper in Radialrichtung zu durchströmen, bevor es den porösen Körper verläßt.
12. Filtriereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Katalysatormaterial überzogene poröse Körper eine Vielzahl von Durchgangskänälen aufweist, von denen ein jeder Wandungen mit einer wahrnehmbaren Porosität von 25 bis 65% besitzt, und daß das Heizelement elektrisch mit Energie in der Größenordnung von 6oo W versorgbar ist.
13. Filtriereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die zusätzliche Anordnung einer Strömungssteuervorrichtung mit einem verstellbaren Ablenkelement, welches in einer ersten Stellung normalerweise dem Abgasstrom an der Zündvorrichtung vorbei und dann durch das Filterelement im Normalbetrieb der Einrichtung gleitet und in einer zeitweilig eingenommenen zweiten Stellung den Abgasstrom durch die Zündvorrichtung hindurchleitet, wenn Regeneration gewünscht ist.
14. Filtriereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Ablenkelement in der zeitweilig eingenommenen zweiten Stellung die Ablenkung des Abgasstroms rings um das Filterelement ebenso wie die Zündvorrichtung bewirkt, während es einen mit Kohlenwasserstoff angereicherten Gasstrom durch die Zündeinrichtung zur Bewirkung der Regeneration leitet.
15. Filtriereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom mit dem überschüssigen Sauerstoffgehalt Luft ist.