DE3622623C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Aus JP-Abstract 57-1 63 111 ist es bekannt, zur Reinigung der Dieselabgase von Rußpartikeln einen Filter vorzusehen, der einen Einsatz mit Granulat aufweist, welches die Rußpartikel aus den durchströmenden Abgasen filtert. Zur Regenerierung der Filtermasse wird diese von Elektroden durchzogen. Wenn an diese Elektroden eine Spannung angelegt wird, erfolgt ein Stromfluß durch die elektrisch leitfähigen Rußpartikel und heizt diese auf, so daß sie abbrennen. Eine Regelung der Stromstärke des Heizstromes ist nicht vorgesehen, so daß die Elektroden durch zu hohe Stromstärke und daraus resultierender Überhitzung Schaden nehmen, oder daß die Regenerierung bei zu geringer Stromstärke unvollkommen bleibt.

Durch JP-Abstract 57-1 63 112 ist es ferner bekannt den Filter­ einsatz zu wickeln. Der Filtereinsatz selbst besteht aus zwei Streifen, wobei jeder dieser Streifen aus einem keramischen Schaumfilter und einer netzförmigen Elektrode gebildet wird mit dem der Filter beschichtet ist. Die beiden Streifen werden aufeinander gelegt und gewickelt, so daß die Schaum­ filter zwischen den Elektroden zu liegen kommen. Auch dieser Filter zeigt keine Merkmale zur Regelung der Stromstärke und ist damit nur bedingt einsatzfähig.

Ausgehend von einem Rußfilter gemäß dem Gattungsbegriff liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Stromstärke bei der Regenerierung des Filters so zu regeln, daß einerseits zum Zünden des Rußes eine ausreichende Spannung und Stromstärke bereitsteht, aber nach der Einleitung der Verbrennung die Stromstärke so begrenzt wird, daß die Elektroden keinen Schaden erleiden.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine optimale Regelung der Stromstärke möglich, um einerseits den Abbrand der Rußpartikel einzuleiten und aufrechtzuhalten und anderer­ seits die Elektroden vor dem Durchbrennen zu bewahren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung können den Unteransprüchen 2 bis 13 entnommen werden.

Nachstehend wird anhand der Zeichnung die Erfindung näher er­ läutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Rußfilters (Oberflächenfilters) nach der Erfindung,

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt gemäß der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt wie in der Fig. 2 durch eine andere Ausführung des im Rußfilters vorliegenden Filter­ einsatzes bzw. Elektrodensystems,

Fig. 4 einen weiteren Filtereinsatz mit gleichzeitig ab­ gewandelter Elektrodenkonfiguration,

Fig. 5 die Ausbildungsform der Drahtelektroden gemäß Fig. 4,

Fig. 6 eine andere Ausführung eines Rußfilters (Schütt­ gutfilters) gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild des Steuerkreises (Aufbringen der elektrischen Leistung) für die Zündeinleitung der erfindungsgemäßen Rußver­ brennung mittels leistungseingeprägt arbeitender Stromversorgung,

Fig. 8 ein gegenüber Fig. 7 abgewandeltes Schaltbild für bestimmte Elektrodengestaltungen.

Ein Rußfilter 1 hat ein Filtergehäuse 2, das einen zylindrischen Gehäusemantel 3 und an seinen beiden Stirnseiten jeweils eine kreisringförmige Scheibe 2a aufweist. Der Gehäusemantel stützt sich über die Scheiben 2a auf einem perforierten (also durch­ löcherten) Rohrkörper 4 ab. Letzterer ist an den beiden konisch ausgebildeten Stirnseiten 4a jeweils mit einem ersten und zweiten Anschlußstutzen 5 bzw. 6 versehen und wird durch eine im Innern vorliegende Kreisscheibe 7 in eine Rohgaskammer 8 und in eine Reingaskammer 9 unterteilt (im Bereich dieser Kreis­ scheibe liegt eine Unterbrechung der Perforation im Rohrkörper 4 vor). Der Rohrkörper 4 dient im Reingaskammerbereich als Stütz­ rohr 4b für einen Filtereinsatz 11. Dieser besteht im vor­ liegenden Fall aus den beiden ersten und zweiten zylindrischen Filterschichten 12 und 13. Das Filtermittel besteht aus einem elektrisch nicht-leitenden sowie hochtemperaturfesten Material (Quarzglas- oder Keramikfaser) und wird auf dem Stützrohr 4b aufgewickelt.

Beim beschriebenen Rußfilter wird rußbeladenes Rohgas über den ersten Anschlußstutzen 5 und die Rohgaskammer 8 durch die Perforation des Rohrkörpers 4 zur Einströmung in eine Kammer 10 gezwungen, welche zwischen Filtergehäuse 2 und Rohrkörper 4 liegt. Von dort aus durchströmt es radial die beiden Filter­ schichten 12 und 13, um dann gereinigt, d. h. rußfrei die Reingaskammer 9 über den zweiten Anschlußstutzen 6 zu ver­ lassen (zur Strömung des Abgases vergleiche Pfeile 14).

Zur Gewährleistung eines hohen Rußabscheidevermögens muß die - die Oberflächenfilterfunktion bereitstellende - erste Filter­ schicht 12 folgenden Einzelanforderungen genügen. Zum einen müssen die gasdurchlässigen Poren und Kapillarspalte der Gewebestruktur eng genug sein, um auch kleinste Rußpartikel an der Oberfläche zurückhalten zu können. Zum anderen ist ein großes Aufkommen vorgenannter Poren und Spalten pro Ober­ flächeneinheit anzustreben, um neben einer erwünschten hohen, flächenspezifisch abgeschiedenen Rußmenge zugleich auch eine Minimierung des gewebebedingten Strömungswiderstandes sicher­ zustellen. Zu bevorzugen ist ferner eine geringe Schicht­ dicke des Gewebes, da diese in der Regel ebenfalls einen Beitrag zur Druckabfallminimierung bedeuten kann.

Um ein Reißen der ersten Filterschicht 12 in Umfangsrichtung (als Folge des größeren Temperaturausdehungskoeffizienten des perforierten Rohrkörpers 4) sicher auszuschließen, muß die aus Quarzglas- oder Keramikfaser bestehende Gewebebahn bestimmte Voraussetzungen erfüllen. So ist es bei Verwendung von einem Gewebe, bei dem sich die Fäden rechtwinkelig kreuzen (ortho­ gonaler Fadenverband) wichtig, die Gewebebahn so auf der Rohroberfläche auszurichten, daß jede der beiden Fadenrich­ tungen einen Winkel von 45° zur Rohrumfangsrichtung bildet. Diese Maßnahme stützt sich auf die Tatsache, daß Gewebe mit orthogonalem Fadenverband immer dann eine (maximale) Nach­ giebigkeit entwickeln, wenn die Beanspruchungsrichtung (Zug oder Druck) einen Winkel von 45° zu den beiden Fadenrich­ tungen bildet. Das bedeutet aber zugleich, daß eine er­ hitzungsbedingte Durchmesservergrößerung des metallischen Rohrkörpers 4 auch eine Verkürzung der Filterschicht 12 in axialer Richtung zur Folge hat. Wird jedoch dieser axialen Bewegungskomponente bereits bei der Bemessung des Gewebe­ wickels in geeigneter Weise in Rechnung getragen (Wickel besitzt größere axiale Länge als der perforierte Teil des Trägerrohres), bleibt die sonst zu befürchtende Beein­ trächtigung des Filterabscheidegrades (als Folge axialer Gewebekontraktion) sicher ausgeschlossen.

Der auf dem Filtereinsatz 11 abgeschiedene Ruß wird durch Ab­ brennen in Kohlendioxyd umgewandelt. Die Nachverbrennung wird direkt durch Stromwärmeerzeugung in den einzelnen Rußpartikeln bewirkt, d. h. die Rußpartikel werden aufgrund ihrer endlichen elektrischen Leitfähigkeit selbst zum Heizleiter gemacht. Dabei dienen der Zündenergiezuführung erste und zweite Elektroden 15 und 16 bestehend aus zwei unter hoher Zugspannung auf den Filtereinsatz 11 spiralig aufgewickelten Drähten. Diese bedecken den Filtereinsatz 11 als zweigängige Wicklung konstanter Steigung, wobei die Elektrode 15 - an einem Massepotential der Zündenergie­ quelle liegend - an beiden Enden mit dem Rohrkörper 4 bzw. einer der Scheiben 2a des Rußfilters 1 verbunden ist. Die Elektrode 16 hingegen - mit dem anderen Pol der Zündenergiequelle verbunden - ist an beiden Enden mit zugspannungsaufnehmenden Isolatoren 17 (innerhalb des Rohrkörpers 4 bzw. einer Scheibe 2a des Rußfilters) versehen. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Drähten wird zur Vermeidung einer zu hohen Speisespannung nicht größer als 0,8 mm gewählt. Um die Wärmeentwicklung im Elektrodensystem (ohm′sche Verluste) minimal zu halten, sind der spezifische elektrische Widerstand des Drahtmaterials sowie der Drahtdurchmesser bei vorgegebener Wicklungslänge in bekannter Weise zu optimieren.

Um der Bildung isolierender Zunderschichten an der Drahtober­ fläche vorzubeugen, sind hochwarmfeste nickellegierte Stähle bei der Wahl des Drahtmaterials zu bevorzugen.

Zwecks Abstand- und Lagestabilisierung der Elektrodendrähte befindet sich zwischen der ersten Filterschicht 12 und dem perforierten Stützrohr 4b eine vergleichsweise dicke elastische zweite Filterschicht 13 aus weitmaschigem Gewebe oder Vlies. Für diese Filterschicht 13 ist eine solche Dichte zu wählen, daß der volumenstrombedingte Druckabfall dieser Stützschicht nur geringfügig ins Gewicht fällt, die Schicht andererseits aber noch über genügend radiale Rück­ federung verfügt. Die unter Vorspannung gewickelten Elek­ trodendrähte sinken aufgrund der radial federnden Nach­ giebigkeiten der zweiten Filterschicht 13 unter Deformieren der ersten Filterschicht 12 in die zweite Filterschicht 13 ein, womit die seitliche Verschieblichkeit der Drähte - die Gefahr eines Kurzschlusses auslösend - sicher ausgeschlossen bleibt.

Eine alternative Ausbildung des Elektrodensystems zeigt die Fig. 3, wobei Trägerstruktur und Abgasführung mit dem Filter­ aufbau der Fig. 1 und 2 übereinstimmen und auch mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind.

Unmittelbar auf dem perforierten Stützrohr 4b befindet sich wieder die radial federnde zweite Filterschicht 13 aus weit­ maschigem, temperaturfestem Gewebe, auf die, wie auch bei der Ausführung gemäß Fig. 1 und 2 eine sehr dicht gewebte, wiederum temperaturfeste erste Filterschicht 12 zur Wahr­ nehmung der Filterfunktion gelegt ist. Hierauf folgen zwei Lagen engmaschigen Stahldrahtgewebes (Maschenweite 0,3 bis 1 mm) welches als dritte und vierte Elektrode 18 und 20 dient, die die Funktion der Elektroden 15 und 16 übernehmen. Zur Distanzhaltung sowie zur elektrischen Isolation der als Stahl­ drahtgewebe ausgebildeten Elektroden 18 und 20 dient eine Zwischenlage 19 aus sehr weitmaschigem Quarzglasgewebe (die gleiche Funktion kann ebenso gut mit einer Lage aus Keramik­ partikeln oder einer spiralförmigen Wicklung aus Quarzglasroving realisiert werden). Für die nötige radiale Druckkraft sorgt im so erhaltenen Sandwich-Verband eine in Umfangsrichtung verlegte Drahtbandage 21.

Bezüglich dieser Ausführung wird nachstehend kurz das zugrunde­ liegende Wirkprinzip beschrieben. Auf der Oberfläche der ersten Filterschicht 12 scheiden sich die Rußpartikel solange ab, bis sich innerhalb der Maschen der distanzbildenden Zwischenlage 19 kleine Rußdepots mit einer Schichtdicke, welche der Dicke der Zwischenlage 19 entspricht, gebildet haben. Sie stellen zugleich eine Leitfähigkeitsbrücke zwischen den als Elek­ troden 18 und 20 fungierenden Stahldrahtgeweben dar. Stehen diese als Elektroden wirkenden Stahldrahtgewebe ständig unter elektrischer Spannung erfolgt der Abbrandstart der einzelnen Ruß- Mikro-Depots demnach automatisch immer dann, wenn sich die oben genannte Leitfähigkeitsbrücke gerade schließt.

Fig. 4 beschreibt eine weitere Ausführung eines Filterein­ satzes 11 mit elektrischer Zündeinleitung. Das hierbei zugrunde­ liegende Konzept ist weitgehend identisch mit der in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Lösung. Unterschiede bestehen aber in der rußabscheidenden ersten Filterschicht 12, deren Funktion hier von einem Hohlzylinder aus offenporiger Schaumkeramik 12a wahr­ genommen wird. Aus Gründen einfacherer Montage ist dabei der Einsatz von zwei Halbschalen (für die erste Filterschicht 12) vorteilhaft. Für die als Drahtwickelung ausgeführten Elektroden 15 und 16 sind am Umfang dieser ersten Filterschicht 12 spiralförmige Einlegenuten 22 vorgesehen.

Damit Drahtlängungen als Folge von Temperaturerhöhungen des Abgases nicht zu einem Abheben der Elektroden 15 und 16 vom Grund der Einlegenuten 22 führen (Unterbrechung des Kontaktes zur abgeschiedenen Rußschicht!) ist den Elektroden 15 und 16 eine Mäanderform entsprechend Fig. 5 einzuprägen. Hochkant unter Vorspannung in die Führungsnuten 22 verlegt, ent­ wickelt ein derart geformter Draht eine so hohe Längselasti­ zität, daß er temperaturbedingte Änderungen nur mit einer dementsprechenden Vorspannungsänderung beantwortet. Ein Ver­ lassen des Nutgrundes mit seinen nachteiligen Folgen ist damit sicher ausgeschlossen. Bei den bis jetzt beschriebenen Filtermitteln handelt es sich um sogenannte Oberflächen­ filter, bei denen der Ruß mehr oder weniger nur am Außen­ umfang abgeschieden wird. Natürlich ist die erfindungsgemäße elektrisch eingeleitete Nachverbrennung von Ruß auch anwend­ bar an sogenannten Tiefenfiltern, bei denen das Filtermittel den Ruß deutlich über eine erhebliche radiale Tiefe ab­ scheidet. Insbesonders sind hier Schüttgutfilter geeignet. Hierbei wird die übliche ortsfeste Gewebestruktur ersetzt durch eine lose Schüttung, beispielsweise aus sehr feinem Oxydkeramik-Granulat. Die Fig. 6 zeigt schematisch die Ausbildung eines derartigen Filters. Dabei passieren die den Motor verlassenden Abgase (vergleiche Pfeil 14) zunächst eine stützfunktionausübende Lochplatte 23, durchströmen weiter ein darüber befindliches Granulat-Sperrsieb 24 (aus warmfestem Drahtmaterial) und treten dann in die Granulat­ schüttung 25 ein.

Durch in die Schüttung 25 eingelegte Elektrodengitter bzw. -platten (fünfte und sechste Elektroden 26, 27), welche parallel und mit gleichem (möglichst engen) Abstand zueinander angeordnet sind, wird hier nach Spannungsanlegung an die Elektroden 26, 27 der Abbrand-Start in Gang gesetzt. Der fließende Strom findet im Gegensatz zum Oberflächenfilter nun­ mehr ein dreidimensional ausgebildetes leitfähiges Gebilde vor, bestehend aus den in elektrischem Berührungskontakt stehenden Rußschichten auf jedem Einzelkorn des Granulats.

Besonderes Augenmerk ist der elektrischen Zündenergiequelle zu widmen, welche den allgemeinen Erfindungsgedanken dar­ stellt, deren Aufgabe darin besteht, den vom Abscheidevorgang herrührenden flächenhaft ausgebildeten Leiter aus Rußpartikeln solange mit elektrischem Strom zu versorgen, bis dieser Zünd­ temperaturniveau erreicht. Zwei Merkmale des von Dieselmotoren ausgestoßenen Rußes sind es, die der Stromquelle besondere Eigenschaften abverlangen. Zum einen ist es der - das Kohlen­ stoffpartikel umhüllende - Mantel aus kondensierten Kohlen­ wasserstoffen. Zum anderen besitzt der spezifische elektrische Widerstand von Kohlenstoff einen hohen negativen Temperatur­ koeffizienten. Um einen elektrischen Stromfluß einzuleiten, bedarf es demnach zunächst einer verhältnismäßig hohen Anfangs­ spannung, um die isolierenden Kohlenwasserstoffhüllen zu durchschlagen. Der verbleibende nunmehr nur noch geringe elektrische Widerstand des Kohlenstoffkörpers läßt unter dem Einfluß der hohen angelegten Spannung den Stromfluß auf einen beträchtlich großen Wert ansteigen, der aufgrund der umge­ setzten Stromwärme und dem negativen Temperaturkoeffizienten des spezifischen elektrischen Widerstandes eine weitere lawinenhafte Vergrößerung erfährt.

Dies bedeutet, daß eine Stromquelle mit konstanter eingeprägter Spannung für eine elektrisch eingeleitete Rußverbrennung völlig ungeeignet ist, da der unkontrollierte hohe Strom einen örtlich begrenzten Kurzschlußlichtbogen mit solchen Energieumsätzen er­ zeugt, daß eine schnelle Zerstörung des betroffenen Elektroden- und Gewebestrukturabschnittes die Folge wäre. Eine Begrenzung des Stromes mit einem geeignet dimensionierten Vorwiderstand würde zwar Abhilfe schaffen, verstößt mit seinem hohen Ener­ gieverlust jedoch gegen die Zielsetzung, den Energieaufwand zu minimieren.

Die Fig. 7 zeigt eine Schaltung, die es mit vergleichsweise geringem Aufwand an Mitteln erlaubt, die beiden geforderten Eigenschaften, wie Bereitstellung einer hohen Zündspannung und Begrenzung des nachfolgenden Heizstromes bzw. der Strom­ wärmeerzeugung zu realisieren. Eine geeignet dimensionierte Induktivität L mit einem entsprechenden Energiespeicherver­ mögen wird mit Hilfe von zwei Schaltmitteln S (Transistoren) solange an die Bordnetzbatterie Q des Fahrzeuges gelegt, bis der nach einer e-Funktion über der Zeit wachsende Ladestrom I₁ den magnetischen Sättigungswert erreicht. Die Identifizierung des Sättigungswertes I₃ erfolgt dabei mittels eines Komparators K₁, der eine nachgeschaltete bistabile Kippstufe K₃ immer dann zum Öffnen der Transistoren S veranlaßt, wenn die an einem Shunt Sh abfallende stromproportionale Spannung dem Sättigungs­ niveau entspricht.

Verhielt sich die Induktivität L für die Dauer des Stromflusses von I₁ bisher wie eine Energiesenke mit Speicherverhalten, wechselt sie im Augenblick des Schalteröffnens (Schalter S) ihre Funktion und wird zur Energiequelle mit einem Energie­ inhalt entsprechend der Beziehung 0,5 LI₁ ², wobei hier I₁ der Sättigungsstrom ist. Der Ladestrom I₁ wird im Augenblick des Schalteröffnens folglich zu einem Entladestrom (deshalb nun mit I₂ bezeichnet), der einem Strompfad: Diode D₁ - Bordnetz­ batterie Q - Ersatzwiderstand Rußschicht (Rußwiderstand R) - Diode D₂ folgt. Typisch für diesen Entladestrom ist, daß er seinen Wert (im Schaltaugenblick) aufrecht erhält, gleich wie groß auch der Betrag des Ohm′schen Widerstandes im Entladepfad ist. Das bedeutet für einen hochohmigen Widerstand, wie ihn der Ruß mit seinen partikelgebundenen isolierenden Kondensathüllen aus flüssigen Kohlenwasserstoffen zunächst darstellt, eine Speisespannung gleich dem Produkt aus Sättigungsstrom mal augenblicklichem Rußwiderstand. Man erkennt sofort, je höher der Widerstandswert der Rußschicht ist, umso größer wird die bereitgestellte Spannung; sie ist automatisch immer exakt gleich der Summe aus Druchschlagsspannungsbedarf (alle Isolierschichten der am Stromfluß beteiligten Partikel) und Spannungsabfall am eigentlichen Rußpartikel. Zu erkennen ist ferner, daß die höchste auftretende Strombelastung der Rußschicht gleich der Sättigungs­ stromstärke I₁ der Induktivität L ist.

Bei Bedarf kann diese Strombelastung auch mit einer entspre­ chenden Einstellung an einem Schwellwertpotentiometer P₁ ver­ ringert werden. Wird kein Ruß am Filter abgeschieden, d. h. der Rußersatz-Widerstand R besitzt den Wert unendlich, sorgt ein spannungsgezündeter Entladewiderstand F mit stromab­ hängiger negativer Widerstandscharakteristik (Edelgasfunken­ strecke, spannungsgesteuerter Thyristor) zur Begrenzung der Speisespannung auf einen Wert, der kleiner als die Luftüber­ schlagsspannung zwischen den Elektroden des Zündsystems ist.

Ein weiterer Nutzen des spannungsabhängigen Entladewiderstandes F ist die Rückführung magnetischer Energie (in die Bordnetz­ batterie Q), soweit sie nicht zur Rußaufheizung benötigt wird (z. B. im vorerwähnten Fall, bei dem der Motor keinen oder nur sehr wenig Ruß emittiert).

Hat der zeitlich abnehmende Entladestrom I₂ den Wert Null er­ reicht, spricht ein Komparator K₂ an, der die nachgeschaltete bistabile Kippstufe K₃ in ihren zweiten Beharrungszustand steuert, der seinerseits zu einem Ausgangssignal führt, mit dem sie die beiden Schaltmittel S in den Einschaltzustand versetzt und damit erneut den Ladevorgang der Induktivität L einleitet. Beide Vorgänge, Laden und Entladen wiederholen sich auf diese Weise endlos periodisch. Ist f die Frequenz des sich einstellenden Endloszyklusses, beträgt die im Elek­ trodensystem des Filters in Wärmeleistung umgesetzte elek­ trische Leistung P = 0,5 fLI₁ ², wobei I₁ den Sättigungsstrom in der Induktivität L darstellt.

Energetisch stellt die Schaltung nach Fig. 7 im Gegensatz zu gängigen Stromquellen mit eingeprägter Spannung (Batterien, Transformatoren, Generatoren) ein System eingeprägter Leistung dar. Diese Tatsache macht sofort klar, weshalb auch bei einem sehr kleinen Widerstandswert der Rußschicht der mittlere Be­ lastungsstrom der getakteten Stromquelle einen auslegungsbe­ dingt festgelegten Strom, wie erwünscht, nicht überschreiten kann.

Die Nachteile der Schaltung gemäß Fig. 7 ist ihr Unvermögen, hohe Spitzenspannungen zu erzeugen, wie sie als Zündspannung bei größeren Elektrodenabständen, z. B. des Konzeptes gemäß Fig. 1 und 2 benötigt werden. Die Schaltung genügt aber in solchen Fällen, bei denen aufgrund von kleineren Elektroden­ abständen (siehe z. B. Filterkonzept gemäß Fig. 3) die Spitzenspannung nicht groß zu sein braucht.

Um die hohen Spannungspitzen für Filterkonzepte aufbringen zu können, deren Elektroden sich durch große räumliche Ab­ stände der spannungsführenden Leiter auszeichnen, ist eine Energieversorgungseinheit entsprechend Fig. 8 einzusetzen.

Wesentlicher Bestandteil des Schaltkreises ist ein Übertrager Ü, dessen Übersetzungsverhältnis (gleich Windungsverhältnis Sekundärspule zu Primärspule) einen Wert sehr viel größer als eins hat. Die Wirkungsweise ist folgende:

Mit Schließen eines Bereitschaftschalters A erfolgt zeit­ parallel ein kurzzeitiges Setzen der bistabilen Kippstufe K₃ derart, daß der Transistor T einen Schließvorgang erfährt. Das hierzu in der Figur schaltungstechnisch nur angedeutete Setzen der Kippstufe K₃ kann in bekannter Weise wie folgt realisiert werden: Vom Zündschloßschalter des Fahrzeug- Armaturenbrettes werden (in der Figur nicht gezeigt) mittels Hilfskontakt zwei Hilfsrelais erregt, wovon eines - die Kontaktfunktion A bereitstellend - leicht anzugsverzögert ausgelegt ist, während das zweite Relais mit seinem Umschalt­ kontakt nahezu unverzögert über eine Entprell-Logik mit nach­ geschaltetem Monoflop den Setzeingang der bistabilen Kipp­ stufe K₃ in gewünschter Weise beeinflußt. Der dabei von der Bordnetzbatterie Q durch die Primärinduktivität L₁ getriebene Primärstrom I₄ erzeugt ein stromproportionales Spannungssignal über dem Shunt Sh. Erreicht der zeitlich stetig ansteigende Wert von I₄ annähernd Sättigungsniveau, spricht der Komparator K₁ an, und versetzt damit die Kippstufe K₃ in einen neuen Beharrungszustand, bei dem das Ausgangssignal ein Öffnen des Transistors T veranläßt. Der Primärstrom I₄ verschwindet augen­ blicklich. Da der magnetische Fluß das Bestreben hat bestehen zu bleiben, springt sofort der Sekundärstrom I₅ an, dessen Wert um den Kehrwert des Übertrager-Übersetzungsverhältnisses kleiner ist als der Primärstrom I₄. Der von I₅ passierte Strom­ pfad setzt sich entsprechend der Stromflußrichtung (durch Pfeile gekennzeichnet, wie in Fig. 7) aus den Komponenten Ruß­ widerstand R - Diode D - Sekundär-Induktivität L₂ zusammen. Steigt die Spannung am Rußwiderstand R auf zuverlässige Werte an (Erreichen der Luftüberschlagsspannung zwischen den Elektroden), sorgt der spannungsgezündete Entladewiderstand F vorher für eine automatische Begrenzung der Übertrager-Sekundär­ spannung. Im übrigen besitzt dieser Entladewiderstand außer einer geringeren Nennstromauslegung dieselben Eigenschaften wie der bereits in der Fig. 7 unter gleicher Kurzbezeichnung beschriebene Entladewiderstand F.

Parallel zum Ruß- und Entladewiderstand R bzw. F liegt ein - den Entladestrom I₅ abbildender - Spannungsteiler ST, dessen Ausgangsspannung vom Komparator K₂ überwacht wird. Geht der Entladestrom I₅ gegen Null, spricht K₂ an und steuert die bistabile Kippstufe K₃ um, so daß deren Ausgangssignal den Transistor T wiederum zum Schließen veranlaßt und zwar für eine solche Zeitdauer bis entsprechend dem Ansprechwert von Komparator K₁ erneutes Öffnen des Transistors T über die Kippstufe erfolgt.

Um den Energieverbrauch der Schaltung entsprechend dem Ziel der Erfindung zu minimieren, ist vorgesehen, den Spitzenwert der impulsförmigen Übertrager-Ausgangsspannung einen vorein­ stellbaren Wert nicht überschreiten zu lassen.

Realisiert wird dies mittels einer automatisch geregelten Einstellung der Schwellwertspannung des Komparators K₁, also letztlich mit einer Begrenzung der Stromflußdauer von I₄. Der erforderliche Regelkreis zur Einstellung vorgenannter Schwell­ wertspannung ist wie folgt aufgebaut. Die am Schleifer des Spannungsteilers ST abgebildete Ausgangsspannung der Über­ trager - Sekundärspannung gelangt in einen Spitzenspeicher SS, der hinsichtlich Freigabe seines Einganges über einen Monoflop MF immer dann eine neue Aktualisierung erfährt, wenn der Komparator K₁ den Transistor T über die bistabile Kippstufe K₃ öffnet. Danach über einen Tiefpaß TP dem Vergleicher V zuge­ führt und dort mit dem fest vorgegebenen Sollwert für die Impulsspitzenspannung an der Sekundär-Induktivität L₂ ver­ glichen, entsteht eine aufgepegelte Regelabweichung, die den Begrenzer B passierend schließlich den Schwellwerteingang des Komparators K₁ speist.

Zwei Begrenzungen erfährt die Regelabweichung im Begrenzer B. Eine obere Schwelle entspricht annähernd dem magnetischen Sättigungswert des Ladestromes I₄ und sorgt bei Reglerüber­ schwingungen für ein Nichtüberschreiten vorgenannten Wertes (schützt den Transistor T). Die untere Schwelle des Begrenzers B dient dem Zweck, im Falle des Reglerunterschwingens einen stabilen Oszillatorbetrieb des Übertragers aufrecht zu erhalten und die Oszillatorfrequenz nach oben hin zu limitieren. Hin­ sichtlich der Dimensionierung des Sollwertes für die maximal zulässige Sollwertspannung U₁ über der Sekundär-Induktivität L₂ ist zu beachten, daß dessen Wert unterhalb der Überspannungs­ ansprechschwelle mit der Spannung U₂ des spannungsgesteuerten Schutzwiderstandes F liegt. Dies wird über eine entsprechende Einstellung an einem Sollwertvorgabe-Potentiometer P₂ erreicht.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Beseitigen von Ruß aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraft­ maschine, bestehend aus einem metallischen Filtergehäuse mit Zu- und Ableitungsstutzen für den Abgasstrom und einem im Filtergehäuse angeordneten Filtereinsatz, welcher ein nichtmetallisches hochtemperaturfestes Filtermittel enthält, das auf einem mit Durchgangsöffnungen versehenen Stützblech angeordnet ist, wobei der Filtereinsatz im Filtergehäuse eine Rohgaskammer von einer Reingaskammer abtrennt, und die gesteuerte Zündung (Verbrennung) des auf dem Filtermittel abgeschiedenem Rußes mittels elektrischem Stromfluß (Strom­ wärmeerzeugung) durch die Rußpartikel selbst erfolgt, indem der abgeschiedene Ruß selbst als elektrischer Leiter (Heiz­ leiter) dient, wobei zur Zündenergiezuführung (also zur Stromzuführung) der Filtereinsatz mit einer entsprechenden Elektrodenkonfiguration versehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Elektroden (15, 16, 18, 20, 26, 27) mit einer spezifisch ausgebildeten Zündenergiequelle in Ver­ bindung stehen, derart, daß die Aufbringung der elektrischen Leistung zur Rußverbrennung durch eine leistungseingeprägt arbeitende Stromversorgungseinheit (28) erfolgt, welche zur Erzeugung einer vom Belastungswiderstand (augenblick­ lichen Rußersatzwiderstand R) unabhängigen elektrischen Ausgangsleistung eine Induktivität (L) enthält, deren periodische Ladestrombeaufschlagung von einem Zweipunkt­ regler, bestehend aus den Komparatoren (K₁) und (K₂) sowie einem bistabilen Multivibrator (K₃), in Zusammenarbeit mit einem als Stellglied fungierenden Transistorenpaar (S) gesteuert wird, während die - für den Fall eines unendlich hohen Rußersatzwiderstandes (R) - zu fordernde Energierück­ gewinnung mit Hilfe eines spannungsabhängig zündenden Widerstandes (F) mit negativer Widerstandskennlinie durch Zusammenwirken mit einem Diodenpaar (D₁, D₂) ermöglicht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektroden (15, 16) zwei unter hoher Zugspannung aufge­ wickelte hochwarmfeste Stahl-Drähte vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahl-Drähte konstante Steigung aufweisen, wobei einer der Stahl-Drähte (Elektrode 15) an einem Massenpotential der Zündenergiequelle liegend, an beiden Enden mit einem Rohr­ körper (4) des Rußfilters (1) verbunden ist und der andere der beiden Stahl-Drähte (Elektrode 16) an beiden Enden durch zugspannungsaufnehmende Isolatoren (17) geführt und mit dem anderen Potential der Zündenergiequelle verbunden wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als vierte und fünfte Elektroden (18, 20) zwei Lagen eng­ maschiges Stahldrahtgewebe vorgesehen sind, welche mit einer Zwischenlage (19) aus sehr weitmaschigem Quarzglas- oder Keramikfasergewebe oder einer spiralförmigen Wicklung aus Quarzglasroving auf Distanz zwecks Isolation gehalten werden und am Außenumfang des Filtereinsatzes (11) eine in Umfangs­ richtung verlegte Drahtbandage (21) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite des Stahldrahtgewebes (Elektrodengitters 18, 20) 0,3 bis 1 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der rußabscheidenden ersten Filterschicht (12) aus Schaumkeramik (12a) Einlegnuten (22) für die als Stahl- Drähte ausgebildeten Elektroden (15, 16) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den als Stahl-Drähte ausgebildeten Elektroden (15, 16) eine bestimmte Mäanderform aufgezwungen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Lochplatte (23) und einer darauf angeord­ neten Granulatschüttung (25) ein Granulat-Sperrsieb (24) aus hochwarmfestem Draht vorliegt, und daß in der Granulatschüttung (25) parallel und mit gleichem Abstand zueinander angeordnete Elektrodenplatten (26, 27) vorge­ sehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung höherer Ausgangsspannungen anstelle der Einzelinduktivität (L) ein Übertrager (Ü) bestehend aus einer Primär-Induktivität (L₁) und einer Sekundär-Induk­ tivität L₂ Verwendung findet, und der Zweipunktregler (K₁, K₂, K₃) die Zu- und Abschaltung des mit der Primärin­ duktivität (L₁) des Übertragers (Ü) verknüpften Lade­ stromes (I₁) im Hinblick auf die Konstanthaltung der Aus­ gangsleistung steuert, wobei der Komparator (K₁) den Einschaltbefehl und der Komparator (K₂) den Ausschaltbe­ fehl für den als Stellglied fungierenden nun einzigen Transistor (S) liefert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (K₂) den Einschaltbefehl aus dem zu Null gehenden Entladestrom (I₂) der Sekundär-Induktivität (L₂) ableitet.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein verlustenergieminimierender Betrieb durch Steuerung der vom Komparator (K₁) vorgegebenen Ansprechschwellenspannung sichergestellt wird, indem der Spannungsabfall des Rußersatzwiderstandes (R) am Schleifer eines hochohmigen Spannungsteilers (ST) abgeleitet wird, sodann wegen Festhaltens seines Maximalwertes einem ge­ takteten Spitzenwertspeicher (SS) zugeführt und zwischen­ gespeichert schließlich von einem glättenden Tiefpaß (TP) übernommen wird, um sodann in einem Differenzbildner (V) mit einer Sollwertspannung (U_soll) verglichen, eine Regel­ abweichung erzeugt, die mit einem Begrenzer (B) wechsel­ wirkend dem Schnellwertspannungseingang des Komparators (K₁) zuzuführen ist, um auf diese Weise einen Regelkreis zu bilden, der im Falle geringen oder gar keinen Ruß­ niederschlages am Filter, die in der Stromversorgungsein­ heit sonst anfallende Verlustleistung auf einen unbe­ deutenden Wert absenkt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Neuaktualisierung des Spitzenwertspeichers (SS) mit dem Erscheinen des neuen Ausgangssignals des Komparators (K₁) über einen Monoflop (MF) bewirkt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertspannung (U₁) kleiner als die per Spannungs­ teiler (ST) spannungsuntersetzte Überspannungsansprech­ schwelle mit einer Spannung (U₂) des spannungsgesteuerten Schutzwiderstandes (F) zu dimensionieren ist.