DE3686278T2

DE3686278T2 - Verfahren und vorrichtung zum filtern von festen teilchen aus einem dieselmotorauspuff.

Info

Publication number: DE3686278T2
Application number: DE8686301517T
Authority: DE
Inventors: Raymond F Baddour; Martin B Treuhaft; Iii Charles D Wood
Original assignee: BREHK VENTURES
Current assignee: BREHK VENTURES
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2006-03-05
Also published as: JPS61268813A; ATE79158T1; CA1287532C; BR8600932A; EP0194131B1; AU5430386A; KR860007456A; EP0194131A1; DE3686278D1; ZA861609B

Description

Gebiet der Erfindung

Das Gebiet der vorliegenden Erfindung ist Reduzieren des Emissionspegels in Dieselmotorabgas und sind insbesondere Verfahren und Einrichtungen zum Entfernen von Festkörper- Partikelmaterial, das in Dieselmotorabgas zu finden ist.

Allgemeiner Stand der Technik

In den letzten Jahren ist der Dieselmotor infolge seiner Kraftstoffersparnis im Vergleich zu herkömmlichen Benzinmotoren immer mehr bei Fahrzeugen mit einem leistungsstarken Eigenantrieb eingesetzt worden. Im Handel erhältliche Dieselmotoren für Straßenfahrzeuge werden üblicherweise in zwei Gruppen eingeteilt, nämlich in solche für leichte Kombifahrzeuge und Leichtkraftwagen und in solche für Schwerlastzkraftwagen. Die Kombifahrzeuge und Leichtkraftwagen sind von dem Umweltschutzamt als Personenwagen definiert worden, in denen zwölf oder weniger Passagiere sitzen können und Leichtkraftwagen und alle anderen Fahrzeuge sind solche unter einem Gesamtgewicht von 3.850 kg (8501 pounds). Diese Gruppe enthält die meisten Fahrzeuge und Kleinlastwagen, Kleinkombis und einige Spezialfahrzeuge. Schwerlastkraftwagen sind definiert als alle Fahrzeuge über 3850 kg Gesamtgewicht. Schwerlastkraftwagen sind üblicherweise Lastkraftwagen, Busse, Lieferwagen und Freizeitfahrzeuge.
Zusätzlich findet der Dieselmotor Verwendung in industriellen Anlagen, wie Lagereinrichtungen und Grubenbetrieben, von welchen viele nur eine begrenzte Belüftung haben. Dieselmotoren sind ferner wichtig in Diesellokomotiven, für industrielle Anwendungszwecke, wie Gabelstabler, Motoren, Hilfmotoren an großen Fahrzeugen, in Generator- und Pumpenservice, bei der Holzgewinnung, beim Bergbau, bei Steinbrucharbeiten und bei Arbeiten auf Ölfeldern sowie bei Tiefbohreinrichtungen, bei Baufahrzeugen, wie beispielsweise in Bulldozern, Straßenplanierraupen, Traktoren, Schürfbaggern, Walzen und Verladeeinrichtungen, sowie bei einer Verwendung in der Landwirtschaft, wie bei leistungsstarken landwirtschaftlichen Maschinen.
Trotz der steigenden Beliebtheit, insbesondere in der Gruppe Schwerlastkraftwagen, und obwohl Dieselmotorabgas (im Unterschied zu den Abgasen von Benzinmotoren) relativ sauber bezüglich unverbranntem Kohlenwasserstoff- und Kohlenstoffmonoxid-Gehalt sind, gibt es mehrere signifikante Schwierigkeiten bei der Verwendung des Dieselmotors. Diese rühren im wesentlichen von der Tatsache her, daß Dieselmotorabgas unerwünscht große Mengen an Feststoff-Partikelmaterial, beispielsweise in Mengen enthält, welche zumindest 30 bis 50 Mal größer sind als die in dem Abgas eines Benzinmotors vorhandenen Mengen.
Typisches Feststoff-Partikelmaterial im Dieselmotorabgas besteht aus kleinen, festen,unregelmäßig geformten Partikeln, welche Konglomerate von annähernd kreisförmigen Untereinheiten sind. Die Partikel weisen oft Kohlenstoffwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht auf, die an ihren Oberflächen absorbiert sind, und sie können auch eine Flüssigkeitsschicht haben; häufig ist das Partikelmaterial ein komplexes Gemisch aus reinem Kohlenstoff und hunderten von organischen Verbindungen. Das Partikelmaterial ist oft extrem fein und leicht mit einer mehlähnlichen Konsistenz. Die Größenverteilung reicht von sehr kleinen Einzelpartikeln von etwa 0,01u bis relativ großen Clustern im Bereich von 10 bis 30u. Zur Veranschaulichung, die Partikel haben ein Füllgewicht von 0,075g/cm³ und haben eine Oberfläche von 100m²/g. Im allgemeinen ist die Beschaffenheit des Feststoff-Partikelmaterials, das von Dieselmotoren mit Turboladung emittiert worden ist, etwas anders als das von natürlich ansaugenden Dieselmotoren; das letztere ist in seiner Größe viel kleiner und hat viel niedrigere Werte an zurückgehaltenen organischen Verbindungen.
Wenn dies nicht gedämpft wird, wird die vorerwähnte hohe Festkörper-Partikelemission im Dieselabgas sich in Zusammensetzungsproblemen fortsetzen, welche durch den bereits hohen Pegel an insgesamt schwebenden Partikeln in der Atmosphäre, insbesondere in Stadtgebieten hervorgerufen sind. Beispielsweise kann, wenn die Dieselmotorverbreitung zunimmt, erwartet werden, daß die Sicht bzw. Sichtweite in größeren Städten geringer wird. Folglich veranschlagt das National Research Council den Sichtweitenverlust im Jahre 1990 in Los Angeles mit 20% und in Denver mit 50% (Science, Seite 268, Januar 1982). Darüber hinaus sind bestimmte charakteristische Komponenten von Dieselabgas-Partikelemissionen als Karzinogene identifiziert worden. Deren Vorhandensein in der Atmosphäre erzeugt folglich ein offensichtliches und inakzeptables Gesundheitsrisiko. In diesem Zusammenhang hat das nationale Krebsinstitut eine Studie veröffentlicht, in welcher gezeigt ist, daß bei Lastkraftwagenfahrern von mit Dieselmotoren ausgerüsteten Fahrzeugen das Risiko eines Blasenkrebs bis auf das Zwölffache des Risikos der normalen Bevölkerung angestiegen ist (Wall Street Journal, 11. April 1983).
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Situation hat das Umweltschutzamt eine Norm für die Partikelmaterial-Emission von mit Dieselmotoren ausgerüsteten Leichtfahrzeugen von 0,6g/Meile beginnend mit dem Modelljahr 1587 vorgeschlagen; das Umweltschutzamt hat ferner (für eine Durchsetzung mit Beginn des Modelljahres 1990) eine Norm für solche Emissionen von mit Dieselmotoren ausgerüsteten Schwerlastkraftwagen von 0,25g/BPSh (Brems-PSh) vorgeschlagen.
Eine der freien Entscheidungen, welche den Herstellern von Dieselmotoren und von Fahrzeugen mit Eigenantrieb zum Bekämpfen des vorerwähnten Problems gestattet ist, ist ein bewußtes Niedrighalten der Nutzleistung in kommerziell hergestellten Dieselmotoren. Tatsächlich ist diese Technik einfach ein Ausdehnen von Methoden, die angewendet worden sind, um qualm- und gasförmige Emissionen zu kontrollieren, was früher schon Motorhersteller angewendet haben. Spezielle Beispiele dieser Technik sind die Methoden, die angewendet worden sind, um (1) Beschleunigungsqualm und (2) Belastungs- (lugdown-)Qualm zu minimieren.
Beschleunigungsqualm wird während einer Fahrzeugbeschleunigung hervorgerufen; er wird durch ein Kraftstoff/Luftverhältnis hervorgerufen, das höher als gewünscht ist und zeigt sich üblicherweise als ein kurzer "schwarzer Qualm". Belastungsqualm wird während eines Betriebs unter schwerer Last wie beispielsweise während einer Bergfahrt erzeugt. Dies kann zweckmäßigerweise als ein Vollast-Dauerqualm betrachtet werden. Hersteller gleichen diese Schwierigkeit dadurch aus, daß die Kraftstoffmenge, die unter Bedingungen eingespritzt wird, bei welchen die Emissionen erzeugt werden, mechanisch begrenzt werden. Folglich wird eine Qualmreduzierung auf Kosten eines Leistungsverlustes erkauft.
Bei der vorstehend beschriebenen Technik haben die Motorhersteller einige Fortschritte in dem Bemühen gemacht, die Feststoff-Partikelemissionen in dem Abgas solcher Motoren zu verringern. Obwohl diese Methoden in gewisser Weise hilfreich gewesen sind, stellen sie jedoch keine ausreichende Lösung dar. Das heißt, die vorstehenderwähnten Mittel sind nicht wirksam, um alle Festkörper-Partikelemissionen zu beseitigen oder um sie sogar auf einen wünschenswerterweise niedrigen Wert herabzusetzen, wenn nicht die Leistungsabgabe auf einen unannehmbar niedrigen Wert herabgesetzt wird.
Mehrere alternative Möglichkeiten, um Emissionspegel zu reduzieren, sind untersucht worden. Hervorzuheben unter diesen Möglichkeiten sind die thermische und katalytische Oxidation von Partikelmaterial, während es noch in dem Abgasstrom schwebt, und zwar sind dies die thermische Oxidation von mittels Filter eingefangenem Partikelmaterial und die katalytische Oxidation von mittels Filter eingefangenem Partikelmaterial. Jedoch weisen auch diese Möglichkeiten generell Mängel auf, welche ihre Eignung als brauchbare, kommerzielle Lösungen beeinträchtigen.
Beispielsweise müssen bei einer im Abgasstrom durchgeführten thermischen Oxidation dem Abgasstrom große Mengen an Heizenergie zugeführt werden, welche üblicherweise nicht wieder rückgewinnbar ist. Für eine im Abgasstrom durchgeführte katalytische Oxidation muß eine entsprechende Einrichtung geschaffen werden, um Katalysatormaterial in den Abgasstrom einzuführen, und es muß eine vorbereitende Identifizierung von geeigneten Katalysatoren vorgenommen werden. Beides sind schwierige Probleme, die bis heute noch nicht gelöst sind.
Bei einer anderen Lösung der vorerwähnten Möglichkeiten wird ein Filter verwendet, um Feststoffpartikel aus einem Dieselmotor-Abgasstrom zu entfernen. Die Verwendung von Filtern ist auf ein verhältnismäßig großes Interesse gestoßen. Hierzu wurde mit einer Anzahl verschiedener Typen von Filtermaterialien experimentiert, insbesondere mit keramischen Materialien, Edelstahldrahtgewebe u. a. Filtrieren ist natürlich eine einigermaßen direkte Art, eine Partikelemission aus einem Abgasstrom zu entfernen. Jedoch treten bei der Verwendung von Filter beträchtliche Schwierigkeiten auf, die daraus resultieren, daß diese Filter verstopfen.
Für viele Filtermaterialien ist eine Partikelbelastung ein irreversibler Prozeß insofern, daß, sobald eine Belastung oder Verstopfung einen bestimmten Punkt erreicht hat, das Filterelement ausrangiert oder ersetzt werden muß, da die anfängliche Einschränkung nicht wieder hergestellt werden kann. Für solche Filterelemente ist ein Reinigen unwirksam.
Selbst wenn ein Verstopfen nicht zu einer Nichtumkehrbarkeit führen darf, führt ein solcher Vorfall zu einer Drosselung des Abgasflusses durch das Filter. Da, um wirksam zu sein, das Filter in dem Abgasstrom positioniert sein muß, wird durch ein Verstopfen des Filters die Druckdifferenz an dem Filterelement größer und der Abgasbetrieb wird eingeschränkt, was sich schädlich auf den Betrieb des Dieselmotors auswirkt. Folglich muß, wenn Filtrieren eine praktische Lösung sein muß, Festkörper-Partikelmaterial entfernt werden, welches einen Abgasstrom durch Filterelemente verstopft, d. h. das Filter ist zu regenierieren.
Es ist folglich nicht überraschend, daß eine Filter-Regenerierung ein zentrales Problem bei den vorerwähnten Filtierungstechniken ist. Obwohl Filterregenierungsmethoden angewendet werden, sind diese Techniken kommerziell nicht attraktiv. Beispielsweise sind die thermische und katalytische Oxidation von mittels Filter eingefangenem Partikelmaterial, um das Filter zu regenieren, problematisch, insofern, da die Platz-Kosten- und Energieverbrauchs-Anforderungen beträchtlich sind. Diese Filtrierungstechniken sind nicht mehr akzeptabel als die direkten, im Abgasstrom durchgeführten Oxidationstechniken, bei welche keine Filter verwendet zu werden brauchen.
Als ein Anzeichen, welche Richtung die Technik eingeschlagen hat,siehe einen kürzlich veröffentlichten Überblick und eine Bewertung der vor stehend besprochenen Vorschläge - Murphy et al "Assessment of Diesel Particulate Control - Direkt and Catalytic Oxidation", präsentiert auf dem internationalen Kongreß und der Ausstellung Cobo Hall, Detroit, Michigan (23. bis 27. Februar 1981), SAE Technical Paper Series No. 810.112, in welchem dargelegt ist, daß die Technik, welche am meisten bezüglich des Entfernens von Feststoff-Partikelmaterial aus Dieselmotorabgas verspricht, die katalytische Oxidation von mittels Filter eingefangenem Partikelmaterial ist.
Ein weiterer Vorschlag, um Feststoff-Partikelmaterial aus Dieselmotorabgas zu entfernen, erscheint in der UK-Patentanmeldung 2 097 283. In dieser Anmeldung ist ein Verfahren zur Filtration eines Abgasstromes eine entsprechende Einrichtung beschrieben, bei welcher die Verwendung von keramischem Filtermaterial und nicht weniger als zwei Filterzonen vorgesehen sind, welche abwechselnd zum Filtern des Abgasstromes eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Das Wesentliche dieser Technik ist die Filtrierung des Abgasstromes mit einer Filterzone, während gleichzeitig die andere Filterzone regeneriert wird, indem ein geeignetes Fluid (z. B. Luft) in einer Richtung hindurchgeleitet wird, welche derjenigen des Abgasstromes entgegengesetzt ist, um eingefangenes Feststoff-Partikelmaterial zu entfernen. Diese Regenerationstechnik ist als Rückspülen bekannt. Es ist eine Quantifikation bezüglich der Rückspülzeit gegeben; es ist offensichtlich, daß ein Rückspülen durch ein kontinuierliches, verhältnismäßig langes Durchleiten eines Rückspülfluids durch die zu regenerierende Filterzone bewirkt wird. Das aus dem Filter entfernte Feststoff-Partikelmaterial wird zu dem Motor für eine Veraschung zurückgeführt. Zu einem gewünschten Zeitpunkt wird die regenerierte Filterzone in den Abgasstrom eingesetzt, und die andere Filterzone wird einer Durchspülung unterzogen. Auf diese Weise werden die Filterzonen bei einem Versuch gedreht, einem wirksamen Motorbetrieb während der Filterung aufrechtzuerhalten.
Jedoch sogar die in der vorstehend angeführten UK-Patentanmeldung beschriebene Technik hat beträchtliche Nachteile. Die fortwährende Rückspülprozedur, welche in der Anmeldung vorgeschrieben ist, ist unwirksam, um ein Langzeitverstopfen der verwendeten Filterzonen zu verhindern. Vielmehr nimmt trotz des Rückspülens die Verstopfung ständig zu, was wieder zu einem ständig zunehmenden Druckabfall in dem Filter führt. Ein Dauerbetrieb kann dadurch nicht erreicht werden. Ferner ist, obwohl mit Hilfe der fortwährenden Rückspül/Rückführprozedur, die in der UK-Patentanmeldung beschrieben ist, der Partikelemissionspegel etwas niedriger ist, dieser Pegel noch unzulässig hoch, weshalb noch viel Raum für Verbesserungen bleibt.
In DE-C-664 371 ist ein Abgasfilter für einen Verbrennungsmotor beschrieben, bei welchem Ventile stromaufwärts bzw. stromabwärts, d. h. vor und hinter dem Filtermaterial vorgesehen sind. Diese Ventile sind mit der Bewegung jedes Ventils zwischen seinen zwei Stellungen gekoppelt. In einer ersten Stellung jedes Ventils strömen Abgase durch das Filter in einer ersten Richtung, während in einer zweiten Stellung jedes Ventils die Abgase in der umgekehrten Richtung strömen, um abgesetzten Ruß aus dem Filter auszustoßen.

Ziele der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Entfernen von Festkörper-Partikelmaterial aus dem Abgas eines Dieselmotors zu schaffen, welches eine erhöhte Nutzung des Nutzleistungspotentials des Motors bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Feststoff-Partikelemission auf einen geringfügigen Pegel ermöglicht, und auch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Entfernen von Feststoff-Partikelmaterial aus Dieselmotor- Abgas zu schaffen, welches direkt, einfach, verhältnismäßig preiswert und hocheffizient ist, sowie eine Einrichtung zur Durchführung derselben zu schaffen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Entfernen von Feststoff-Partikelmaterial aus Dieselmotorabgas mittels Filtrierung zu schaffen, welches wirksam ist, um das Filtermaterial im wesentlichen vollständig zu regenerieren, und um dadurch einen annehmbaren, niedrigen Druckabfall wiederherzustellen, und eine Einrichtung zum Durchführung desselben zu schaffen.
Es ist noch ein weiteres Ziel dieser Erfindung, ein Verfahren zum Entfernen von Feststoff-Partikelmaterial aus Dieselmotorabgas mittels Filtrierung zu schaffen, welches wirksam ist, um den Verbrennungswirkungsgrad einer rückgeführten Feststoff-Partikelemission zu erhöhen, um dabei in Verbindung mit der Filtrierung des Abgasstromes Feststoff-Partikelpegel in dem Dieselmotorabgas synergetisch zu erniedrigen.

Darstellung und Vorteile der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, das Feststoff-Partikelmaterial aus dem Abgas eines Dieselmotors entfernt und folgendes umfaßt:
Durchleiten des Abgasstromes des Motors durch mindestens einen Teil einer Filtereinrichtung, um Feststoff-Partikelmaterial aufzufangen, das ursprünglich im Abgas enthalten war, um hierdurch das Feststoff-Partikelmaterial automatisch aus dem Abgasstrom zu entfernen;
intermittierendes Unterbrechen des Abgasstromes durch mindestens den genannten Teil der Filtereinrichtung und Rückspülen mindestens des genannten Teils der Filtereinrichtung während der genannten Unterbrechung, durch Durchleiten eines Rückspül-Strömungsmittels durch den genannten Teil der Filtereinrichtung in eine Richtung entgegengesetzt zu jener des Abgasstromes, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfaßt:
Erzeugen einer Zone verringerten Drucks auf der stromabwärts gelegenen Seite des genannten Teils der Filtereinrichtung oder einer Zone erhöhten Drucks auf der stromabwärts gelegenen Seite des genannten Teils der Filtereinrichtung, und Benutzen der genannten Zone bei der Erzeugung mindestens eines Strömungsmitteldruckimpulses des Rückspülungs-Strömungsmittels mit ausreichender Leistung, um die Entfernung des Feststoff-Partikelmaterials vom genannten Teil der Filtereinrichtung zu bewirken und hierbei den genannten Teil der Filtereinrichtung zu regenerieren.
Gemäß der Erfindung ist auch ein Dieselmotor geschaffen, welcher mit einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens des Anspruchs 1 ausgestattet ist,wobei die Vorrichtung eine Filtereinrichtung aufweist, die so positioniert ist, daß sie den Abgasstrom des Motors abfängt, und die das Feststoff- Partikelmaterial auffängt, das ursprünglich im Abgas enthalten ist, wenn der Abgasstrom durch mindestens einen Teil der Filtereinrichtung hindurchströmt, um hierdurch das Material aus dem Abgasstrom zu entfernen, eine Einrichtung zum intermittierenden Unterbrechen des Abgasstromes durch mindestens den Teil der Filtereinrichtung und eine Einrichtung zum Hindurchleiten von Rückspülungs-Strömungsmittel durch mindestens den Teil der Filtereinrichtung in einer Richtung entgegengesetzt zu jener des Abgasstromes während der Unterbrechung
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine Zone mit verringertem Druck an der stromaufwärts gelegenen Seite des Teils der Filtereinrichtung oder eine Zone mit erhöhtem Druck an der stromabwärts gelegenen Seite des Teils der Filtereinrichtung zu erzeugen, und
eine Einrichtung vorgesehen ist, um die genannte Zone bei der Erzeugung mindestens eines Strömungsmitteldruckimpulses des Rückspülungs-Strömungsmittels mit ausreichender Kraft zu benutzen, um die Entfernung des Feststoff-Partikelmaterials von dem Teil der Filtereinrichtung zu bewirken, und um hierbei den Teil der Filtereinrichtung zu regenerieren.
In einem Verfahren oder einer Einrichtung gemäß der Erfindung ist die Filtereinrichtung eine einzige Filterzone.
Zahlreiche Vorteile ergeben sich bei der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung führen zu einer Verringerung von Feststoff-Partikel- Emissionspegeln in Dieselmotorabgas auf einen unbedeutenden Wert; im allgemeinen werden 90% oder mehr der Feststoff- Partikelemissionen entfernt, und Partikelemissionen liegen gut unter den maximalen Emissionswerten, die für eine Ausführung in absehbarer Zukunft vorgeschlagen worden sind. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, potentielle Nutzleistung des Motors zu unterdrücken, um Emissionspegel zu verringern; folglich ist eine beträchtlich erhöhte Nutzung der potentiellen Dieselmotornutzleistung ermöglicht. Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern einer Feststoff-Partikelemission, welche direkt, einfach, verhältnismäßig preiswert und effizient aufgrund der Benutzung von jederzeit verfügbarem Filtrierungsmaterialien und aufgrund der Beseitigung der Notwendigkeit sind, große thermische Energiemengen, katalytische Mittel u. a. in das Filtersystem einzubringen. Außerdem bewirkt die Erfindung durch die Anwendung eines gepulsten Rückspulens eine im wesentlichen vollständige Regeneration des verwendeten Filtermaterials. Dies ergibt einen bedeutsamen Vorteil, insofern, als eine ständige Verschlechterung des Filtermaterials infolge von nicht wiedergutzumachenden Langzeit-Verstopfungseffekten, die erfolgen, wenn ein ständiges Rückspülen angewendet wird, beseitigt sind und ein hoher Filtrierungswirkungsgrad erhalten wird (wodurch der Nutzeffekt verbessert und die Nutzungsdauer des Filters verlängert wird). Ebenso laufen die erfindungsgemäße Verwendung von gepulstem Rückspülen zum Regenerieren des Filtermaterials und das gleichzeitige Rückführen von eingefangenem Feststoff-Partikelmaterial zu dem Motor für eine Verbrennung tatsächlich auf eine synergetische Steigerung im Veraschungs-Wirkungsgrad des Feststoff-Partikelmaterials gegenüber dem Veraschungs- Wirkungsgrad von rückgeführten Feststoff-Partikelemissionen hinaus, wenn ein kontinuierliches Rückspülen angewendet wird. Die vorliegende Erfindung ist daher ein beträchtlicher, technischer und kommerzieller Fortschritt.
In den folgenden Abschnitten wird die Erfindung im einzelnen beschrieben, um mehrere ihrer bevorzugten Ausführungsformen zu erläutern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines "keramischen Honigwaben"-Filterelements, das sich für eine praktische Durchführung der Erfindung eignet.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht von mehreren unabhängigen Durchlässen in dem Filterelement der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Erfindung, nämlich einer Dieselmotor-Abgasfilteranordnung, die eine einzige Filterzone benutzt.
Fig. 4 ist eine Kurvendarstellung, welche die Ergebnisse einer Filterregeneration gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 5 stellt eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung dar.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, in welcher gepulstes Rückspulen mit Druckluft durchgeführt wird.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung noch einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung, in welcher zwei Filterzonen verwendet sind.

Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen

Die Erfindung kann in Verbindung mit ansaugenden und turbo-geladenen Dieselmotoren aller Größen, jedoch insbesondere bei größeren turbo-geladenen Dieselmotoren verwendet werden, welche in leistungsstarken Fahrzeugen, wie Lastkraftwagen, Omnibussen u.ä. und in der Schwerindustrie verwendet werden, bei welcher Feststoff-Partikelemissionen besonders hoch und infolge schlechter Belüftung u.ä. besonders unerträglich sind.
Das hauptsächliche Erfolgskriterium bei der vorliegenden Erfindung (wie bei allen Filtersystemen für Verbrennungsmotor- Emissionen) ist das Erreichen der gewünschten radikalen Minimierung von Feststoff-Partikelemissionspegeln unter Dauerbetrieb-Bedingungen, wie sie bei kommerziellen Anwendungen, in der Kraftfahrzeugindustrie und anderen industriellen Anwendungen auftreten. Andererseits sind Filtrierverfahren und -einrichtungen, die ein Filterelement einschließen, das sich irreversibel (wenn auch allmählich) bis zu dem Grad zusetzt, der über demjenigen liegt, bei welchem die Filtrierung mit einem leistungsfähigen Motorbetrieb vereinbar ist, oder dessen Nutzung zu dem Ansammeln von Feststoff-Partikelemissionen irgendwo in dem System führt, bis ein leistungsfähiger Betrieb des Motors ausgeschlossen ist, nicht für einen ausreichend langen Betrieb geeignet, um ausführbare Lösungen hinsichtlich der vorstehend erläuterten Verunreinigungsprobleme zu schaffen. Beispielsweise können Fachleute ohne weiteres einschätzen, daß ein Partikelemissions-Zusetzen eines Filterelements oder Abfangfilters zu einem unerhört großen Anstieg im Druckgefälle an dem Abfangfilter führt, wodurch in das System ein unzulässig hoher Gegendruck eingebracht wird, wodurch der Betrieb des Motors selbst behindert wird. Folglich muß ein Gleichgewicht erreicht werden, d. h. ein Zustand, bei welchem die Partikelemissionsmenge von dem Motor der Menge entspricht, welche dazu beiträgt, eine atmosphärische Verunreinigung in dem größtmöglichen Maße zu minimieren. Eine Minimierung der Verunreinigung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch erreicht, daß das Feststoff- Partikelmaterial (abgesehen von der Menge, welche sich in dem System selbst ansammelt) in dem Motor für eine Verbrennung (Veraschung) zurückgeleitet wird. Folglich werden Ausführungen, die im Laufe der Nutzung und Verwendung der Erfindung gemacht worden sind, dahingehend gesteigert, daß der Partikelemissionsbestand in dem System auf einen möglichst niedrigen Wert gehalten wird und die Menge an Partikelemissionen maximiert werden, die zu dem Motor zurückgeleitet und in diesem verascht werden.
Ein wichtiger Punkt ist das Filterelement oder der Abfangfilter erwendet wird, um Feststoff-Partikelmaterial aus dem Abgasstrom zu entfernen, welcher von dem Motor abgegeben wird. Geeignete Materialien zum Filtern des Abgasstromes gemäß der Erfindung sind keramische Honigwaben, gesinterte Metallpartikel, beschichtetes und unbeschichtetes Metallmaterial, keramische Fasern, keramischer Schaum und Füllkörper. Von diesen Materialien wirken keramische Honigwaben und gesintere Metallpartikel-Materialien als Oberflächenfilter, sofern Partikel, die größer als die effektive Porengröße der Honigwaben sind, normalerweise an ihrer stromaufwärts liegenden Fläche gesammelt werden. Im Gegensatz hierzu können die anderen vier Filtermedien als Tiefenfilter angesehen werden, da ein Partikelentfernen nicht auf die Oberfläche beschränkt ist, sondern überall in einem Teil oder in der gesamten Dicke oder Tiefe des Filtermaterials möglich ist.
In einem keramischen Honigwabenfilter werden Feststoff-Partikel, die größer als die ungefähre mittlere Porengröße des Materials sind, an der Materialoberfläche abgefangen und daran gehindert, das Material zu durchlaufen. Wenn sich Partikel an der Oberfläche sammeln, wird die effektive Porengröße verringert, was wiederum zu einem erhöhten Wirkungsgrad führt, wenn kleiner bemessene Partikel gesammelt werden. Im allgemeinen haben keramische Honigwabenabfangfilter drei Aktivitätszonen, nämlich erstens einen Abschnitt mit einem verhältnismäßig schnellen Gegendruckanstieg, was sehr wahrscheinlich von einem frühen Porenzusetzen und einer anfänglichen Krustenbildung an der stromaufwärts liegenden Fläche des Filtermaterials herrührt; zweitens einen längeren Abschnitt, der durch eine verhältnismäßig konstante Belastungsneigung gekennzeichnet ist; schließlich ein kürzerer Abschnitt, während welchem der Gegendruck wieder schnell ansteigt, wahrscheinlich infolge einer vollständigen Verstopfung vieler Zellen. Hierbei wird das vordere eine Inch oder so des Filtermaterials, wenn es in einer typischen Filteranordnung verwendet ist (s. Fig. 1 oder 2, die nachstehend noch beschrieben werden) üblicherweise viel stärker belastet als der Rest des Filters, welcher nur eine leichtere und verhältnismäßig gleichförmige dünne Schicht des Feststoffpartikelmaterial-Filtrats trägt. Ein Entfernen von eingefangenem Reststoff-Partikelmaterial gemäß der Erfindung wird vorzugsweise in der ersten oder frühen zweiten Stufe erreicht. Jedoch erhöht die Ausführung des keramischen Honigwabenfilters, um einen Luftstrom in jedem Kanal des Filterelements zu optimieren, um die Belastung gleichmäßiger zu verteilen, in bestimmten Ausführungsformen den Wirkungsgrad des Entfernens und/oder den Zeitabschnitt, welcher zwischen Entfernungsvorgängen verstreichen kann.
Gesinterte, poröse Metallfiltermaterialien sind vorteilhaft, da sie die strukturelle Integrität eine Korrosions- und Temperaturbeständigkeit aufweisen, die in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung erforderlich ist. Diese Materialien werden üblicherweise durch Vorverdichten und dann durch Sintern von Edelstahl und anderen Arten von Legierungsmetall- Pulver und auf Nickelbasis hergestellt. Sie sind kommerziell erhältlich beispielsweise von Mott Metallurgical Corporation und sind gut geeignet für eine Regenerierung (d. h.Reinigung) gemäß der Erfindung. Ihre "Wiedermitnahme"-("re-entrainment") Eigenschaften können sehr brauchbar und nützlich sein, um aufgefangene Partikel mit einer relativ geringen Schwierigkeit zu entfernen.
Sowohl in den Maschendraht- als auch in den keramischen Faserfiltermaterialien sind die primären Abfangfiltermechanismen Auftreten und Diffusion. Das heißt, während des Betriebs stoßen größere Partikel mit den Fäden des Maschen- oder Fasermaterials zusammen und haften an den Fadenoberflächen oder an Partikeln, die bereits an diesen Flächen gesammelt worden sind. Außerdem wandern einige kleinere Partikel durch Diffusion in die Oberfläche des Maschen- oder Fasermaterials oder zu vorher gesammelten Partikeln und werden auch in dem Filter zurückgehalten. Maschen- und Faserfallen dieser Art sind vorteilhaft, da die Gegendruckwerte, die bei deren Verwendung auftreten, relativ niedrig sind. Während deren Bestreben, ein "Abspreng"-Phänomen, d. h. eine "Wiedermitnahme" in dem Abgasstrom aus vorher gesammelten Partikeln zu zeigen, etwas nachteilig sein kann, wirkt deren kontrolliertes Auftreten in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung zum Vorteil bei der praktischen Benutzung der Erfindung, da eine kontrollierte "Wiedermitnahme" eines der Ziele der Erfindung ist. In einer alternativen Ausführungsform ist Maschenmetall-Filtermaterial mit aktiviertem Aluminiumoxid überzogen, was eine hochporöse Oberflächenstruktur mit einem großen Oberflächenbereich schafft. Zusätzlich wird durch die poröse Oberfläche ein Grenzschichtfluß unterbrochen, wodurch die Diffusion in die Maschenfäden unterstützt wird. Dies läuft auf eine erhöhte Sammelwirkung und höhere Haltekraft hinaus.
Keramische Schaumfiltermaterialien, wie Silika-Schaummaterialien, sind ebenso brauchbar. Diese Materialien schaffen ein dreidimensionales offenporiges Netzwerk, welches Feststoff- Partikelmaterial wirksam einsammelt. Die Haupteinfangmechanismen sind Auffangen und Diffusion. Im allgemeinen nimmt das Einfangvermögen zu, wenn die Anzahl an Zellen pro linearem Inch und Tiefe zunehmen. Ein Druckabfall an dem keramischen Schaumfilter nimmt mit der Zellenanzahl und Tiefe zu, nimmt aber mit zunehmender Querschnittsfläche für eine vorgegebene Volumen-Strömungsgeschwindigkeit ab. Ein Losreißen von ein gefangenen Partikeln gemäß der Erfindung ist in vielen Fällen schwieriger, wenn ein keramisches Schaummaterial verwendet wird; jedoch ist in einigen Ausführungsformen diese Schwierigkeit größer als ein Versetzen durch den geringeren Gegendruck, was mit der Verwendung von keramischem Schaummaterial im Vergleich zu keramischem Honigwaben infolge der Tatsache zusammenhängt, daß die Zellengröße in den keramischen Schaumstoffmaterialien oft größer ist als die Porengröße in keramischen Honigwaben-Strukturen.
Granulatbett-Filter bieten sich selbst für ein Ausführen bestimmter Ausführungsformen der Erfindung. Sie sind insbesondere von Interesse wegen ihrer Fähigkeit entweder in einem stationären oder einem fluidisierten Mode zu funktionieren. Hieraus folgt, daß das Granulatbett in einem stationären Mode während des Belastens oder Einfangens betrieben werden kann, um den Sammelwirkungsgrad zu unterstützen und dann in einem fluidisierten Mode während der Reinigung betrieben werden kann, um ein Entfernen bzw. Losreißen und ein "Wiedermitnehmen" zu steigern. Dieser Vorteil ist ein Ergebnis der Tatsache, daß ein Eindringen in ein Fließbett gewöhnlich merklich höher ist als ein Eindringen in ein sonst entsprechendes, stationäres, wobei die Zunahme der besseren "Wiedermitnahme" durch eine mechanische Bewegung dem fluidizierten Mode zuzuschreiben ist. In deiner vorteilhaften Ausführungsform wird der Sammelwirkungsgrad eines stationären Granulatbetts durch die intergranularen Ablagerungen in dem Bett, d. h. Feststoff-Partikel, welche während des Filterns in Zwischenräumen angebracht werden, erhöht; das Bett wirkt wie ein abgestuftes Medienfilter, bei welchem größere Partikel üblicherweise an Körnchen an der Bettoberfläche und kleinere Partikel in den Bettporen durch eine immer dichtere Ablagerung gesammelt werden. Flache Betten sind günstig, da sie entsprechend ausgelegt werden können, um einen hohen Sammelwirkungsgrad bei einem verhältnismäßig niedrigen Gegendruck und bei leichten Losreißen und "Wiedereinsteigen" zu schaffen.
Ein besonders bevorzugtes Filtermaterial ist eine keramische Honigwabeneinheit mit parallelen Kanälen, welche deren gesamte Länge durchlaufen. Die Zellen haben vorteilhafterweise eine quadratische Format können aber auch eine andere Konfiguration, wie kreisförmig, elliptisch usw. haben. Die keramische Filtereinheit wird in geeigneter Weise aus einem porösem Cordierit (2MgO-2Al&sub2;O&sub3;-5SiO&sub2;) hergestellt, ist aber auch annehmbar aus irgendwelchen anderen Keramiken herstellbar, wie aus Mullit, Aluminiumoxid, Forsterit, Aluminium-Titanat, Mullit- und Aluminiumtitanat, Spinell, Zirkondioxid und Spinell, kalkhaltigem, teilweise stabilisierten Zirkondioxid und Aluminiumoxid und Silizium (IV)oxid. Einheiten, die aus den vorstehenden Materialien hergestellt worden sind, welche sich für die Erfindung eignen, haben üblicherweise physikalische Merkmale, wie Zellendichte, Porösität, mittlere Porengröße, Wärmeausdehnungskoeffizient und Druckfestigkeit, was den entsprechenden Merkmalen kommerziell erhältlicher Einheiten aus solchen Materialien entspricht, die zum Filtern von Partikelmaterial aus Dieselmotorabgas verwendet worden sind. Die vorrangigen Forderungen sind, daß das Material die notwendige mechanische Festigkeit, die notwendige chemische Beständigkeit, die notwendige Wärme-(thermofracture)Widerstandsfähigkeit und den notwendigen Schmelzwiderstand hat, um wirksam in der feindlichen Umgebung zu überleben, welche durch das Dieselmotorabgas präsentiert wird.
In Fig. 1 ist eine Ausführung einer keramischen Honigwaben- Filtereinheit dargestellt, die sich für ein Realisieren der vorliegenden Erfindung eignet. Die Einheit 10 hat eine Monolith-Stirnseite. An der Stirnseite wechseln Öffnungen 14 mit festen Keramikstopfen 16 ab, wodurch eine schachbrettartige Anordnung gebildet ist. Die Öffnungen erlauben ein Eindringen in und ein Austreten aus parallelen Kanälen, welche sich über die gesamte Länge der Einheit erstrecken. Die Kanäle enden an dem gegenüberliegenden (nicht dargestellten) Ende der Einheit und sind an diesem Ende durch Keramikstopfefi versperrt, so daß eine Gruppe von Blindgängen erzeugt werden. Auch auf der gegenüberliegenden Seite der Filtereinheit wechseln sich Poren und Keramikstopfen ab. Die Poren auf der gegenüberliegenden Seite erlauben ein Eindringen in und ein Austreten aus entsprechenden parallelen Kanalgruppen, welche über die gesamte Länge der Einheit verlaufen und in Keramikstopfen 16 in der Stirnfläche 12 enden. Folglich schaffen die keramischen Kanäle, die sich zu der gegenüberliegenden Seite der Filtereinheit 10 öffnen, eine weitere Gruppe von parallelen Blindgängen und sind in der Filtereinheit entsprechend angeordnet, um sich mit den Blindgängen abzuwechseln, die sich zur Stirnseite 12 hin öffnen.
Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine Kanalanordnung der in Fig. 1 dargestellten Art. Mit Partikelmaterial beladenes Abgas 22 ist zu der stromaufwärts liegenden Fläche der Einheit 24 ausgerichtet. Das Abgas tritt durch Öffnungen 28 in der stromaufwärts liegenden Fläche der Einheit in blinde Kanäle 26 ein. Die Kanäle 26 werden an der stromabwärts liegenden Fläche 30 durch keramische Stopfen 32 versperrt. An der stromabwärts liegenden Fläche 30 erlauben Öffnungen 34 ein Eindringen in und ein Austreten aus Kanälen 36. Diese Kanäle sind an der stromaufwärts liegenden Fläche 24 durch keramische Stopfen 38 verschlossen. Kanäle 26 und 36 sind durch gemeinsame Wandungen 40 voneinander getrennt. Diese gemeinsamen Wandungen sind ausreichend porös, um einen Durchgang von Abgas zu ermöglichen; jedoch sind die Wandungsporen hinreichend klein, um einen Durchgang der großen Mehrheit an Feststoff-Partikelmaterial in dem Abgas zu verhindern. Folglich tritt, wie aus den Pfeilen in Fig. 2 ersehen werden kann, Abgas, welches Feststoff-Partikelmaterial trägt, in Öffnungen 28 ein und strömt entlang Kanälen 26. Feststoff- Partikel 42 werden an den Wandungen der Kanäle 26 abgefangen, während das Gas durch die porösen Wandungen hindurchtritt und entlang des Kanals 36 zu Öffnungen 34 weiter strömt, wo es auf der stromabwärts liegenden Seite der Filtereinheit freigesetzt wird. Stopfen 38 an der stromaufwärts liegenden Fläche 24 der Filtereinheit verhindern einen Durchgang des mit Partikelmaterial beladenen Abgases direkt in Kanäle 36. Entsprechend verhindern Stopfen 32 ein Ausströmen von mit Partikelmaterial beladenem Abgas an der stromabwärts liegenden Fläche 30 der Einheit.
Um die in Fig. 1 und 2 dargestellte Filtereinheit zu reinigen, durchläuft ein Rückspül-Strömungsmittelimpuls eine solche Einheit in einer Richtung, welche entgegengesetzt zu derjenigen des vorerwähnten Abgases ist. Folglich trifft der Rückspül-Strömungsmittelimpuls zuerst auf das, was normalerweise am stromabwärts liegenden Ende 30 der Einheit liegt, passiert Öffnungen 34 und gelangt in Kanäle 36, diffundiert durch gemeinsame Wandungen 40, reißt Partikel 42 von den gemeinsamen Wandungen in den Kanälen 26 los, nimmt diese Partikel mit und trägt sie entlang Kanälen 26 durch Öffnungen 28 und aus dem Abfangfilter. Auf diese Weise wird der Abfangfilter gereinigt, das heißt regeneriert.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere bei deren Anwendung in Kraftfahrzeugen, muß der Sammelwirkungsgrad des Abfangfilters ausgeglichen werden und nicht auf Kosten einer übermäßigen Einleitung eines Gegendruckes in dem Abgassystem erreicht werden. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, den Abfangfilter und das zugeordnete Abgassystem entsprechend auszulegen, um den Gegendruck auf einem Wert zu halten, welcher so niedrig wie möglich ist. Diesbezüglich muß die Zeitspanne, die zwischen Filtereinheit- Reinigungen verstreicht, nicht so groß sein, um die Ansammlung einer Schicht aus Feststoff-Partikelmaterial an der Filtermaterialoberfläche zu ermöglichen, um so den Druckabfall auf einen unannehmbaren Wert zu erhöhen. Wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich, wird ein Ansteigen des Druckabfalls an der Filtereinheit von einem Ansteigen des Gegendrucks in dem Abgassystem begleitet. Gegendruck hat eine direkte und schädliche Wirkung auf den Betrieb der Erfindung und dessen Auftreten sollte daher, wenn möglich, minimiert werden. Ein Druckabfall kann auf niedrigeren Pegeln durch die Wahl entsprechender Ausführungsmerkmale aufrecht erhalten werden. Zur Veranschaulichung, dies ist eine Funktion der Zellengeometrie, der Wandungseigenschaften und des Volumens einer keramischen Filtereinheit. Diese Merkmale werden vorteilhafterweise so eingestellt, daß ein Gleichgewicht zwischen dem Miminieren des Druckabfalls und dem Aufrechterhalten des erforderlichen Filterwirkungsgrads vorgenommen wird.
Es ist wichtig zu beachten, daß ein Umsetzen der vorliegenden Erfindung in die Praxis den Fachmann von Zwängen bezüglich der Filterauslegung befreit, welche ihm sonst infolge der Verwendung von herkömmlichen Regenerationstechniken auferlegt würden. Insbesondere muß in der Regenerationsverarbeitung, welche ein Verbrennen von Ruß und von anderem Feststoff-Partikelmaterial, das in der Filtereinheit eingefangen worden ist, einschließt, das Filter entsprechend ausgestaltet werden, um Regenerationszeiten und Spitzendruckwerte zu erhalten, welche in gewünschte Bereiche bezüglich eines Motors und/oder bezüglich Umweltanforderungen passen. Ferner muß bei Anwendungen in der Automobiltechnik das Filtermaterial eine strukturelle Integrität bezüglich der üblichen Lebensdauer des Fahrzeugs zeigen.
Das Verbrennen von gesammeltem Ruß von dem Filter stellt eine größere physikalische Beanspruchung für das Filter dar als die Bedingungen, denen es normalerweise im Verlauf des Filterns von Abgas ausgesetzt ist. Das heißt, beim Verbrennen von angesammeltem Ruß und anderem Feststoff-Partikelmaterial während einer Regeneration wird eine große Menge an Energie freigesetzt und ein schneller Temperaturanstieg erzeugt. Außerdem ist dieser Temperaturanstieg nicht notwendigerweise gleichmäßig über die Filtereinheit verteilt, wodurch sich Wärmegradienten sowohl in radialer als auch in axialer Richtung aufbauen. Außerdem kann ein übermäßiges Anwachsen von Feststoff-Partikelmaterial zu der Freisetzung einer übermäßig großen Energiemenge beim Verbrennen führen; folglich wird dann das Material (z. B. keramisches Material) der Filtereinheit Temperaturen ausgesetzt, die über dessen Schmelzpunkt hinausgehen. Das Bestreben, annehmbare Betriebsverhältnisse und eine annehmbare Lebensdauer bei einer bestimmten herkömmlichen Regenerationsbehandlung zu erreichen, ist durch die Notwendigkeit verhindert, wenn nicht sogar zunichte gemacht, ein Gleichgewicht zwischen den miteinander konkurrierenden Erwägungen einer Filtrierungszeit zwischen Regenerationszyklen, eines Druckabfalls im Filter und dem Grad einer Partikelbelastung zu halten.
Da bei der vorliegenden Erfindung eine Regeneration ohne die Benutzung einer Entflammung von eingefangenem Feststoff-Partikelmaterial in der Filtereinrichtung erreicht wird, sind natürlich die vorstehenden Schwierigkeiten beseitigt. Das Erreichen des gestellten Ziels, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Entfernen von Feststoff-Partikelmaterial aus Dieselmotorabgas zu schaffen, welche direkt, einfach und verhältnismäßig preiswert und hocheffizient sind, ist offensichtlich.
Sobald Feststoff-Partikelmaterial während ein Abgasstrom durch die Filtereinheit hindurchgeht, eingefangen ist, wird dieses Partikelmaterial in vorteilhafterweise aus dem Filter entfernt, indem ein Rückspülungsfluidimpuls durch die Filtereinheit in einer Richtung durchgeleitet wird, welche derjenigen des Abgasstromes entgegengesetzt ist. Der Gedanke einer Pulsation ist dem Fachmann geläufig und betrifft normalerweise die Erzeugung von einem oder mehreren Fluidimpulsen oder -stößen mit einer ausreichend großen Leistung, so daß, wenn der Impuls oder Stoß auftrifft und die Filtereinheit durchläuft die Partikel in dem Abfangfilter entfernt werden. Das Verwenden eines Rückspülfluidimpulses ist darüber hinaus vorteilhaft, da das Fluid auch als ein Medium dient, in welchem entfernte Partikel mitgenommen und zu dem Motor für eine Veraschung zurückgebracht werden. Folglich müssen, um ein Partikelentfernen erfolgreich durchzuführen, um einen Systemgegendruck zu verringern und um den Filterwirkungsgrad wieder herzustellen, die Trennkräfte, die durch das gepulste Rückspülfluid ausgeübt worden sind, über den Kräften liegen, mit welchen Feststoff-Partikelmaterial an dem Filtermaterial haftet. Zusätzlich zu irgendwelchen direkten mechanischen Kräften, welche aus einer Strömungsumkehr (in Abhängigkeit von dem Filtermaterial) herrühren können, ist die Bewegung des Rückspül-Fluidstromes in der unmittelbaren Nähe von eingefangenem Partikelmaterial beträchtlich. Im allgemeinen wird, um eine Partikelbewegung einzuleiten, die Partikelenergie von einer externen Quelle erhalten, beispielsweise durch den Aufprall einer anderen Partikel oder anderen Gegenstandes oder aus Widerstandskräften des sich bewegenden Rückspül-Fluidstromes vorbei an dem offenem Profil der Partikel. Ein bequemer Weg, dieses Phänomen zu betrachten, besteht darin, daß der Rückspül-Fluidimpuls aus einer ausreichenden Fluidmenge zusammengesetzt sein muß, die mit der Filtereinheit kollidiert und die Filtereinheit mit einer ausreichenden Geschwindigkeit passiert, um eingefangene Partikel zu entfernen. Andererseits kann der Impuls als eine Welle betrachtet werden; das gepulste Rückspülen muß dann eine ausreichende Leistung haben, (d. h. eine ausreichende Energiemenge muß eine Stelle in dem Filter pro Zeiteinheit passieren), um eingefangene Partikel zu entfernen. Eine weitere Möglichkeit, dieses Phänomen zu begreifen, besteht darin, daß die Druckänderung an irgendeiner Stelle in der Filtereinheit infolge des Durchgangs der Welle in einer Zeit auftreten sollte, die hinreichend kurz ist, damit der Fluidimpuls eingefangene Partikel entfernen kann. Natürlich wird von dem Fachmann auch ohne weiteres erkannt, daß die minimalen Voraussetzungen, durch den Rückspül-Fluidimpuls Partikel wirksam zu entfernen, sich von System zu System und von Filtereinheit zu Filtereinheit in Abhängigkeit von der Größe, der Konfiguration u.ä. ändern. Mit Hilfe der Lehren dieser Anmeldung und bei Kenntnis der Parameter und Dimensionen dieses speziellen Systems ist jedoch der Fachmann in der Lage zu bestimmen, ob diese Charakterisierung der Parameter den Impuls festlegt, ohne daß zusätzlich Experimente bezüglich dem Umfang und der Größe von gepulstem Rückspülen notwendig sind, um vorliegende Erfindung in die Praxis umzusetzen (siehe die nachfolgend aufgeführten Beispiele).
Ein gepulster Rückspül-Fluidstrom wird in geeigneter Weise erzeugt, indem die spezielle Umgebung ausgenutzt wird, in welcher die Erfindung angewendet wird. Hierbei ist es wichtig, zu bemerken, daß, während umgebende Luft ein bequemes und sehr nützliches Rückspülfluid darstellt, das Fluid nicht notwendigerweise hierauf beschränkt ist. Alternativ hierzu eignet sich irgendein Fluid, welches durch das Filtermaterial geleitet werden kann, um so aufgefangene Partikel zu entfernen, und dessen Vorhandensein nicht den Betrieb des Antriebssystems stört oder nachteilig beeinflußt. Sauerstoff oder ein inertes Gas, wie Stickstoff, sind ein Beispiel für ein geeignetes alternatives Fluid. Natürlich wird, wie aus dem folgenden zu ersehen ist, wenn ein Rückspülfluid, das keinen Sauerstoff enthält, verwendet wird, um die Partikel zu entfernen, und um sie (durch Mitreißen) zurück zu dem Motor zu transportieren, der Motor vorteilhafterweise mit Sauerstoff aus einer anderen Quelle versorgt, um die Verbrennung zu optimieren.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Rückspül-Fluidimpuls erzeugt, indem ein Vakuumzustand oder ein zumindest sehr niedriger Druck in dem Abgassystem an der stromaufwärts liegenden Seite des Abfangfilters herbeigeführt wird und indem dann ein plötzliches Freisetzen von Rückspül-Fluid in das Vakuum oder ein Volumen mit niedrigem Druck bewirkt wird, so daß eine ausreichende Menge des Rückspül-Fluids durch den Abfangfilter mit hoher Geschwindigkeit (in einer kurzen Zeitspanne) geleitet wird, um aufgefangene Partikel zu entfernen. Eine besonders vorteilhafte Art, dies zu erreichen besteht darin, den Einlaßzug des Motors zu benutzen, um den Druck an der stromaufwärts liegenden Seite des Abfangfilters oder der Filtereinheit abzusenken. Ein Ventil in dem Abgassystem wird betätigt, und wird bei Erreichen eines entsprechend niedrigen Drucks in die geöffnete Stellung gebracht; durch das Ventilöffnen wird Umgebungsluft oder anderes Rückspülfluid durch die Niedrigdruck-Bedingungen auf der stromaufwärts liegenden Seite der Filtereinheit oder des Abfangfilters durch die Filtereinheit oder den Abfangfilter in einer Richtung gesaugt, welche derjenigen des Abgasströmens entgegengesetzt ist. (Der Abgasstrom ist natürlich während dieses Rückspülzyklus unterbrochen worden).
Alternativ hierzu kann der Rückspül-Fluidimpuls ein explosionsartiger Stoß oder Schlag von unter Druck gesetztem Fluid, beispielsweise verdichtetem Gas (wie Luft) sein. Der Impuls wird in akzeptabler Weise aus einem unter Druck gesetztem Behälter oder einer anderen geeigneten Quelle erhalten; ebenso ist komprimierte Luft aus dem hydraulischen oder Turboladesystem eines mit einem Dieselmotor betriebenen Fahrzeugs hierfür geeignet. Der komprimierte Gasimpuls wird in das Abgassystem auf der stromabwärts liegenden Seite der Filtereinheit oder des Abfangfilters injiziert, damit er durch den Abfangfilter in einer Richtung strömt, welche die Umkehr der Richtung des Abgasstromes während normaler Filtervorgänge ist. Wiederum wird der verdichtete Gasimpuls in das System während einer Unterbrechung des normalen Abgasflusses injiziert. Der verdichtete Gasimpuls muß eine ausreichende Masse haben und sich mit einer ausreichenden Geschwindigkeit bewegen, um die in der Filtereinheit eingefangenen Partikel zu entfernen.
Unter Berücksichtigung der vor stehend beschriebenen Beispiele ist es für einen Fachmann ohne weiteres möglich, auf irgendeine entsprechende Weise gepulstes Rückspülfluid durch den Abfangfilter in einer Richtung zu ziehen oder zu drücken, welche derjenigen entgegengesetzt ist, welche von dem Abgasstrom genommen wird; die Hauptkriterien bei der Auswahl bestehen darin, daß das verwendete Mittel ausreicht, eingefangene Partikel zu entfernen und es den Motorbetrieb nicht übermäßig stört.
Außer dem Vorsehen eines Mittels, um eingefangene Partikel aus der Filtereinheit zu entfernen, um sie zu reinigen, müssen gemäß der vorliegenden Erfindung diese Partikel für eine Veraschung zurück zu dem Dieselmotor transportiert werden. Dies wird üblicherweise dadurch erreicht, daß die Partikel in einem Fluidstrom mitgerissen werden, welcher durch eine Leitung des Abgassystems geleitet wird, das zu der Motor-Lufteinlaßöffnung führt. Nach einem anfänglichen Entfernen werden die entfernten Partikel in sehr kurzer Reihenfolge unter dem Einfluß des Flusses in dem vorerwähnten Fluidstrom gebracht. Dieser Fluß muß ausreichen, um ein "Schweben" aufrechtzuerhalten, d. h. die Partikel davor zu bewahren, wieder durch den Abfangfilter oder die Filtereinheit eingefangen zu werden, bis sie die Einheit verlassen haben. Das Wiedereinfangen ist nachteilig, da dadurch der Wirkungsgrad des Regenerationsvorgangs während des Reinigungszyklus erniedrigt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Rückspul-Fluidimpuls, der zum Entfernen von eingefangenen Feststoff-Partikelmaterial verwendet worden ist, auch als ein Mitnahmevehikel, d. h. ein Träger für das entfernte Partikelmaterial verwendet, um dieses zurück in den Dieselmotor zu transportieren. Üblicherweise ist der Rückspül- Fluidimpuls Luft, deren Sauerstoffkomponente ausreicht,um bei Erreichen des Motors zusammen mit den in der Luft mitgenommenen Partikeln die Veraschung (Oxidation) dieser Partikel zu ermöglichen.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beispielen.

Beispiel 1

Anhand der schematischen Darstellung in Fig. 1 wird eine Dieselmotor-Abgasfilteranordnung 60 gemäß der Erfindung erläutert. Ein Mack-Dieselmotor 62, der unter normalen Bedingungen im Dauerbetrieb einen Feststoff-Partikelemissionspegel von etwa 1gm/min hat, wurde durch Leitungen 78, 66 und 68 mit einem Abfangfilter 64 verbunden. Der Abfangfilter war ein keramisches Filter mit einer einzigen Filterzone, welche quer zu dem Motorabgasstrom angeordnet war, welcher durch die Leitungen 68 und 70 fließt. Die Filtereinheit wurde aus Cordierit hergestellt und hat die folgenden Merkmale: Mittlere Porengröße - 12mm; Zellendichte - 15 Zellen/cm² (100 Zellen pro in²), durchschnittliche Wanddicke - 6,7 · 10&supmin;³cm (17 · 10&supmin;³inch); Porösität - 52/56%; Wärmeausdehungskoeffizient - 9,5/11,0 · 10&supmin;&sup7;in/in/ºC (925 bis 2000ºC); und Druckfestigkeit - etwa 80kg/cm² (1130 psi), 17,5kg/cm² (250 psi) und 1,05 kg/cm² (15 psi) entlang der Längs-Seiten- bzw. Diagonalflächen. Reststoff-Partikelmaterial, das anfangs in dem Abgas enthalten ist, wird in der Filterzone aufgefangen, wenn das Abgas durch eine solche Zone strömt. Leitungen 70 und 72 wurden verbunden, um einen Weg von dem stromabwärts liegenden Ende der Filtereinrichtung zu der Hauptabgasleitung 74 zu schaffen, welche in die Umgebung führt. Die Leitung 78 wurde zwischen die Motorabgasöffnung und die Hauptabgasleitung 74 geschaltet. Eine Einlaßleitung 76 leitete Luft von der umgebenden Atmosphäre zu dem Motor 62. Eine Leitung 68 verband die stromaufwärts liegende Seite des Abfangfilter 64 der Einlaßleitung 76.
Ein Ventil 80 wurde in der Leitung 66 an einer Stelle angeordnet, die zwischen der Öffnung, aus welcher Abgas von dem Motor abgegeben wird, und der Verbindung der Leitung 66 mit der Leitung 68 liegt. Das Ventil war zwischen einer geöffneten Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung 66 zuließ, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, in welcher der Fluß unterbrochen ist. Ein Ventil 82 wurde in der Leitung 72 zwischen der Hauptabgasleitung 74 und der Verbindung der Leitung 70 mit der Leitung 72 untergebracht. Dieses Ventil war auch zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung 72 zuließ, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, in welcher der Fluß unterbrochen ist.
Ein Ventil 84 war in der Leitung 78 zwischen der Hauptabgasleitung 74 und der Verbindung zwischen den Leitungen 78 und 66 angeordnet. Dieses Ventil war ebenfalls zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung 78 zuließ, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, in welcher der Fluß unterbrochen ist. Ein Ventil 86 war in einer Einlaßleitung 76 angeordnet und war zwischen einer offenen Stellung, die einen Fluß durch die Leitung 76 zuließ und einer geschlossenen Stellung bewegbar, in welcher ein Fluß entlang der Einlaßleitung unterbrochen ist. Ein Ventil 88 war in der Leitung 68 angeordnet und war zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung 68 zuließ und einer geschlossenen Stellung bewegbar, in welcher der Fluß unterbrochen ist.
Ein Aluminium-Folienmembran 92 war an dem Ende der Leitung 70 angebracht. Die Dicke und Festigkeit der Folienmembran war so gewählt, daß sie brechen würde, wenn eine Seite dem atmosphärischen Druck und die andere Seite einem reduzierten Druck ausgesetzt war, welcher von dem Einlaßzug des Motors herrührt.
Ein Ventil 90 war in der Leitung 70 zwischen der Membran 92 und der Verbindung der Leitung 70 mit der Leitung 72 angeordnet. Das Ventil war zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung 70 zuließ, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, an welcher der Fluß unterbrochen ist.
Ein Sampler 94 (ein isokinetischer Sampler) war mit der Leitung 78 verbunden, um ein Profil einer Feststoff-Partikelemission von dem Motor vor und während einer gepulsten Rückspülung zu erhalten. Ein Sampler 96 (ebenso ein isokinetischer Sampler) war mit der Leitung 70 verbunden, um die Menge an Feststoff-Partikelmaterial festzustellen, das durch den Abfangfilter 64 und folglich in die Atmosphäre geleitet wird. Ein Druckfühler 98 war mit der Leitung 68 verbunden, um zu bestimmen, wann ein Druckanstieg (durch welchen der Durchgang eines Rückspül-Fluidimpulses auf einem Weg zu dem Motor 62 signalisiert wird) in der Leitung auftrat.
Beim Betrieb des Motors für Zeitabschnitte von etwa 10min wurden die Ventile 80, 82 und 86 in der offenen Stellung gehalten, damit umgebende Luft durch die Leitung 76 zu dem Motor und ein Abgasfluß von dem Motor durch Leitungen 78, 66 und 68, den Abfangfilter 64, die Leitungen 70 und 72 und die Hauptabgasleitung 74 fließen konnte. Die Ventile 88, 90 und 84 wurden in der geschlossenen Stellung gehalten. Natürlich ist der Filterabschnitt von annähernd 10min nur ein Beispiel; Zeitabschnitte längerer und kürzerer Dauer sind in Abhängigkeit von der Ausbildung des Systems, der Art und der Größe des verwendeten Abfangfilters, der Größe und der Art des Motors und ähnlicher Erwägungen in dieser und anderen Ausführungsformen durchaus angemessen.
Üblicherweise wurden nach einem Zyklus von 10min, während welchem Abgas durch den Abfangfilter 64 geleitet wurde, die Ventile 84 und 88 geöffnet und die Ventile 82 und 80 geschlossen, um Abgas durch die Leitung 78 zurückzuleiten. Nach 10 bis 20s wurde das Ventil 90 geöffnet und dann wurde das Ventil 86 geschlossen; der Motor-Einlaßzug wurde durch die Leitung 68, den Abfangfilter 64 und die Leitung 70 zurückgeleitet. Durch den Einlaßzug des Motors wurde der Druck in den Leitungen 68 und 70 gesenkt, und wenn ein ausreichend niedriger Druck erreicht war, zerriß die Folie 92. Dieser Riß bzw. Bruch bewirkte, daß ein Impuls Umgebungsluft durch die Leitung 70, den Abfangfilter 64, die Leitung 68 und die Leitung 76 an den Motor 62 gezogen wurde. Wenn der Impuls den Abfangfilter durchlief, entfernte er das darin befindliche Feststoff-Partikelmaterial. Das Partikelmaterial wurde in dem Rückspül-Luftimpuls mitgerissen und auch zu dem Motor 62 gebracht. Wenn der Fühler 98 einen Durchgang des Impulses in der Leitung 68 feststellt, wurde ein Signal (mittels einer herkömmlichen, der Einfachheit halber nicht dargestellten Einrichtung) erzeugt, durch welches dann die Ventile in ihre normalerweise offenen und geschlossenen Stellung zurückgebracht wurden (wie in dem vorherigen Abschnitt beschrieben ist).
Das System wurde annähernd 1040min, während welchen 100 Zyklen beendet wurden, wobei während der Zyklen von etwa 10min das Motorabgas durch den Abfangfilter 64 geleitet wurde, und wurde dann etwa 10 bis 20s betrieben, während welcher Zeit das Abgas über die Leitung 78 zurückgeleitet wurde, und schließlich wurde der Abfangfilter durch einen Rückspülimpuls Umgebungsluft gereinigt.
Aus Messungen, welche mit Hilfe des Samplers 96 während des Durchleitens des Motorabgases durch den Abfangfilter 64 vorgenommen wurden, wurde festgestellt, daß der Abfangfilter effektiv 93 bis 96% der Feststoff-Partikelmaterial-Emission ausfilterte. Ferner zeigte ein Überwachen des Druckunterschieds an dem Abfangfilter während des Betriebs des Abgasfiltersystems, daß eine Regeneration durch ein gepulstes Rückspülen sehr wirksam ist, um annehmbare Druckabfallkennwerte in dem Abfangfilter wieder herzustellen, während gleichzeitig ein entsprechender Filtrierwirkungsgrad erhalten wurde. Wie insbesondere aus dem Kurvenverlauf ersehen werden kann, in welcher die Zeit über dem stromaufwärts liegenden Druck (dem Gegendruck, welcher durch " " dargestellt ist, und dem Druckunterschied an dem Abfangfilter (was durch "x" dargestellt ist), aufgetragen ist, ist ein Ausschnitt für die Minuten 140 bis 230 einer Registrierstreifenaufzeichnung von Druckanzeigen für den Abfangfilter während der gesamten Betriebsdauer von 140 min wiedergegeben. Das Muster bzw. der Verlauf, welcher sich als typisch für eine Abfangfilter-Regeneration herausstellte, war folgender.
Über vielleicht fünf bis neun Zyklen würde sich stromaufwärts ein Druck (der Motorgegendruck) und der Druckunterschied während jedes Abgasfiltrierungszeitabschnitts von (annähernd) 10min etwas erhöhen. (Ein gepulstes Rückspulen wird auf dem Registrierstreifen durch die Teile der Kurve dargestellt, an welchen der Druck steil abfällt). Über mehrere Zyklen würde der maximale Gegendruck und der Druckunterschied, der während jedes nachfolgenden Zyklus erreicht worden ist, im allgemeinen höher sein als der letzte, bis ein Rückspulimpuls eine außergewöhnlich große Partikelmenge entfernen würde und folglich besonders wirksam hinsichtlich der Reinigung des Filters und der Wiederherstellung eines niedrigen Druckunterschieds sein würde. Ein Wiederkehren des Muster eines derartigen Verhaltens zeigt das Erreichen eines Dauerzustands an, bei welchem das System infolge einer allmählich zunehmenden und irreversiblen Filterbelastung nicht graduell schlechter wird, sondern vielmehr fortwährend generiert wird, um so in einem ausgeglichenen und effektivem Zustand zu verbleiben, so daß eine Filtration unbegrenzt fortgesetzt werden kann.
Außerdem wurde auf der Basis von Daten, welche durch die Verwendung eines isokinetischen Sammlers 94 erhalten worden sind, berechnet, daß die Menge an Feststoff-Partikelmaterial, das in die Atmosphäre abgegeben wird, wenn die vor stehend beschriebene Versuchsanordnung verwendet wird, höchstens 40% (d. h. etwa vier Gramm alle zehn Minuten) dessen war, was sonst an die Atmosphäre von dem Motor abgegeben worden wäre (nämlich etwa 10 Gramm alle zehn Minuten), wenn das Abgas nicht gefiltert worden ist. Da festgestellt wurde, daß dieser Zustand über eine lange Betriebsdauer anhielt, während welcher der Motor einige hundert Gramm an Feststoffpartikelmaterial-Emission erzeugt,ist klar, daß mit dem System ein Dauerzustand erreicht wurde, bei welchem das meiste der Feststoff-Partikelmaterial-Emission bei dessen Rückführung in den Motor verascht wurde. Hierdurch sind die Vorteile und der Nutzen der Erfindung klar und deutlich nachgewiesen.
Das Auswerten der Daten, die in dem vorstehend beschriebenen Beispiel erhalten worden sind, hat jedoch klar und eindeutig ergeben, daß der Wirkungsgrad des Systems durch Abgeben von ungefiltertem Motorabgas an die Atmosphäre in Zeitabschnitten von bis zu 20s beispielsweise über die Leitung 68 bewußt gemindert und herabgesetzt wurde, während das Ventil 84 offen war, um den Unterschied an Feststoff-Partikelmaterial, das von dem Motor emittiert worden ist, vor und während einer Regeneration ( mit dem isokinetischen Sampler 94) zu messen. Selbstverständlich würde sich bei einem Unterbleiben dieser Prozedur (welche außer für Versuchszwecke unnötig ist) der Wirkungsgrad der vorliegenden Erfindung, nämlich Feststoff-Partikelmaterial-Emission aus dem Dieselmotor-Abgas auszufiltern, sogar noch wesentlich erhöhen.
Ebenso verdient noch ein weitere Faktor Beachtung. Aufgrund der Tatsache, daß, während das Zeitventil 86 geschlossen ist und bevor die Folie 92 zerreißt, die Luftzufuhr zu dem Motor reduziert wird, während die Kraftstoffzufuhr nicht verringert wird, wird der Ausstoß an unverbranntem Kohlenstoff von dem Motor während dieser Zeit merklich höher. Bei dem vorstehend beschriebenen Versuchsaufbau kommt es zu diesem erhöhtem Ausstoß während der Zeit, während welcher das Ventil 84 offen ist, und folglich wird der erhöhte Feststoff- Partikelmaterial-Ausstoß ungefiltert durch die Leitung 78 und in die Atmosphäre geleitet. Folglich ist die tatsächliche Feststoff-Partikelmaterial-Emission von dem Dieselmotor größer als 1g, was bei der vorerwähnten Berechnung angenommen worden ist; der Divisor sollte folglich größer als 1g/min sein. Hieraus folgt, daß der Prozentsatz an emittiertem Feststoffmaterial (der Quotient) tatsächlich kleiner war als 40%. Hieraus folgt auch, daß Versuchsanordnungen bezüglich des Reduzierens der Feststoff-Partikelmaterial-Emission effektiv bei mehr als 60% lagen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, welche sich für eine kommerzielle Anwendung eignen, würde natürlich Motorabgas nicht während einer beträchtlichen Zeitspanne, wenn überhaupt, direkt in die Atmosphäre abgegeben, und folglich würde der Filtrierwirkungsgrad stark verbessert. Dies ist in dem folgendem Beispiel 2 tatsächlich der Fall.

Beispiel 2

Zur Veranschaulichung der Erfindung ist in Fig. 5 eine schematische Darstellung eines tatsächlich ausgeführten Dieselmotor-Abgas-Emissions-Filtriersystems 100 dargestellt. Ein Cummins-Diesel-Motor 102 mit einem Feststoff-Partikelmaterial- Emissionswert von etwa 1,1g/min wurde durch Leitungen 106 und 108 mit einem Abfangfilter 104 verbunden. Der Abfangfilter war ein Keramikfilter (wobei dasselbe Filter beim Beispiel 1 verwendet wurde) mit einer einzigen Filterzone, welche quer zu dem Motorabgasstrom angeordnet war, welcher durch die Leitung 106 und 108 fließt. Feststoff-Partikelmaterial, das anfangs in dem Abgas enthalten war, wurde in der Filterzone aufgefangen, sobald das Abgas durch die Zone strömte.
Das stromabwärts liegende Ende des Abfangfilters 104 und einer Leitung 110 wurden verbunden, um einen direkten Weg in die Atmosphäre zu schaffen. Eine Einlaßleitung 112 wurde mit dem Motor 102 verbunden und es wurde Luft aus der Umgebungsatmosphäre in den Motor geleitet. Eine Leitung 108 war zwischen die stromaufwärts liegende Seite des Abfangfilters 104 und die Einlaßleitung 112 geschaltet. Ein Ventil 114 befand sich in der Leitung 108 und war zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung 108 zuließ, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, durch welche der Fluß unterbrochen war. Ein Ventil 116 befand sich in der Einlaßleitung 112 und war zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch diese Leitung zuließ, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, in welcher der Fluß unterbrochen war.
Eine Aluminium-Folien-Membran 118 war in der Leitung 108 zwischen dem Ventil 114 und der Verbindung zwischen den Leitungen 108 und 112 angeordnet. Die Dicke und Festigkeit der Folien-Membran wurden so gewählt, daß sie reißen würde, wenn eine Seite von ihr einem reduzierten Druck ausgesetzt war, welcher von dem Einlaßzug des Motors herrührte.
Während des Betriebs lief der Motor während 91 Zyklen, welche in Verbindung mit dem Beispiel 1 beschrieben sind; d. h. jeder Zyklus weist einen verhältnismäßig langen Abschnitt auf, während welchem das Motorabgas direkt durch den Abfangfilter 104 (üblicherweise für etwa 10min, manchmal aber bis zu einer halben Stunde oder mehr) geleitet wurde, und einen kürzeren Abschnitt (von etwa 2s), während welchem ein Abgasfluß für eine Regenerationsphase unterbrochen wurde. Während des längeren Abschnitts wurde das Ventil 116 in dem geöffneten Zustand gehalten, während das Ventil 114 geschlossen gehalten wurde, damit das Motorabgas durch Leitungen 106 und 108 zu der stromaufwärts liegenden Seite des Abfangfilters 104, durch den Abfangfilter und durch die Leitung 110 für ein Abgeben in die Atmosphäre strömte. Zum Regenerieren des Abfangfilters wurde das Ventil 114 geschlossen, damit der Motor-Einlaßzug durch die Leitung 108 zurückgeleitet wurde. Durch den Einlaßzug des Motors sank der Druck in der Leitung 108, und wenn ein ausreichend niedriger Druck erreicht war, zerriß bzw. brach die Folie 118. Durch den Bruch wurde ein Impuls bzw. Stoß Umgebungsluft durch die Leitung 110, den Abfangfilter 104 und die Leitungen 108 und 112 in den Motor 102 gezogen. Wenn der Impuls den Abfangfilter passierte, entfernte er darin befindliches Feststoff-Partikelmaterial. Das Partikelmaterial wurde in dem Rückspül-Luftimpuls oder -stoß mitgerissen und dann in den Motor 102 befördert.
Ein Sampler 122 (ein isokinetischer Sampler) wurde mit der Leitung 110 verbunden, um die Menge an Feststoff-Partikelmaterial zu ermitteln, welches durch den Abfangfilter 104 hindurchgeht und folglich in die Atmosphäre geleitet wird. Ein Fühler 120 (ein Druckfühler) wurde mit der Leitung 108 verbunden, um zu bestimmen, wann ein Druckanstieg in der Leitung auftrat (wodurch der Durchgang eines Rückspül-Fluidimpulses auf diesem Weg zu dem Motor 102 signalisiert wurde). Wenn der Sensor 120 den Durchgang des Impulses in der Leitung 108 feststellte, wurde ein Signal (mittels einer herkömmlichen Einrichtung, welche der Einfachheit halber nicht dargestellt ist) erzeugt, durch welches dann die Ventile in ihre normalerweise offenen und geschlossenen Stellungen zurückgebracht wurden.
Während des ersten Durchlaufs des vorstehend beschriebenen Abgasfiltrierungssystems wurde der neue keramische Cordierit- Abfangfilter "eingefahren", d. h. der Abfangfilter war im Gleichgewicht. Im Verlauf dieser Zyklen stieg der Druck stromaufwärts von einem Zyklus zum nächsten allmählich von etwa 53mm (2,linches) Hg bis auf etwa 89mm (3,5 inches) Hg. In den anschließenden Durchläufen ist ein Gleichgewicht erreicht worden, und der Druck stomaufwärts änderte sich von etwa 86mm (3,4inches) auf etwa 102mm (4inches) Hg in einem wiederkehrenden Muster bzw. Verlauf, wie für den Abfangfilter des Beispiels 1 beschrieben ist. (Selbstverständlich waren die angegebenen Druckwerte das Ergebnis der Abfangfiltergröße und können durch die Art der Ausführung geändert werden). Zusätzlich wurde, da (im Unterschied zu der Ausführungsform des Beispiels 1) bei der Ausführungsform in diesem Beispiel kein ungefiltertes Abgas in die Atmosphäre abgegeben wurde, die festgestellte Emission sogar noch drastischer reduziert. Zu beachten ist, daß während des Betriebs des Systems nach Beispiel 1 beobachtet wurde, daß kurzzeitig schwarzer Qualm aus der Hauptabgasleitung austrat, was der Freigabe von ungefilterten Abgas während der Zeitspanne von 10 bis 20s entsprach, während welcher eine Regeneration durch geführt wurde. Da beim Beispiel 2 kein Abgas direkt an die Atmosphäre abgegeben wurde, sondern statt dessen in dem System (in der Leitung 106) gehalten wurde, bis die Unterbrechung für eine Regeneration beendet war, wurde kein schwarzer Qualm über die Hauptabgasleitung 110 emittiert.
Der Sampler 122 zeigte an, daß der Abfangfilter 104 93 bis 96% der Feststoff-Partikelmaterial-Emission aus dem gefilterten Abgas während der ersten 54 Zyklen wirksam entfernte. Da aus dem System in keiner Weise eine Feststoff-Partikelmaterial-Emission freigesetzt wird, ist es klar, daß das System bezüglich des Entfernens oder Beseitigens einer Feststoff-Partikelmaterial-Emission aus Dieselmotor-Abgas zumindest 90% wirksam war. In den nachfolgenden Durchläufen nahm der Abfangfilter-Wirkungsgrad auf etwa 85% ab; dies wurde als eine Abweichung des Abfangfilter-Materials selbst und nicht der Erfindung angesehen. Folglich können spätere Ergebnisse beeinflußt werden. Jedoch einschließlich dieser zweifelhaften Daten betrug der mittlere Filtrier-Wirkungsgrad im Durchschnitt mindestens 88,9%.
In Fig. 6 ist noch eine weitere Ausführungsform dargestellt, die sich für eine kommerzielle Anwendung eignet. Ein Dieselmotor 130 ist durch eine Leitung 134 mit einem Abfangfilter 132 verbunden. Eine Einlaßleitung 136 führt von der Umgebungsatmosphäre zu dem Motor 130, um Umgebungsluft für eine Verbrennung in den Motor einzubringen. Eine Leitung 138 ist mit den Leitungen 134 und 136 verbunden, um dadurch einen Ausweichweg um den Motor zu schaffen. Ein Ventil 140 ist in der Leitung 134 angeordnet und zwischen einer offenem Stellung, die einen Fluß durch die Leitung zuläßt, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, welche einen derartigen Fluß unterbindet. Eine Leitung 138 ist mit der Leitung 136 zwischen dem Ventil 140 und dem Motor verbunden und ist mit der Leitung 134 zwischen dem Ventil 142 und dem Abfangfilter 132 verbunden. Der Druckabfall an dem Abfangfilter 132 wird mittels eines herkömmlichen Fühlers überwacht (welcher der Einfachheit halber nicht dargestellt ist). Wenn der Druckabfall an dem Abgasfilter einen vorherbestimmten Wert erreicht, werden die Ventile 140 und 142, welche normalerweise offen sind, um einen Einlaßfluß zu dem Motor und einen Transport des Abgasstromes zu dem Abfangfilter für eine Filtrierung zuzulassen, gleichzeitig geschlossen. Dies kann durch Betätigen eines Solenoids an jedem Ventil mittels eines auf einen Druckunterschied ansprechenden Schalters erreicht werden, welcher an dem Filter angebracht ist. Ein Ventil 144 ist in der Leitung 138 vorgesehen und ist zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung zuläßt, und einer geschlossenen Stellung bewegbar, welche den Fluß verhindert. Wenn die Ventile 140 und 142 geschlossen werden, vermindert der Motor schnell den Druck in dem Leitungsvolumen zwischen dem Motor und dem Ventil 144. Während dieser Zeit wird Abgas von dem Motor in dem Leitungsvolumen zwischen dem Motor und dem Ventil 142 gesammelt.
Das Ventil 144 ist ein automatisches Ventil, das öffnet, wenn der Druckunterschied an ihm einen vorherbestimmten Wert erreicht. Wenn das Ventil 144 entsprechend dem Absinken des Druckes durch den Motor in der Leitung 138 öffnete (wobei das Ventil 144 sehr schnell öffnet), strömt Umgebungsluft durch die Leitung 146, das Abfangfilter 132, die Leitungen 134, 138 und 136 und schließlich zu dem Motor in einer Richtung, welche derjenigen des normalen Abgasflusses entgegengesetzt ist. Dieser Gasstoß stellt ein gepulstes Rückspülen des Abfangfilters 132 dar, wobei der Stoß Partikel, welche von dem Abfangfilter entfernt worden sind, für eine Veraschung zurück in den Motor mitnimmt.
Die Ventile 140 und 142 öffnen nach einer entsprechenden Verzögerung nach dem automatischen Öffnen des Ventils 144. Das Ventil 144 schließt automatisch, nachdem der Druckunterschied an ihm entfernt ist, und das System wird wieder in den ursprünglichen Zustand gebracht. Die gesamte Reinigungsfolge ist in weniger als einer Sekunde und vorzugsweise in weniger als 0,25s durchgeführt. Tatsächlich werden Regenerationsabschnitte von nicht mehr als 1s und vorzugsweise von nicht mehr als 0,25s in vorteilhafter Weise bei vielen anderen Ausführungen der Erfindung ebenfalls verwendet.
Selbstverständlich können die Systeme in den Beispielen 1 und 2, insbesondere das des Beispiels 2, durch einen entsprechenden Ersatz der automatischen Ventilabfolge modifiziert werden, wie in Verbindung mit der Ausführungsform in Fig. 6 beschrieben worden ist. Es sollte natürlich die Notwendigkeit entfallen, eine Folienmembran zu verwenden, welche ein Hilfsmittel ist, welches nur bei einer Versuchsanordnung verwendet worden ist. Selbstverständlich braucht auch infolge der Vorteile, die sich aus einem gepulsten Rückspülen ergeben, die Filtereinrichtung der beanspruchten Erfindung nicht nur auf eine Filterzone beschränkt zu werden. Einige dieser Vorteile ergeben sich sogar, wenn zwei oder mehr Filterelemente (oder zwei oder mehr Filterzonen eines Elements) verwendet werden, obwohl die Verwendung nur einer Filterzone eindeutige kommerzielle Vorteile bietet.
Noch eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 7 dargestellt. Ein Filtriersystem 150 weist einen Dieselmotor 152 auf, welcher durch eine Leitung 156 mit einem Abfangfilter 154 verbunden ist. Eine Einlaßleitung 158 führt von der Umgebungsatmosphäre zu dem Motor 152. Eine Leitung 160 ist mit der Leitung 156 und mit einer Leitung 158 verbunden, um einen Ausweichweg um den Motor herum zu schaffen. Ein Ventil 162 ist in der Leitung 158 angeordnet und ist aus einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung zuläßt, in eine geschlossene Stellung bewegbar, wodurch der Fluß unterbrochen wird. Ein Ventil 164 ist in einer Leitung 156 positioniert und zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung zuläßt, und einer geschlossenen Stellung, durch welche ein solcher Fluß unterbunden wird. Die Leitung 160 ist mit der Leitung 158 zwischen dem Ventil 162 und dem Motor 152 verbunden und ist mit der Leitung 156 zwischen dem Ventil 164 und dem Abfangfilter 154 verbunden. Der Druckabfall an dem Abfangfilter 154 wird mittels eines herkömmlichen Sensors überwacht (welcher der Einfachheit halber nicht dargestellt ist). Wenn der Druckabfall an dem Abfangfilter 154 einen vorherbestimmten Wert erreicht, werden die Ventile 162 und 164, welche normalerweise offen sind, um einen Einlaßfluß zu dem Motor und einen Transport des Abgasstroms zu dem Abfangfilter für eine Filtrierung zuzulassen, gleichzeitig geschlossen. Dies kann durch Betätigen eines Solenoids an jedem Ventil mittels eines Druckunterschiedschalters erreicht werden, welcher an dem Filter angeordnet ist. Nach einer entsprechenden, jedoch kurzen Verzögerung wird ein Impuls oder Stoß verdichteter Luft von der Quelle 170 aus freigegeben und durch die Leitung 168 in die Leitung 166, über das Abfangfilter 154 und Leitungen 156, 160 und 158 in den Motor 152 injiziert. Dieser Luftstoß stellt ein gepulstes Rückspülen des Abfangfilters 154 dar, wobei der Stoß von dem Abfangfilter entfernte Partikel für eine Veraschung zurück zu dem Motor befördert. Während dieser Zeit wird Abgas von dem Motor in dem Leitungsvolumen zwischen dem Motor und dem Ventil 164 gesammelt.
Die Ventile 162 und 164 öffnen eine angemessene Zeit nach der Injektion des Druckluftimpulses. Die gesamte Reinigungsfolge ist in weniger als einer Sekunde und vorzugsweise in weniger als 0,25s abgeschlossen.
Noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt. Ein Filtriersystem 180 enthält einen Dieselmotor 182, welcher abwechselnd durch Leitungen 192 und 198 mit einem Abfangfilter 184 und durch Leitungen 192 und 202 mit einem Abfangfilter 186 verbunden ist. Eine Einlaßleitung 188 führt von der Umgebungsatmosphäre zu dem Motor 182, um Umgebungsluft für eine Verbrennung in den Motor zu schaffen; ein Ventil 190 ist in der Leitung 188 angeordnet und zwischen offenen und geschlossenen Zuständen bewegbar, die einen Fluß zulassen bzw. unterbrechen. Eine Leitung 194 ist mit den Leitungen 188 und 202 verbunden, um einen Ausweichweg um den Motor zu schaffen. Die Leitung 192 steht mit dem Ventil 214 in Verbindung, durch das ein Fluß entweder in die Leitung 198 oder 202 geleitet werden kann, während dann der Fluß durch die andere Leitung verschlossen ist. Eine Leitung 200 steht mit einem Ventil 212 in Verbindung, welches verstellbar ist, um einen Fluß entweder von der Leitung 198 oder 204 in die Leitung 200 zu leiten und um einen Fluß von der nicht ausgewählten Leitung zu unterbinden. Die Leitung 194 ist mit der Leitung 188 zwischen dem Ventil 190 und dem Motor verbunden. Der Druckabfall an den Abfangfiltern 184 und 186 wird durch herkömmliche Fühler überwacht (welche der Einfachheit halber nicht dargestellt sind).
Mittels des Abfangfilters 184 soll Abgas gefiltert werden. Wenn der Druckabfall an dem Abfangfilter 194 einen vorherbestimmten Wert erreicht, werden die Ventile 214 und 212, welche entsprechend ausgerichtet worden sind, um einen Transport des Abgasstroms zur Filtrierung zu dem Abfangfilter 184 zu leiten und Luft durch das Abfangfilter 186, die Leitungen 202, 204, 200 und 194 und die Leitung 188 zurück zu dem Motor zu ziehen, gleichzeitig bewegt. Das System ist dann so eingestellt, daß Abgas durch Leitungen 192 und 202 zu dem Abfangfilter 186 und dann über die Leitung 208 in die Atmosphäre abfließt, während ein Fluß von der Atmosphäre durch das Abfangfilter 184, die Leitungen 198, 200 und 194 und die Leitung 188 zurück in den Motor gelassen wird. Das Ventil 190 wird periodisch geschlossen. Ein Ventil 210 ist in der Leitung 200 angeordnet und ist zwischen einer offenen Stellung, welche einen Fluß durch die Leitung zuläßt und einer geschlossenen Stellung bewegbar, durch den Fluß unterbunden ist. Wenn das Ventil 190 geschlossen ist, verringert der Motor schnell den Druck in dem Leitungsvolumen zwischen dem Motor und dem Ventil 210, welches normalerweise geschlossen ist.
Das Ventil 210 ist ein automatisches Ventil, welches öffnet, wenn der Druckunterschied an ihm einen vorherbestimmten Wert erreicht. Wenn das Ventil 210 entsprechend dem Absenken des Drucks durch den Motor in der Leitung 194 öffnet, (wobei das Ventil 210 sehr schnell öffnet), strömt Umgebungsluft durch die Leitung 206, das Abfangfilter 184, die Leitungen 198, 200 und 194 und schließlich (durch die Leitung 188) in den Motor. Dieser Gasstoß stellt ein gepulstes Rückspulen des Abfangfilters 184 dar, wobei der Stoß aus dem Abfangfilter entfernte Partikel zur Veraschung zurück zu dem Motor befördert.
Wenn das Ventil 190 geöffnet ist, schließt das Ventil 210 automatisch, nachdem der Druckunterschied an ihm entfernt ist, und in dem System wird der Anfangszustand hergestellt. Die gesamte Reinigungsfolge ist in weniger als 1s und vorzugsweise in weniger als 0,25s abgeschlossen. In einigen Ausführungsformen wird jeder Abfangfilter durch eine Anzahl derartiger Folgen gereinigt. Wenn der Filter 186 eine Regeneration benötigt, werden die Ventile 212 und 214 betätigt, um Abgas zu dem Filter 184 zu leiten, und um ein Rückspülen des Filters 186 in ähnlicher Weise zu ermöglichen. Dem vorstehend beschriebenen Beispiel ist zu entnehmen, daß zahlreiche alternative Systeme, welche eine Anzahl Filterzonen enthalten, in Abhängigkeit von den Bedürfnissen des Anwenders und dessen Umgebungszwängen ausführbar sind.
Die Begriffe und Ausdrücke, welche verwendet worden sind, sind nur Ausdrücke zum Zwecke der Beschreibung und stellen keine Beschränkung dar, und bei der Verwendung solcher Begriffe und Ausdrücke ist nicht beabsichtigt, irgendwelche Äquivalente der dargestellten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen; sie zeigen vielmehr an, daß verschiedene Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich sind. Folglich ist die Erfindung selbstverständlich auch nicht auf ein Entfernen von Partikeln aus der Filtereinheit mittels eines Rückspül-Fluidimpulses beschränkt. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung ist vielmehr jede mechanische Welle, die ausreichend Leistung hat, um ein Entfernen von Feststoff-Partikelmaterial zu bewirken, das in der Filtereinheit aufgefangen worden ist, und welche in einem speziellen Anwendungsfall der Erfindung verwendet werden kann. Beispielsweise werden in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung die Partikel in annehmbarer Weise mittels einer Schallwelle, welche mittels einer entsprechenden herkömmlichen Einrichtung erzeugt worden ist, aus der Filtereinheit entfernt. Das prinzipielle und grundsätzliche Kriterium für solche mechanische Wellen ist, daß die Filtereinheit einer Welle einer ausreichenden Leistung, d. h. mit einer ausreichend hohen Energie ausgesetzt werden muß, welche jede Stelle in der Filtereinheit in einer ausgewählten Zeiteinheit passiert, um das aufgefangene Partikelmaterial zu entfernen. Wellen, welche dieser Forderung voll genügen, sind geeignet.
Gemäß den vorstehenden Ausführungen sind somit ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, welche eine direkte, einfache, verhältnismäßig preiswerte und effiziente Filtrierung von Dieselmotorabgas ermöglichen, um Feststoff-Partikelmaterial zu entfernen. Insbesondere laufen die erfindungsgemäßen Verfahren- und Vorrichtungsausführungen darauf hinaus, Feststoff-Partikelmaterial-Emissionspegel in Dieselmotorabgas auf einen belanglosen Wert zu reduzieren, d. h. 90% oder mehr des Partikelmaterials herauszufiltern. Folglich entfällt bei der Erfindung die Notwendigkeit, bewußt Motorleistung zu unterdrücken oder auf andere nachteilige, herkömmliche Filtriertechniken zu vertrauen, um eine Feststoff-Partikelmaterial-Abgasemission zu reduzieren. Das Erreichen einer wirksamen Filtrierung von Feststoff-Partikelmaterial aus Dieselmotorabgas zusammen mit einer signifikant höheren Nutzung der potentiellen Dieselmotor-Ausgangsleistung ist ein wesentlicher Fortschritt auf diesem Fachgebiet.

Claims

1. Verfahren, das Feststoff-Partikelmaterial aus dem Abgas eines Dieselmotors entfernt und folgendes umfaßt:

Durchleiten des Abgasstromes des Motors durch mindestens einen Teil einer Filtereinrichtung, um Feststoff-Partikelmaterial aufzufangen, das ursprünglich im Abgas enthalten war, um hierdurch das Feststoff-Partikelmaterial automatisch aus dem Abgasstrom zu entfernen,

intermittierendes Unterbrechen des Abgasstromes durch mindestens den genannten Teil der Filtereinrichtung, und

Rückspülen mindestens des genannten Teiles der Filtereinrichtung während der genannten Unterbrechung, durch Durchleiten eines Rückspül-Strömungsmittels durch den genannten Teil der Filtereinrichtung in einer Richtung entgegengesetzt zu jener des Abgastromes, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfaßt:

Erzeugen einer Zone verringerten Drucks auf der stromaufwärtsgelegenen Seite des genannten Teils der Filtereinrichtung oder einer Zone erhöhten Drucks auf der stromabwärtsgelegenen Seite des genannten Teils der Filtereinrichtung, und

Benutzen der genannten Zone bei der Erzeugung mindestens eines Strömungsmitteldruckimpulses des Rückspülungs-Strömungsmittels mit ausreichender Leistung, um die Entfernung des Feststoff-Partikelmateriales vom genannten Teil der Filtereinrichtung zu bewirken und hierbei den genannten Teil der Filtereinrichtung zu regenerieren

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Zuleiten des Rückspülungs-Strömungsmittels so zum Motoreinlaß, daß das genannte Feststoff-Partikelmaterial im Motor verbrannt werden kann,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte Zone ursprünglich vom genannten Teil der Filtereinrichtung getrennt ist, und

dann die genannte Zone in Verbindung mit dem genannten Teil der genannten Filtereinrichtung gebracht wird und der genannte mindestens eine Strömungsmitteldruckimpuls erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte mindestens eine Strömungsmitteldruckimpuls im Rückspulungs-Strömungsmittel erzeugt wird oder werden, das durch mindestens den genannten Teil der Filtereinrichtung während der genannten Unterbrechung hindurchströmt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Impuls durch eine Einrichtung erzeugt wird, die so betreibbar ist, daß sie zeitweise den Einlaß des Dieselmotors versperrt und hierbei einen hohen Einlaßzug des Motors erzeugt

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte mindestens eine Impuls einen Druckstoß von unter Druck gesetztem Strömungsmittel aus einer externen Quelle umfaßt, wobei das unter Druck gesetzte Strömungsmittel durch mindestens den genannten Teil des Filters während der Unterbrechung des Abgasstromes hindurchströmt.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasstrom für einen Zeitraum von bis zu einer Sekunde unterbrochen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitraum 0, 25 Sekunden oder weniger beträgt.

9. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Hindurchleiten des Abgasstromes durch nicht mehr als eine einzige Filterzone in der genannten Filtereinrichtung.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch das Hindurchleiten des Abgasstromes durch eine Vielzahl von Filterzonen in der genannten Filtereinrichtung.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche bis 8, gekennzeichnet durch das Hindurchleiten des Abgasstromes durch eine Vielzahl getrennter Filterelemente in der genannten Filtereinrichtung.

12. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Hindurchleiten des Abgasstromes durch eine keramische Honigwaben-Filteranordnung, gesintertes poröses Metallmaterial, Maschenmetall, keramische Fasern, keramischen Schaum oder ein Granulatbett als Filtereinrichtung.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch das Hindurchleiten des Abgasstromes durch die keramische Honigwaben-Filteranordnung, die hergestellt ist aus Cordierit, als Filtereinrichtung.

14. Dieselmotor, der mit einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens des Anspruchs 1 ausgestattet ist, wobei die Vorrichtung eine Filtereinrichtung (132; 154; 184, 186) aufweist, die so angeordnet ist, daß sie den Abgasstrom des Motors abfängt, und die das Feststoff-Partikelmaterial auffängt, das ursprünglich im Abgas enthalten ist, wenn der Abgasstrom durch mindestens einen Teil der genannten Filtereinrichtung hindurchströmt, um hierdurch das genannte Material aus dem genannten Abgasstrom zu entfernen, eine Einrichtung (142; 144; 214) zum intermittierenden Unterbrechen des Abgasstromes durch mindestens den genannten Teil der Filtereinrichtung, und eine Einrichtung (138; 160; 194, 200, 204, 202, 198) zum Hindurchleiten von Rückspülungs-Strömungsmittel durch mindestens den genannten Teil der Filtereinrichtung in einer Richtung entgegengesetzt zu jener des Abgasstromes während der Unterbrechung, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Einrichtung vorgesehen ist, um eine Zone mit verringertem Druck an der stromaufwärts gelegenen Seite des genannten Teils der Filtereinrichtung oder eine Zone mit erhöhtem Druck an der stromabwärts gelegenen Seite des genannten Teils der Filtereinrichtung zu erzeugen, und

eine Einrichtung (140, 144; 162, 170; 210, 190) vorgesehen ist, um die genannte Zone bei der Erzeugung mindestens eines Strömungsmitteldruckimpulses des Rückspülungs-Strömungsmittels mit ausreichender Kraft zu benutzen, um die Entfernung des Feststoff-Partikelmaterials vom genannten Teil der Filtereinrichtung zu bewirken und hierbei den genannten Teil der Filtereinrichtung zu regenerieren.

15. Dieselmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (132; 154; 184; 186) das Rückspülungs-Strömungsmittel in den Motoreinlaß leitet.

16. Dieselmotor nach Anspruch 14 oder 15, ferner dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte Zone anfänglich von dem genannten Teil der Filtereinrichtung getrennt ist, und

die genannte Einrichtung zum Erzeugen des genannten mindestens einen Strömungsmitteldruckimpulses eine Einrichtung umfaßt, um die genannte Zone mit dem genannten Teil der Filtereinrichtung in Verbindung zu bringen.

17. Dieselmotor nach jedem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung zum Erzeugen mindestens eines Strömungsmitteldruckimpulses den genannten mindestens einen Impuls im Rückspülungs-Strömungsmittel erzeugt, das den genannten mindestens genannten Teil der Filtereinrichtung während der genannten Unterbrechung passiert.

18. Dieselmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Impuls durch eine Einrichtung (86, 88; 116, 118; 140, 144; 162; 190, 210) erzeugt wird, die so betreibbar ist, daß sie zeitweise den Einlaß des Dieselmotors schließt und hierbei einen hohen Einlaßzug für den Motor erzeugt.

19. Dieselmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung zum Anschlagen gegen den Filter einen Impuls liefert, der ein Druckstoß eines unter Druck gesetzten Strömungsmittels aus einer externen Quelle (170) ist und während der Unterbrechung des Abgasstromes durch mindestens den genannten Teil der Filtereinrichtung hindurch erfolgt.

20. Dieselmotor nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Unterbrechen des Abgasstromes für einen Zeitraum von bis zu einer Sekunde.

21. Dieselmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitraum 0, 25 Sekunden oder weniger beträgt

22. Dieselmotor nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine keramische Honigwaben-Filteranordnung, gesintertes poröses Metallmaterial 1 Maschenmetall, keramische Fasern, keramischen Schaum oder ein Granulatbett aufweist.

23. Dieselmotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine keramische Honigwaben-Filteranordnung aufweist, die aus Cordierit hergestellt ist.

24. Dieselmotor nach jedem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine einzige Filterzone aufweist.

25. Dieselmotor nach Anspruch 14, mit einer ersten Abgasleitung (134), die das Abgas-Einlaßende der genannten Filtereinrichtung (132) und eine Öffnung verbindet, aus der das Abgas aus der Motorbrennkammer emittiert wird, eine zweite Abgasleitung (146), die an den Abgasauslaß der genannten Filtereinrichtung (132) angeschlossen ist und zur Umgebungsatmosphäre führt, einer ersten Einlaßleitung (136), durch welche Luft aus der Umgebungsatmosphäre zur genannten Brennkammer strömt, und einer zweiten Einlaßleitung (138), die die erste Abgasleitung (134) und die erste Einlaßleitung (136) verbindet, gekennzeichnet durch;

eine erste Abgasventileinrichtung (142), die die erste Abgasleitung (134) an einer Stelle zwischen der Öffnung, aus der das Abgas aus der Brennkammer des genannten Motors (130) ausgestoßen wird, und der Verbindung der ersten Abgasleitung mit der zweiten Einlaßleitung (138) absperrt, wobei die genannte erste Abgasventileinrichtung (142) zwischen einem offenen Zustand, der den Abgasstrom aus dem Motor durch die genannte erste Abgasleitung (134) gestattet, und einem geschlossenen Zustand beweglich ist, der den Abgas- Strom zur Filtereinrichtung (132) unterbricht;

eine erste Einlaßventileinrichtung (140), die die erste Einlaßleitung (136) auf eine solche Weise absperrt, daß die zweite Einlaßleitung (138) mit der ersten Einlaßleitung (136) zwischen der ersten Einlaßventileinrichtung (140) und dem Motor (130) verbunden ist, wobei die erste Einlaßventileinrichtung (140) zwischen einem offenen Zustand, der den Strom aus der umgebenden Atmosphäre zum Motor durch die genannte erste Einlaßleitung (136) gestattet, und einem geschlossenen Zustand beweglich ist, der den genannten Strom durch die genannte Einlaßleitung (136) unterbricht);

eine zweite Einlaßventileinrichtung (144), die die zweite Einlaßleitung (138) absperrt, wobei die genannte zweite Einlaßventileinrichtung (144) zwischen einem offenen Zustand, der den Strom durch die zweite Einlaßleitung (138) gestattet, und einem geschlossenen Zustand beweglich ist, der den Strom durch die zweite Einlaßleitung (138) unterbricht, wobei die zweite Einlaßventileinrichtung (144) in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Druckunterschied, der über diese hinweg ausgeübt wird, öffnet und in Abhängigkeit von dem Nachlassen des genannten Druckunterschiedes schließt;

die genannte erste Einlaßventileinrichtung (140) und die erste Abgasventileinrichtung (142) befinden sich normalerweise in offenem Zustand, um den Einlaßstrom der Umgebungsluft durch die erste Einlaßleitung (136) und den Abgasstrom aus dem Motorbrennraum durch die erste Abgasleitung (134), die Filtereinrichtung (132) und die zweite Abgasleitung (146) zu gestatten, und die genannte zweite Einlaßventileinrichtung (144) befindet sich normalerweise in geschlossenem Zustand;

eine Einrichtung zum intermittierenden, im wesentlichen gleichzeitigen Schließen der ersten Einlaßventileinrichtung (140) und der ersten Abgasventileinrichtung (142), um den Einlaßzug des Motors wieder durch die zweite Einlaßleitung (138) zu lenken, den genannten Druckunterschied zu erzeugen und die genannte zweite Einlaßventileinrichtung (144) zu öffnen, um hierdurch einen Impuls in der Einlaßströmung zu erzeugen, die durch die genannte Filtereinrichtung (132) hindurchströmt, und das Feststoff Partikelmaterial von der genannten Filtereinrichtung zu entfernen und es zum Einlaß des Motors für die Verbrennung im Motor zu fördern;

eine Einrichtung zu Öffnen der genannten ersten Einlaßventileinrichtung (140) und ersten Abgasventileinrichtung (142) in Abhänigkeit vom Schließen der genannten zweiten Einlaßventileinrichtung (144) infolge des Nachlassens des genannten Druckunterschiedes.

26. Dieselmotor nach Anspruch 14, mit einer ersten Abgasleitung (192), die das Abgas-Einlaßende der genannten Filtereinrichtung (184; 186) und eine Öffnung verbindet, aus der das Abgas aus der Motorbrennkammer emittiert wird, einer zweiten Abgasleitung (206; 208), die an den Abgasauslaß der genannten Filtereinrichtung (184; 186) angeschlossen ist und zur Umgebungsatmosphäre führt, einer ersten Einlaßleitung (188), durch welche Luft aus der Umgebungsatmosphäre zur genannten Brennkammer strömt, und einer zweiten Einlaßleitung (194, 200, 204, 202), die die erste Abgasleitung (192) und die erste Einlaßleitung (188) verbindet, gekennzeichnet durch;

eine erste Einlaßventileinrichtung (190), die die erste Einlaßleitung (188) auf eine solche Weise absperrt, daß die zweite Einlaßleitung (1941 200, 204, 202) mit der ersten Einlaßleitung (188) zwischen der ersten Einlaßventileinrichtung (190) und dem Motor verbunden ist, wobei die erste Einlaßventileinrichtung (190) zwischen einem offenen Zustand, der den Strom von der Umgebungsluft zum Motor durch die genannte erste Einlaßleitung (188) gestattet, und einem geschlossenen Zustand beweglich ist, der den genannten Strom durch die erste Einlaßleitung (188) unterbricht;

eine zweite Einlaßventileinrichtung (210), die die zweite Einlaßleitung (194, 200, 204, 202) absperrt, wobei die genannte zweite Einlaßventileinrichtung (210) zwischen einem offenen Zustand, der den Strom durch die zweite Einlaßleitung gestattet, und einem geschlossenen Zustand beweglich ist, der den Strom durch die zweite Einlaßleitung unterbricht, wobei die genannte zweite Einlaßventileinrichtung (210) in Abhängigkeit von einem vorbestirnten Druckunterschied öffnet, der über diese hinweg ausgeübt wird, und in Abhängigkeit von dem Nachlassen des genannten Druckunterschiedes schließt;

die genannte erste Einlaßventileinrichtung (190) befindet sich normalerweise in offenem Zustand, um den Einlaßstrom der Umgebungsluft durch die erste Einlaßleitung (188) und den Abgasstrom von der Motor-Brennkammer durch die zweite Abgasleitung (192) zu gestatten, wobei die Filtereinrichtung (184; 186) und die zweite Abgasleitung (206, 208) und die genannte zweite Einlaßventileinrichtung (210) sich normalerweise in geschlossenem Zustand befinden;

eine Einrichtung zum intermittierenden Schließen der ersten Einlaßventileinrichtung (190), um den Einlaßzug des Motors wieder durch die zweite Einlaßleitung (194, 200, 204, 202) zu lenken, den genannten Druckunterschied zu erzeugen und die genannte zweite Einlaßventileinrichtung (210) zu öffnen, um hierdurch einen Impuls des Einlaßstromes zu erzeugen, der durch die Filtereinrichtung (184; 186) hindurchströmt, und das genannte Feststoff-Partikelmaterial von der Filtereinrichtung zu entfernen und es zur Verbrennung zum Einlaß des Motors zu fördern;

eine Einrichtung zum Öffnen der genannten ersten Einlaßventileinrichtung (190) in Abhängigkeit vom Schließvorgang der genannten zweiten Einlaßventileinrichtung (210) infolge des Nachlassens des genannten Druckunterschiedes.