DE4134949A1

DE4134949A1 - Verfahren und vorrichtung zur wartung und diagnose eines russfilters

Info

Publication number: DE4134949A1
Application number: DE4134949A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ing Grad Bockel; Leopold Dipl Ing Jungbauer; Manfred Dipl Ing Stotz
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1991-10-23
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2011-10-24
Also published as: DE4134949C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wartung und Diagnose eines Rußfilters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 37 09 671 A1 ist bereits ein in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordneter Partikelfilter mit mehre ren getrennten Filterelementen in einem Filtergehäuse bekannt, an dem eine periodische Reinigung der Filterelemente vorgesehen ist, indem nacheinander jeweils mindestens ein Filterkörper während des Betriebes der Brennkraftmaschine entgegen der Strömungsrichtung der Abgase mit Druckluft durchblasen wird. An diesem Filtersystem ist es neben der aufwendigen und groß bauenden Ausführung nachteilig, daß sich bei dem Durchblasen der Filterelemente ein Großteil der von dem betreffenden Fil terelement abgelösten Rußpartikel an die anderen, in normaler Strömungsrichtung durchströmten Filterkörper absetzt, so daß diese zusätzlich bzw. nach bereits durchgeführter Reinigung er neut beladen werden, so daß eine annähernd vollständige Besei tigung des Rußes auch bei mehrmaliger Wiederholung des Reini gungsvorganges kaum erreichbar ist. Im weiteren werden die sich im Partikelfilter ansammelnden nicht brennbaren Verunreini gungen und Aschen während der Reinigungsvorgänge immer wieder aufgewirbelt und setzen sich ebenfalls an den Filterelementen ab, so daß der Beladungsgrad und in der Folge davon der durch das Partikelfilter erzeugte und sich nachteilig auf den Wir kungsgrad der Brennkraftmaschine auswirkende Abgasgegendruck trotz der periodischen Regenerationen allmählich, im Extremfall bis zur Unbrauchbarkeit des Partikelfilters ansteigt. Es ist weiterhin nachteilig, daß keine Möglichkeit zur Feststellung des Beladungszustandes sowie der Funktionsfähigkeit des Parti kelfilters vorgesehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in einer Werk statt ausführbares Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens zu schaffen, daß es ermöglicht eine Re generation und Reinigung eines Rußfilters derartig durchzu führen, daß das Rußfilter annähernd seine ursprüngliche Durch laßfähigkeit wiedererlangt sowie einen Rußfilter auf seine Durchlaßfähigkeit zu prüfen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk malen der Patentansprüche 1 und 8 gelöst, wobei die Merkmale der Unteransprüche vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen kenn zeichnen.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren beschrieben, welches es ermöglicht in periodischen Abständen, z. B. während eines Ser viceaufenthaltes in einer Werkstatt, das Rußfilter von Kraft fahrzeugen mit Dieselmotor zu regenerieren und zu überprüfen. Es ist besonders vorteilhaft, daß es durch diese Regenerierung möglich wird, die nichtbrennbaren Verunreinigungen und Aschen fast vollständig aus dem Rußfilter zu entfernen und dadurch einer Verschlechterung des motorischen Wirkungsgrades infolge eines sich bei zunehmender Beladung des Rußfilters vergrößern den Abgasgegendruckes vorzubeugen.

Für die dazu erforderlichen Anschlußmöglichkeiten ist an den Abgasanlagen nur ein minimaler Bauaufwand erforderlich, während das eigentliche Wartungs- und Diagnosegerät als Werkstattgerät betreibbar wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im folgenden näher be schrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung in der zur Regenerierung installierten Anordnung,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung in der zur Reinigung installierten Anordnung,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer vereinfachten Vorrich tung zur Reinigung,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung in der zur Filterdiagnose installierten Anordnung,

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung des Wartungs- und Diagnosege rätes.

In den Fig. 1, 2 und 4 ist ein Teil einer Abgasanlage mit einem Rußfilter 1 dargestellt, der aus einem durchströmbaren Filter element 2 und einem Filtergehäuse 3 besteht und in den ein von der Brennkraftmaschine kommendes Eingangsrohr 4 einmündet sowie ein weiterführendes Ausgangsrohr 5 angebracht ist. Über ver schließbare Serviceöffnungen 6, 7 in dem Ein- bzw. Ausgangsrohr 4, 5 ist ein in Fig. 5 näher dargestelltes Wartungs- und Diagno segerät 8 entsprechend der in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellten Möglichkeiten anschließbar. Die Serviceöffnungen 6, 7 können entsprechend der baulichen Gestaltung des Rußfilters 1 auch am Filtergehäuse 3 selbst angebracht sein.

In einem ersten Arbeitsschritt nach Fig. 1 wird das Wartungs- und Diagnosegerät 8 über ein Verbindungsrohr 9 an die motorsei tige Serviceöffnung 6 angeschlossen. Dabei schließt eine in das Eingangsrohr 4 hineinragende und zum Rußfilter 1 offene Druck düse 10 das Eingangsrohr 4 in Richtung zur Brennkraftmaschine relativ dicht ab. In dem Wartungs- und Diagnosegerät 8 wird Luft auf eine Temperatur aufgeheizt, die über der Entzündungs temperatur der Rußpartikel liegt. Diese Luft wird über das Ver bindungsrohr 9 in Strömungsrichtung der Abgase durch das Ruß filter 1 geblasen, wodurch sich die Rußpartikel im Filterele ment 2 entzünden und infolge der für die Verbrennung zur Ver fügung stehenden relativ großen Luftmenge abbrennen. Nach der Zündung der Rußpartikel kann die Regeneration mit kalter Luft fortgesetzt werden, da es sich um einen exothermen Vorgang han delt. Hierzu wird der im Wartungs- und Diagnosegerät vorhandene Lufterhitzer abgestellt. Durch die intensive Verbrennung, ins besondere bei einem hohen Beladungsgrad mit Rußpartikeln, kann es zu derart hohen Verbrennungstemperaturen kommen, daß das Rußfilter 1 beschädigt bzw. zerstört wird. Zum Schutz vor der artig hohen kritischen Temperaturen wird während dieses Ar beitsschrittes die Temperatur des Verbrennungsvorganges mittels eines in die ausgangsseitige Serviceöffnung 7 eingebrachten Temperatursensors 11 gemessen. Bei Erreichen einer festgelegten Temperatur, die unterhalb der kritischen Temperatur für den entsprechenden Rußfiltertyp liegt, wird der Regenerationsvorgang des Abbrennens der Rußpartikel abgebrochen, indem die Zufuhr von Frischluft unterbrochen und ein inertes Gas, z. B. Kohlendi oxyd oder Stickstoff, zugeführt wird. Nach Abkühlung des Rußfil ters 1 kann der Ausbrennvorgang fortgesetzt bzw. erneut einge leitet werden.

In einem zweiten Arbeitsschritt nach Fig. 2 wird das Verbin dungsrohr 9 an die ausgangsseitige Serviceöffnung 7 angeschlos sen, wobei in diesem Falle die Druckdüse 10 das Ausgangsrohr 5 in Richtung zum Auspuffende relativ dicht abschließt. An die motorseitige Serviceöffnung 6 wird über ein, das Eingangsrohr 4 mittels einer Druckdüse 10 in Richtung zur Brennkraftmaschine ebenfalls relativ dicht abschließendes Ableitungsrohr 12 eine Verbindung zu einem Staubfangbehälter 13 hergestellt. Mittels des durch das Wartungs- und Diagnosegerät 8 erzeugten bzw. be reitgestellten Druckluftstromes wird nun das Rußfilter 1 ent gegen der normalen Durchströmrichtung der Abgase durchgeblasen. Erforderlichenfalls kann der Luftstrom analog des Arbeits schrittes nach Fig. 1 aufgeheizt werden. Durch den das Rußfil ter 1 mit hoher Geschwindigkeit durchströmenden Luftstrom wer den die sich im und (in normaler Strömungsrichtung) vor dem Filterelement 2 angesammelten nicht verbrannten Rußpartikel, Aschen und nichtbrennbaren Verunreinigungen entgegen der norma len Durchströmrichtung der Abgase ausgeblasen und im Staubfang behälter 13 aufgefangen.

Das Verfahren zur Reinigung eines Rußfilters 1 ist entsprechend der Darstellung in Fig. 3 in einer vereinfachten Form ohne War tungs- und Diagnosegerät 8 möglich. Dazu wird eine die beiden Serviceöffnungen 6, 7 verbindende Umgehungsleitung 14 um das Rußfilter 1 installiert, die die gesamte Menge der Auspuffgase der Brennkraftmaschine entgegen der normalen Durchströmrichtung durch das Rußfilter 1 leitet und dadurch die Rußpartikel, Aschen und nichtbrennbaren Verunreinigungen aus dem Rußfilter 1 herausbläst, wobei zwischen der motorseitigen Serviceöffnung 6 und dem Rußfilter 1 eine Entsorgungsöffnung 15 in dem Eingangs rohr 4 angeordnet ist, an die - wie in dem Arbeitsschritt ent sprechend Fig. 2 angegeben - über ein Ableitungsrohr 12 ein Staubfangbehälter 13 angeschlossen ist, der die festen Partikel aus den Abgasen herausfiltert.

Dabei schließen in das Eingangs- und Ausgangsrohr 4, 5 hineinra gende Druckdüsen 10 die Durchgänge zwischen der motorseitigen Serviceöffnung 6 und der Entsorgungsöffnung 15 sowie zwischen der ausgangsseitigen Serviceöffnung 7 und dem weiterführenden Ausgangsrohr 5 in Richtung zum Auspuffende relativ dicht ab.

In einem weiteren Arbeitsschritt nach Fig. 4 kann der Zustand des Rußfilters 1 anhand seiner Durchströmbarkeit diagnostiziert werden, indem der Druckabfall der Abgase beim Durchströmen des Rußfilters 1 bei unter definierter Drehzahl- und Lastzustand laufender Brennkraftmaschine ermittelt wird. Dazu werden an beiden Serviceöffnungen 6, 7 Druckmeßleitungen 16 angeschlossen, deren Druckdifferenz durch das Wartungs- und Diagnosegerät 8 gemessen und ausgewertet wird.

Die Prüfung kann gleichermaßen dadurch erfolgen, daß statt der Nutzung von Motorabgasen zur Messung der Durchströmbarkeit des Rußfilters 1 eine definierte Luftmenge aus dem Wartungs- und Diagnosegerät 8 über das Verbindungsrohr 9 in die motorseitige Serviceöffnung 6 zugeführt und der Druckabfall der zugeführten Luft beim Durchströmen des Rußfilters 1 ermittelt wird. Bei einer ausreichend genau zugemessenen Menge von Motorabgasen oder von Luft aus dem Wartungs- und Diagnosegerät 8 ist es gleichfalls möglich, eine hinreichend genaue Prüfung der Durch strömbarkeit des Rußfilters 1 lediglich durch eine Messung des sich vor dem Filter 1 im Eingangsrohr 4 aufbauenden Staudruckes durchzuführen.

In der Auswertung dieser Messung deuten zu große Druckdifferen zen bzw. ein zu großer Staudruck auf einen zu hohen Beladungs zustand des Rußfilters 1 hin, der durch Abarbeiten oder Wieder holen der Arbeitsschritte "Ausbrennen" und "Ausblasen" besei tigt werden kann.

Eine zu geringe Druckdifferenz bzw. ein zu geringer Staudruck deutet auf einen defekten (durchgebrannten) und auszutauschen den Rußfilter 1 hin.

Bei dem für die Durchführung der Arbeitsschritte nach Fig. 1, 2 und 4 erforderlichen Wartungs- und Diagnosegerät 8 handelt es sich um ein Werkstattgerät, welches im wesentlichen alle zur Durchführung der beschriebenen Arbeitsschritte erforderlichen Einrichtungen in einem Gehäuse 17 beinhaltet. Für die Bereit stellung der für das "Ausbrennen" und "Ausblasen" erforder lichen Druckluft ist in dem Wartungs- und Diagnosegerät 8 ent weder ein interner Drucklufterzeuger 18 vorhanden, der durch ein ausreichend starkes Gebläse oder einen Kompressor gebildet ist oder es ist ein Anschluß an eine externe Druckluftquelle, z. B. an ein Druckluftnetz einer Werkstatt, vorhanden. Die er zeugte oder zugeleitete Druckluft wird über ein Druckluftventil 19 und einen regelbaren Lufterhitzer 20 in das Verbindungsrohr 9 geleitet. Alternativ zur Druckluft ist mittels eines weiteren Ventiles 21 aus einem Vorratsbehälter 22 das zum Abbrechen des Ausbrennvorganges erforderliche inerte Gas in das Verbindungs rohr 9 einleitbar. Der interne Drucklufterzeuger 18, die Venti le 19, 21 und der Lufterhitzer 20 werden über ein Meß- und Re geleinheit 23 in der Art angesteuert, daß entweder beide Venti le 19 und 21 geschlossen oder nur eines der beiden Ventile 19 oder 21 geöffnet sein kann und wobei der Lufterhitzer 20 nur bei eingeschaltetem internen Drucklufterzeuger 18 und geöffne tem Druckluftventil 19 einschaltbar ist. Diese Schaltung kann vorteilhaft in Verbindung mit dem Temperatursensor 11 gesteuert werden.

Weiterhin ist in dem Wartungs- und Diagnosegerät 8 eine Diffe renzdruck-Meßeinrichtung 24 oder eine Staudruck-Meßeinrichtung vorhanden, an die die Druckmeßleitungen 16 angeschlossen sind. Die für die Überwachung der Arbeitsschritte relevanten Daten, z. B. die Temperatur und der Druck der über das Verbindungsrohr 9 dem Rußfilter 1 zugeführten Luftmenge, der Druck des inerten Gases und die Abgastemperatur können mittels entsprechender An zeigen 25 zur manuellen Steuerung bzw. zur Überwachung der automatischen Steuerung des Wartungs- und Diagnosegerätes 8 an gezeigt werden. Weiterhin ist eine für die Beurteilung des Zu standes des Rußfilters 1 erforderliche Anzeige 25 des Meßwertes der Differenzdruck-Meßeinrichtung 24 bzw. Staudruck-Meßeinrich tung an dem Wartungs- und Diagnosegerät 8 angebracht.

Claims

1. Verfahren zur Wartung und Regenerierung eines aus einem Filtergehäuse und mindestens einem Filterelement bestehenden Rußfilters, der in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und der durch Abbrennen der Rußpartikel und durch Ausblasen mittels eines Gasstromes entgegen der Strö mungsrichtung der Abgase zu reinigen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die angesammelten Rußpartikel mittel eines von außen in den Rußfilter (1) geleiteten Heißgasstromes gezündet und verbrannt werden und daß danach die Verbrennungsrückstände mittels des Gasstromes vom Filterelement (2) abgelöst und nach außen abgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abbrennen der Rußpartikel durch Unterbrechen des Gas stromes und Einleitung eines inerten Gases in den Rußfilter (1) steuerbar ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der den Rußfilter (1) verlassenden Verbren nungsgase gemessen und zur Steuerung der Abbrennvorganges aus gewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Filterzustandes bei einem definierten Anströmdruck eine Gasdurchströmmenge durch das Filterelement (2) gemessen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom durch eine stromauf des Rußfilters (1) in der Abgasleitung angeordneten Serviceöffnung (6) zuführbar ist.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom durch eine stromab des Rußfilters (1) in der Abgasleitung angeordneten Serviceöffnung (6) zuführbar ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom durch eine stromauf des Rußfilters (1) in der Abgasleitung angeordneten Entsorgungsöffnung (15) nach außen abführbar ist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Wartungs- und Diagnosegerät (8) umfassend

- eine Luftversorgungseinrichtung zur Bereitstellung des Gas stromes mit zuschaltbarem Lufterhitzer (20), die über ein Ver bindungsrohr (9) mit der Abgasanlage verbindbar ist,
- einen Vorratsbehälter (22) für inertes Gas, der mit der Abgas anlage verbindbar ist,
- eine über Druckmeßleitungen (16) an die Abgasanlage an schließbare Meßeinrichtung (24) zur Messung des Druckes bzw. des Differenzdruckes in der Abgasanlage vor und nach dem Filterelement (2),
- eine Meß- und Regeleinheit (23) zur Steuerung der im Wartungs- und Diagnosegerät (8) enthaltenen Einrichtungen und
- einen Staubfangbehälter (13), der über ein Ableitungsrohr (12) mit der Abgasanlage verbindbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem an einer Serviceöffnung (6, 7) bzw. Entsorgungsöff nung (15) anschließbaren Ende des Verbindungs- bzw. Ableitungs rohres (9, 12) jeweils eine Druckdüse (10) anbringbar ist, mit tels der eine durchströmbare Verbindung von den Serviceöff nungen (6, 7) bzw. von der Entsorgungsöffnung (15) in jeweils eine Richtung des Eingangs- bzw Ausgangsrohres (4, 5) sperrbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die stromauf und stromab des Rußfilters (1) angeordneten Serviceöffnungen (6, 7) durch eine Umgehungsleitung (14) mitein ander verbindbar sind, wobei der Staubfangbehälter (13) an die zwischen der stromauf des Rußfilters (1) angeordneten Service öffnung (6) und dem Filterelement (2) angeordneten Entsorgungs öffnung (15) anschließbar ist und wobei die Durchgänge zwischen der stromauf des Rußfilters (1) angeordneten Serviceöffnung (6) und der Entsorgungsöffnung (15) sowie der stromab des Rußfil ters (1) angeordneten Serviceöffnung (7) und dem in Richtung zum Auspuffende weiterführenden Ausgangsrohr (5) gesperrt sind.