DE4242312C2

DE4242312C2 - Abgasemission-Kontrollvorrichtung

Info

Publication number: DE4242312C2
Application number: DE19924242312
Authority: DE
Inventors: Tosiharu Kondo; Terutaka Kageyama; Nobuhiko Murata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2012-12-16
Also published as: JPH05163932A; JP3116486B2; DE4242312A1

Abstract

Eine Abgasemission-Kontrollvorrichtung ist imstande, eine Erzeugung von Rissen zu verhindern und die Regenerierzeit zu verkürzen. Während des Regeneriervorgangs wird zuerst eine Außenumfang-Heizvorrichtung erregt, um den Außenumfangsbereich des Filters zu erhitzen und dadurch Schwebstoffteilchen an diesem Bereich zu verbrennen. Hierdurch wird eine Stirnfläche-Heizvorrichtung erregt, um die Schwebstoffteilchen an der frontseitigen Stirnfläche des Filters zu entzünden. Folglich steigt die Temperatur der frontseitigen Stirnfläche und diejenige des zentralen Teils des Filters an. Da jedoch zu dieser Zeit die Temperatur des Außenumfangsabschnitts des Filters bereits ausreichend hoch ist, kann der Zustand, daß der zentrale Teil des Filters eine hohe Temperatur hat, während der Außenumfangsbereich eine niedrige Temperatur aufweist, vermieden werden, und somit kann die Erzeugung von Rissen begrenzt oder unterbunden werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasemission-Kon troll- oder Reguliervorrichtung für Brennkraftmaschinen und insbesondere auf ein Regenerierverfahren einer Abgas emission-Kontrollvorrichtung, die im Abgas eines Dieselmo tors enthaltene Schwebstoffteilchen auffängt oder sammelt.

Es ist allgemeine Praxis gewesen, ein keramisches Diesel motor-Abgaspartikel-Sammelfilter, das in einem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet ist, durch Zünden und Ver brennen von Schwebstoffteilchen mittels einer an einer frontseitigen Stirnfläche des Filters angeordneten Front- Heizvorrichtung zu regenerieren (im folgenden beziehen sich alle frontseitigen Stirnflächen des Filters immer auf eine Frontfläche von diesem auf einer in der Strömungsrich tung der Luft während einer Regenerierung stromaufwärtigen Seite).

Die (ungeprüfte) JP-GM-OS Nr. 3-17225 offenbart eine Kon struktion zur Regenerierung eines keramischen Wabenfilters, in welchem die von einem Dieselmotor ausgestoßenen Schweb stoffteilchen gesammelt worden sind, mittels sowohl einer Außenumfang-Heizvorrichtung, die an einem Außenumfangsbe reich des Filters vorgesehen ist, und einer Stirnfläche- Heizvorrichtung, die sich an einem Stirnflächenteil des Filters befindet.

Die herkömmliche Filter-Regeneriervorrichtung mit der an einer Stirnfläche vorgesehenen Stirnfläche-Heizvorrichtung unterliegt einem Problem insofern, als Risse oder Brüche im Filter aufgrund einer Wiederholung einer ungleichförmigen Temperaturverteilung (Wärmespannung) im Filter hervorgerufen werden. Dieses Problem wird dann schwerwiegend, wenn die Durchsatzmenge eines regenerierenden Gases zum Zweck einer Verkürzung der Regenerierzeit erhöht wird.

Obgleich in der erwähnten Veröffentlichung eine Konstruk tion beschrieben ist, bei welcher eine Heizvorrichtung so wohl am Außenumfangsbereich als auch an der Stirnfläche des Filters vorhanden ist, wird auf eine Methode zur Erregung bzw. Energieversorgung dieser Heizvorrichtungen in keiner Weise eingegangen oder hierauf Bezug genommen.

Im Hinblick auf das oben angesprochene Problem, das im Stand der Technik vorliegt, ist es die Aufgabe dieser Erfindung, eine Abgasemission-Kontroll- oder Reguliervorrichtung zu schaffen, die es möglich macht, unter Verwendung einer Außen umfang-Heizvorrichtung sowie einer Stirnfläche-Heizvorrich tung die Regenerierzeit zu verkürzen und die Erzeugung von Rissen oder Brüchen zu unterbinden.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Gesichtspunkt dieser Erfindung eine Abgasemission-Kontrollvorrichtung ge schaffen, die in der Abgasleitung eines Dieselmotors angeord net ist und umfaßt: (a) ein im wesentlichen säulenförmiges Keramikfilter, in welchem erste Luftkanäle an ihrem ersten Ende und zweite Luftkanäle am zum ersten Ende entgegenge setzten zweiten Ende verschlossen sind, wobei diese Luftkanä le sich in axialer Richtung des Filters sowie aneinander grenzend erstrecken und die ersten sowie zweiten Luftkanäle untereinander in Verbindung stehen, (b) eine längs einer Außenumfangsfläche des Filters angeordnete Außenumfang- Heizvorrichtung, (c) eine entlang einer frontseitigen Stirnfläche des Filters angeordnete Stirnfläche-Heizvor richtung und (d) eine die Energiezufuhr zu den Heizvorrich tungen steuernde oder diese erregende Erregung-Steuerein heit.

Die Erregung-Steuereinheit versorgt die Außenumfang-Heiz vorrichtung mit Energie eine bestimmte Zeitspanne früher, als sie die Stirnfläche-Heizvorrichtung im Filter-Regene rierbetrieb mit Energie speist.

Gemäß einem anderen Gesichtspunkt dieser Erfindung wird eine Abgasemission-Kontrollvorrichtung geschaffen, die in der Abgasleitung eines Dieselmotors angeordnet ist und um faßt: (a) ein im wesentlichen säulenförmiges, in der Abgas leitung liegendes Keramikfilter, in welchem erste Luftkanä le an ihrem ersten Ende und zweite Luftkanäle am zum ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende verschlossen sind, wobei diese Luftkanäle sich in axialer Richtung des Filters sowie nebeneinanderliegend erstrecken und die ersten sowie zweiten Luftkanäle untereinander in Verbindung stehen, (b) eine längs einer Außenumfangsfläche des Filters angeordnete Außenumfang-Heizvorrichtung, (c) eine entlang einer front seitigen Stirnfläche des Filters angeordnete Stirnfläche- Heizvorrichtung und (d) eine die Energiezufuhr zu den Heizvorrichtungen steuernde Erregung-Steuereinheit.

Die Erregung-Steuereinheit entregt die Außenumfang-Heizvor richtung im Filter-Regenerierbetrieb um eine vorbestimmte Zeitspanne später, nachdem sie die Stirnfläche-Heizvorrich tung entregt oder abgeschaltet hat.

In einer bevorzugten Weise hat die Erregung-Steuereinheit als die Filterregenerier-Betriebsweisen: (a) einen Außen umfang-Zündmodus, in welchem die Steuereinheit lediglich die Außenumfang-Heizvorrichtung erregt oder mit Energie speist, um ein Verbrennen vom Außenumfangsbereich des Fil ters her einzuleiten, (b) einen an den Außenumfang-Zündmo dus sich anschließenden Außenumfang-Brennhaltemodus, in dem die Steuereinheit lediglich die Außenumfang-Heizvorrich tung mit Energie speist, um das Verbrennen aufrechtzuerhal ten und eine auf den Außenumfangsbereich des Filters aufge brachte Spannung abzubauen, (c) einen an den Außenumfang- Brennhaltemodus sich anschließenden Stirnfläche-Zündmo dus, in welchem die Steuereinheit die Außenumfang-Heiz vorrichtung sowie die Stirnfläche-Heizvorrichtung mit Energie speist, um die auf den Außenumfangsbereich des Filters aufgebrachte Spannung abzubauen sowie ein Verbren nen von der frontseitigen Stirnfläche des Filters her ein zuleiten, und (d) einen an den Stirnfläche-Zündmodus sich anschließenden Außenumfang-Endstufen-Brenn- und Spannungs abbaumodus, in dem die Steuereinrichtung allein die Außen umfang-Heizvorrichtung mit Energie speist, um die am Außen umfangsbereich des Filters aufgebrachte Spannung abzubauen und eine Temperaturabsenkung in einem inneren Teil des Fil ters abzuwarten.

In einer anderen bevorzugten Weise hat die Erregung-Steuer einheit als die Filterregenerier-Betriebsweisen: (a) einen Außenumfang-Zündmodus, in welchem die Steuereinheit ledig lich die Außenumfang-Heizvorrichtung mit Energie speist, um ein Verbrennen vom Außenumfangsbereich des Filters her einzuleiten, (b) einen an den Außenumfang-Zündmodus sich an schließenden Stirnfläche-Zündmodus, in welchem die Steuer einheit die Außenumfang-Heizvorrichtung sowie die Stirn fläche-Heizvorrichtung mit Energie speist, um eine auf den Außenumfangsbereich des Filters aufgebrachte Spannung abzu bauen sowie ein Verbrennen von der frontseitigen Stirnflä che des Filters her einzuleiten, und (c) einen an den Stirnfläche-Zündmodus sich anschließenden Außenumfang- Endstufen-Brenn- und Spannungsabbaumodus, in welchem die Steuereinheit allein die Außenumfang-Heizvorrichtung mit Energie speist, um die am Außenumfangsbereich des Filters aufgebrachte Spannung abzubauen und auf eine Beendigung des Verbrennens sowie eine Temperaturabsenkung im Inneren des Filters zu warten.

Die Funktionsweise der Erregung-Steuereinheit, die der we sentliche Teil des ersten Gesichtspunktes dieser Erfindung ist, wird im folgenden erläutert.

Im Regenerierbetrieb erregt die Erregung-Steuereinheit zu erst die Außenumfang-Heizvorrichtung, um den Außenumfangs bereich des Filters zu erhitzen und dadurch ein Verbrennen der Schwebstoffteilchen an diesem Außenumfangsbereich ein zuleiten. Als Ergebnis dessen wird die Temperatur des Außen umfangsbereichs des Filters auf einer Innentemperatur von diesem oder darüber ohne Rücksicht auf die Kühlung durch einen Luftstrom gehalten und die am Außenumfangsbereich des Filters aufgebrachte Zugspannung auf diese Weise abgebaut.

Anschließend erregt die Erregung-Steuereinheit die Stirnflä che-Heizvorrichtung, um die frontseitige Stirnfläche des Filters, an der es relativ schwierig ist, eine Zündung (zur Durchführung einer Regenerierung) zu bewirken, was auf die Kühlung durch den Luftstrom zurückzuführen ist, zu erhitzen und dadurch die an dieser frontseitigen Stirnflä che befindlichen Schwebstoffteilchen zu entzünden. Die Ver brennung breitet sich allmählich zur stromabwärtigen Seite des zentralen Teils des Filters zusammen mit dem Luftstrom aus, so daß die Temperatur am frontseitigen Stirnbereich und im zentralen Teil des Filters höher wird. Da jedoch die Temperatur des Außenumfangsbereichs des Filters zu dieser Zeit bereits erhöht worden ist, kann der Zustand, daß der mittige Teil des Filters eine hohe Temperatur hat, während der Außenumfangsbereich eine niedrige Temperatur besitzt, vermieden und die Erzeugung von Rissen, was dann eintritt, wenn die Teilchen rasch verbrannt werden, ausgeschlossen werden.

Die Funktionsweise der Erregung-Steuereinheit, die der we sentliche Teil dieser Erfindung bei dem zweiten Aspekt ist, wird im folgenden beschrieben.

Wenn der Regenerierbetrieb beendet wird, entregt die Erre gung-Steuereinheit zuerst die Stirnfläche-Heizvorrichtung, um die Temperatur des frontseitigen Teils des Filters, ins besondere des mittigen Teils von diesem zu vermindern, und sie entregt dann die Außenumfang-Heizvorrichtung. Selbst wenn der Außenumfangsbereich des Filters durch den Luftstrom ge kühlt wird, wird auf diese Weise, weil die Temperatur des zentralen Teils des Filters geringer wird und dann die Tem peratur des Außenumfangsbereichs von diesem abnimmt, ein Aufbringen oder eine Einwirkung der Zugspannung auf den Außenumfangsbereich des Filters beseitigt oder einge schränkt.

Da, wie oben erwähnt wurde, die Erregung-Steuereinheit in der gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung vorgese henen Abgasemission-Kontrollvorrichtung die Außenumfang- Heizvorrichtung um eine vorbestimmte Zeitspanne eher erregt im Regenerierbetrieb des keramischen Filters, als sie die Stirnfläche-Heizvorrichtung erregt, steigt die Temperatur des Außenumfangsbereichs des Filters an, bevor sich die Tem peratur der Stirnfläche und des zentralen Teils des Filters erhöht.

Es ist auf diese Weise möglich, die Erzeugung von Rissen oder Brüchen auszuschalten, was aufgrund der auf den Außen umfangsbereich des Filters aufgebrachten Zugspannung erfol gen würde, wenn der Außenumfangsbereich des Filters durch den Luftstrom gekühlt wird und dessen Temperatur sich auf die Temperatur des zentralen Teils des Filters oder unter diese absenkt. Demzufolge wird eine Regenerierung mit hoher Ge schwindigkeit ermöglicht, und es können eine Verkürzung der Regenerierzeit sowie eine Einsparung an Regenerierenergie erzielt werden.

Bei der gemäß dem anderen Gesichtspunkt dieser Erfindung vor gesehenen Abgasemission-Kontrollvorrichtung entregt die Er regung-Steuereinheit, wenn der Regenerierbetrieb des Kera mikfilters beendet wird, die Außenumfang-Heizvorrichtung um eine bestimmte Zeitspanne, nachdem sie die Stirnfläche- Heizvorrichtung entregt oder abschaltet. Demzufolge wird, nachdem die Beheizung des frontseitigen Teils des Filters, insbesondere dessen zentralen Teils durch die Stirnfläche- Heizvorrichtung abgeschlossen ist und die Schwebstoffteil chen im zentralen Teils des Filters somit ausreichend ver brannt worden sind und dann die Temperatur des zentralen Filterteils sich vermindert hat, die Temperatur des Außenum fangsbereichs abgesenkt. Als Ergebnis dessen wird die an der Außenumfangsfläche des Filters zur Wirkung gebrachte Zug spannung aus demselben Grund abgebaut wie diejenige bei der Abgasemission-Kontrollvorrichtung gemäß dem ersten Ge sichtspunkt der Erfindung, und es können somit die Verminde rung in der Regenerierzeit sowie die Einsparung an Regene rierenergie erzielt werden, während die Erzeugung von Ris sen ausgeschaltet werden kann.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Abgasemission- Kontrollvorrichtung in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen elektrischen Schaltplan einer Erregung oder Energiezufuhr-Steuereinheit für die Vorrichtung der Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt für den Sammel- oder Auffangvorgang der in Fig. 1 dargestellten Vor richtung;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt für den Regenerier vorgang der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 5 einen Flußplan zum Regenerierbetrieb der Erregung- Steuereinheit der in Fig. 1 dargestellten Vorrich tung;

Fig. 6 einen Flußplan für ein Schema A;

Fig. 7 einen Flußplan für ein Schema B;

Fig. 8 ein Zeitdiagramm des Schemas A;

Fig. 9 ein Zeitdiagramm des Schemas B;

Fig. 10 die im Regenerierbetrieb verwendeten Temperatur- Meßpunkte;

Fig. 11 eine Verteilung der Temperaturen im Schema A;

Fig. 12 eine Verteilung der Temperaturen im Schema B.

Gemäß der Fig. 1 umfaßt die Abgasemission-Kontrollvorrich tung einen zylindrischen Behälter 5 aus rostfreiem Stahl, der an seinen beiden Enden offen ist und zwischen ein strom aufwärtiges Abgasrohr 8a sowie ein stromabwärtiges Abgas rohr 8b eingesetzt ist, ein im wesentlichen säulenförmiges Keramikfilter 1, das im Behälter 5 angeordnet ist, eine an der Außenumfangsfläche des Keramikfilters 1 vorhandene Außenumfang-Heizvorrichtung 7, eine benachbart zu einer Stirnfläche des Filters 1, die mit Bezug zur Abgas-Strömungs richtung stromab liegt, angeordnete Stirnfläche-Heizvorrich tung 6 und eine die Energiezufuhr oder Erregung der Heiz vorrichtungen 6 sowie 7 steuernde Energiezufuhr- oder Erre gung-Steuereinheit 9.

Das Filter 1 ist ein bekanntes keramisches Dieselmotor- Abgaspartikel-Sammelfilter aus Kordierit. Ein Puffermate rial 4, das eine keramische Filterschicht ist, ist zwischen den Behälter 5 und die Außenumfang-Heizvorrichtung 7 einge setzt. Im Filter 1 erstrecken sich eine große Anzahl von Luftkanälen oder Zellen 2 vom stromaufwärtigen Abgasrohr 8a zum stromabwärtigen Abgasrohr 8b. Die einander benachbarten oder aneinandergrenzenden Zellen 2 stehen durch eine große Anzahl von feinen Lochungen in einer Trennwand, die die ein zelnen Zellen 2 voneinander trennt, untereinander in Verbin dung. Jede aus etwa der einen Hälfte der Zellen 2 ist an ihrem stromaufwärtigen Endstück durch einen Stopfen 3 ver schlossen und jede der diesen stromaufwärts verschlossenen Zellen benachbarten Zellen 2 ist an ihrem stromabwärtigen Endstück durch einen Stopfen 3 ebenfalls verschlossen.

Bei den Heizvorrichtungen 6 und 7 kommt ein elektrisches Heizmaterial zur Anwendung, das aus einer Kanthal- oder Nickel-Chrom-Legierung besteht. Die Querschnittsgestalt der Heizvorrichtungen kann kreisförmig oder quadratisch sein. Die Heizvorrichtungen 6 und 7 können in einer gewellten Form angeordnet sein, und die Heizvorrichtung 7 kann auch eine gewendelte Gestalt haben.

Die Erregung-Steuereinheit 9 umfaßt einen Mikrocomputer 91 und Leistungstransistoren 92-98, die durch den Mikrocom puter 91 gesteuert werden. Der Kollektor eines jeden der Transistoren 92 und 93 ist getrennt mit dem einen Ende einer jeden Heizvorrichtung 6 bzw. 7 verbunden. Dem anderen Ende der Heizvorrichtungen 6 und 7 wird Energie von einer (nicht dargestellten) Batterie zugeführt.

Die Transistoren 94, 95 und 96, 97 bilden jeweils CMOS- Leistungswechselrichter A bzw. B. Motoren M1 und M2 für einen Betrieb von Umschaltventilen oder Regelklappen, die noch beschrieben werden, sind zwischen die Ausgangskontakte der Wechselrichter A und B geschaltet. Der Kollektor des Transistors 98 ist mit dem einen Ende eines eine Luftpumpe betreibenden Motors M3 verbunden, dessen anderes Ende an die (nicht dargestellte) Batterie angeschlossen ist.

Die Funktionsweise der in Fig. 2 gezeigten Erregung- Steuereinheit 9 wird im folgenden beschrieben. Ein Durch schalten der Transistoren 92, 93 und 98 schaltet die Heiz vorrichtungen 6 sowie 7 und den Motor M3 einzeln an oder aus. Wenn an den CMOS-Leistungswechselrichter A eine hohe Steuerspannung gelegt wird, während am CMOS-Leistungswechsel richter B eine niedrige Steuerspannung liegt, werden die Motoren M1 und M2 in der einen Richtung gedreht. Wird eine Steuerspannung von niedrigem Pegel an den CMOS-Leistungswech selrichter A gelegt, während eine hohe Steuerspannung am CMOS-Leistungswechselrichter B liegt, werden die Motoren M1 und M2 in ihrer Drehrichtung umgekehrt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 wird die Schwebstoffteil chen-Sammelbetriebsweise des Filters 1 erläutert.

Ein von einem Motor ausgestoßenes Abgas wird in das Filter 1 über das stromaufwärtige Abgasrohr 8a auf der (in Fig. 3) linken Seite eingeführt. Das in die Zellen 2, die an ihrem stromaufwärtigen Ende offen sind, eingetretene Abgas dringt durch die Trennwand und erreicht die Zellen 2, die an ih rem stromabwärtigen Ende offen sind. Hierbei werden die im Abgas enthaltenen Schwebstoffteilchen in den auf der stromaufwärtigen Seite offenen Zellen 2 abgelagert, weil die Teilchen nicht die Trennwand durchdringen können. Das von den Schwebstoffteilchen freie Abgas strömt durch das strom abwärtige Abgasrohr 8b und dann durch einen Auspufftopf, worauf es in die Atmosphäre ausgestoßen wird.

Der Abgaskanal ist mit Umgehungsleitungen 8c und 8d verse hen, die um das Filter 1 herumführen. Während des Schwebstoff teilchen-Sammelbetriebs wird die Umgehungsleitung 8c durch eine Regelklappe an ihrem stromabwärtigen Ende geschlossen, während die Umgehungsleitung 8d durch eine Regelklappe an ihrem stromaufwärtigen Ende verschlossen wird, so daß das Abgas durch das Filter 1 strömt.

Wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Zeitspanne gefahren bzw. der Motor in Betrieb gewesen ist und die Schwebstoff teilchen im Filter 1 abgelagert werden, steigt der Druckver lust vor und nach dem Filter an, wodurch die Ausgangslei stung des Motors herabgesetzt und der Kraftstoffverbrauch verschlechtert wird. Aus diesem Grund wird das Filter durch Verbrennen der Schwebstoffteilchen regeneriert.

Der Regenerierbetrieb für das Filter 1 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 erläutert.

Zuerst wird auf der Grundlage eines Signals von der Motor- Steuereinheit (ECU) bestimmt (100), ob der Motor in Betrieb ist oder nicht. Wird der Motor nicht betrieben, so tritt der Prozeß in den Wartezustand ein. Bei Betrieb des Motors wird die Anzahl dessen Umdrehungen als die aufgelaufene Motor betriebszeit gezählt (102). Anschließend wird bestimmt (104), ob die Zahl der Umdrehungen des Motors einen vorbestimmten Wert erreicht hat, welcher angibt, daß eine vorbestimmte Menge an Schwebstoffteilchen abgelagert worden ist. Hat die Zahl der Umdrehungen den vorbestimmten Wert nicht erreicht, so geht der Prozeß zum Schritt 100 zurück. Ist jedoch der vorbestimmte Wert an Umdrehungen erreicht worden, so wird bestimmt, daß der Regeneriervorgang notwendig ist, und die die Regelklappen betätigenden Motoren M1 und M2 (s. Fig. 2) werden gedreht (106), um die Regelklappen auf die das Filter blockierende Seite (s. Fig. 4) umzuschalten, und dann wird der die Luftpumpe betreibende Motor M3 (s. Fig. 3) betrieben, um dem Filter 1 Frischluft zuzuführen (108) und dadurch das vom Filter 1 zum stromabwärtigen Abgasrohr 8b durchgetrete ne Abgas auszustoßen. Anstelle der Frischluft kann ein vom Motor ausgestoßenes Gas eingeführt werden.

In diesem Zustand werden die Heizvorrichtungen 6 und 7 nach entweder einem A- oder B-Schema, die noch beschrieben wer den, erregt oder mit Energie gespeist, um das Filter 1 zu regenerieren (110). Nach einem Regenerieren wird die Luft pumpe stillgesetzt (112), und die Motoren M1 sowie M2 wer den für eine vorbestimmte Zeitspanne in umgekehrter Richtung betrieben, um die Regelklappen zu ihrer ursprünglichen, in Fig. 3 gezeigten Stellung zurückzuführen (114). Das in den Mikrocomputer 91 eingegliederte Zählwerk, das die aufgelaufe nen Motorumdrehungen zählt, wird auf 0 zurückgesetzt (116), und dann kehrt der Prozeß zum Schritt 100 zurück.

Die Regenerierzeit kann durch Ermitteln des Druckunterschie des zwischen den beiden Enden des Filters 1 anstatt durch die Zahl der Umdrehungen des Motors bestimmt werden.

Im folgenden wird das Erregungsschema der Heizvorrichtungen 6 und 7, das der wesentliche Teil dieser Erfindung ist, be schrieben.

Regenerierung im Schema A

Für das Erregungsschema A gelten das Zeitdiagramm der Fig. 8 und der Flußplan der Fig. 6.

Im Erregungsschema A wird die Zweitluft-Durchsatzmenge auf 18 l/min (0,02 m/s) geregelt. Bei diesem Regelvorgang wird die Drehzahl des Motors M zuerst durch Einregeln des Schalt spiels oder -zyklus des Transistors 98 reguliert.

Anschließend beginnt die Erregung oder Energieversorgung der Heizvorrichtung nach dem folgenden Schema A.

Außenumfang-Zündmodus

Zuerst werden 1.7 kW der Außenumfang-Heizvorrichtung 7 für 8 min zugeführt (200), um einen in Fig. 11 gezeigten Punkt (ein mittiger Punkt in der Achsrichtung am Außenumfangs bereich des Filters 1) auf eine Temperatur im Bereich von 800-850°C zu erhitzen, wodurch die Schwebstoffteilchen am Außenumfangsbereich entzündet und bei etwa 600°C ver brannt werden.

Außenumfang-Brennhaltemodus

Anschließend wird die der Außenumfang-Heizvorrichtung 7 zu geführte Energie auf 900 W vermindert und dann auf diesem Wert für 25 min gehalten (202). Ohne Rücksicht auf diese Verminderung in der zugführten Energie breitet sich die Verbrennung allmählich vom Außenumfangsbereich des Filters 1 zu dessen innerem Teil hin aufgrund der Verberennungshitze od. dgl. aus, wobei die Temperatur des Außenumfangsbereichs des Filters 1 auf 800-850°C gehalten wird, wodurch die Verbrennung vom Außenumfangsbereich des Filters zu dessen Zentrum hin sich fortpflanzt und etwa 80% der Schwebstoff teilchen mit Ausnahme derjenigen, die in der Nachbarschaft der Stirnfläche-Heizvorrichtung angelagert sind, welche durch die Zweitluft gekühlt wird, verbrannt werden.

Stirnfläche-Zündmodus

Der Stirnfläche-Heizvorrichtung 6 werden 1,3 kW für 3 min zugeführt (204), wobei die Energiezufuhr zur Außenumfang- Heizvorrichtung 7 fortgesetzt wird, um 20% der Schwebstoff teilchen, die nahe dem frontseitigen Endabschnitt des Fil ters 1 angeordnet und noch nicht verbrannt sind, zu ver brennen.

Außenumfang-Endstufen-Brenn- und Spannungsabbaumodus

Als nächstes wird die Energieversorung der Stirnfläche-Heiz vorrichtung 6 allein eingestellt, während die Energiezufuhr zur Außenumfang-Heizvorrichtung 7 fortgesetzt wird.

Zu dieser Zeit ist der größte Teil der Schwebstoffteilchen verbrannt worden. Während die Verminderung in der Temperatur des inneren Teils des Filters 1 abgewartet wird, setzt sich die Energiezufuhr zur Außenumfang-Heizvorrichtung 7 fort, um die Spannung am Außenumfangsbereich des Filters 1 abzu bauen. Danach wird, wenn sich die Temperatur des inneren Teils des Filters 1 auf einen bestimmten Wert abgesenkt hat, die Erregung oder Energiezufuhr an der Außenumfang-Heizvor richtung 7 beendet.

Die Steuerung der Energiezufuhr zur Außenumfang-Heizvorrich tung 7 in zwei Stufen wird durch die Regelung des Schalt spiels des Transistors 92 bewerkstelligt.

Die Erregung der Heizvorrichtungen im Schema B wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 (Flußplan) und 9 (Zeitdiagramm) erläutert.

Das Schema B ist dazu vorgesehen, die Regenerierzeit weiter herabzusetzen und an Energie zu sparen, und es unterscheidet sich vom Schema A darin, daß der Außenumfang-Brennhaltemodus weggelassen wird.

Außenumfang-Zündmodus

Der Außenumfang-Heizvorrichtung 7 wird Zweitluft in einer Menge von 46 l/min (0,05 m/s) zugeführt, und dann werden an die Außenumfang-Heizvorrichtung 7 1,7 kW für 5 min an gelegt, um einen in Fig. 12 gezeigten Punkt auf eine Temperatur im Bereich von 600-650°C zu erhitzen und da durch die Schwebstoffteilchen an der Außenumfangsfläche zu entzünden (302), wobei etwa 20-40% der Schwebstoffteilchen in der Nähe des Außenumfangsbereichs des Filters verbrannt werden.

Bei dem in Rede stehenden Regelvorgang wird diese Arbeits weise beendet, nachdem ein Temperaturanstieg in den Punkten , , und (siehe Fig. 12) beobachtet worden ist.

Stirnfläche-Zündmodus

Anschließend werden 5 kW der Stirnfläche-Heizvorrichtung 6 für 5 min zugeführt, wobei die Energiezufuhr zur Außenumfang- Heizvorrichtung 7 aufrechterhalten wird, um die Schwebstoff teilchen nahe dem frontseitigen Endabschnitt des Filters 1 zu entzünden. Das Verbrennen breitet sich zum zentralen Teil hin aus und die restlichen Schwebstoffteilchen werden ver brannt (304).

Außenumfang-Endstufen-Brenn- und Spannungsabbaumodus

Als nächstes wird die Erregung der Stirnfläche-Heizvorrich tung allein ausgesetzt, während die Erregung der Außenum fang-Heizvorrichtung 7 fortgeführt wird (306).

Zu dieser Zeit ist der größte Teil der Schwebstoffteilchen verbrannt worden. Bis die restlichen Schwebstoffteilchen verbrannt sind und die Temperatur des inneren Teils des Filters sich erniedrigt, wird die Energiezufuhr zur Außen umfang-Heizvorrichtung 7 fortgeführt, wodurch die Spannung am Außenumfangsbereich des Filters 1 abgebaut wird. Wenn sich die Temperatur des inneren Teils des Filters auf einen bestimmten Wert vermindert, so wird dann die Erregung der Außenumfang-Heizvorrichtung 7 beendet.

Da im Schema B die Temperatur des Außenumfangsbereichs nie drig ist, die Durchsatzmenge an Regeneriergas hoch und so mit die Kühlwirkung ebenfalls hoch ist, wird die der Außen umfang-Heizvorrichtung 7 zugeführte Energie mit 600 W fest gesetzt. Diese 600 W sind der niedrigste Pegel, der erfor derlich ist, um den Punkt auf die Teilchen-Zündtempera tur von 600-650°C zu erhitzen.

In jedem Schema kann eine Regenerierquote von 95% oder dar über erlangt werden. Die Schemata A und B unterscheiden sich voneinander wie folgt:
Das Schema A hat einen Vorteil insofern, als eine stabile Re generierung, die von Rissen frei ist, bis zu einer Menge an gesammelten Schwebstoffteilchen von etwa 5 g/l-12 g/l ge währleistet wird;
das Schema B hat einen Vorteil insofern, als die Regenerier zeit und die Energie für die Heizvorrichtungen auf etwa die Hälfte dessen vom Schema A herabgesetzt werden kann. Eine bevorzugte Menge an gesammelten Schwebstoffteilchen ist 10 kg/l oder darunter.

Obgleich das Erregungsschema für die Heizvorrichtungen unter der Bedingung festgesetzt wird, daß die Temperatur des Fil ters 1 bei jeder Ausführungsform die Umgebungstemperaturen sind, kann, wenn die Temperatur des Filters bei Einleiten des Regenerierbetriebs 200°C überschreitet, die Zeit, wäh rend der Außenumfang-Zündmodus andauert, um etwa 1 min herab gesetzt werden.

Die Fig. 11 und 12 zeigen jeweils Verteilungen der gemesse nen Temperaturen der einzelnen Filterteile (s. Fig. 10), welche in den Schemata A und B erlangt werden.

Die Punkte , , sind von der frontseitigen Stirn fläche mit 15 mm, die Punkte , , sind von dieser Stirnfläche mit 65 mm und die Punkte , , sind von der frontseitigen Stirnfläche mit 110 mm beabstandet.

Die der Außenumfang-Heizvorrichtung 7 zugeführte Energie wird so reguliert, daß die Temperatur des Punkts im Schema A 800°C und im Schema B 600°C beträgt.

Die der Stirnfläche-Heizvorrichtung 6 zugeführte Energie wird so reguliert, daß die Temperatur des Punkts 600°C oder mehr beträgt.

Wie sich aus der obigen Beschreibung klar ergibt, wird in der Abgasemission-Kontrollvorrichtung gemäß der Erfindung die Außenumfang-Heizvorrichtung erregt, bevor die Stirnflä che-Heizvorrichtung 6 erregt wird, während die Erregung der Außenumfang-Heizvorrichtung 7 beendet wird, nachdem die Er regung der Stirnfläche-Heizvorrichtung 6 geendet hat. Als Ergebnis dessen kann die Erzeugung von Rissen oder Brüchen am Außenumfangsbereich des Filters 1 verhindert werden.

Ein Wechsel zwischen den Schemata A und B wird auf der Grund lage der Menge von angesammelten Schwebstoffteilchen oder der Kapazität der Batterie durchgeführt.

Durch die Erfindung wird eine Abgasemission-Kontrollvorrich tung offenbart, die imstande ist, eine Erzeugung von Rissen zu verhindern und die Regenerierzeit zu verkürzen. Während des Regeneriervorgangs wird zuerst eine Außenumfang-Heizvor richtung erregt, um den Außenumfangsbereich des Filters zu erhitzen und dadurch Schwebstoffteilchen an diesem Bereich zu verbrennen. Hierauf wird eine Stirnfläche-Heizvorrichtung erregt, um die Schwebstoffteilchen an der frontseitigen Stirnfläche des Filters zu entzünden. Folglich steigt die Temperatur der frontseitigen Stirnfläche und diejenige des zentralen Teils des Filters an. Da jedoch die Temperatur des Außenumfangsabschnitts des Filters zu dieser Zeit bereits ausreichend hoch ist, kann der Zustand, daß der zentrale Teil des Filters eine hohe Temperatur hat, während der Außenumfangsbereich eine niedrige Temperatur aufweist, vermieden werden, und somit kann die Erzeugung von Rissen begrenzt oder unterbunden werden.

Claims

1. Abgasemission-Kontrollvorrichtung, die in der Abgaslei tung eines Dieselmotors angeordnet ist und umfaßt:

- ein im wesentlichen säulenförmiges, in der Abgaslei tung liegendes Keramikfilter (1), in welchem erste Luft kanäle (2) an ihrem ersten Ende und zweite Luftkanäle (2) an zum ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende verschlossen sind, wobei diese Luftkanäle sich in axia ler Richtung des Filters sowie aneinandergrenzend er strecken und die ersten sowie zweiten Luftkanäle unter einander in Verbindung stehen,
- eine längs einer Außenumfangsfläche des Filters ange ordnete Außenumfang-Heizvorrichtung (7),
- eine entlang einer frontseitigen Stirnfläche des Filters angeordnete Stirnfläche-Heizvorrichtung (6) und
- eine die Energiezufuhr zu den Heizvorrichtungen (6, 7) steuernde Erregung-Steuereinheit (9),

dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung-Steuereinheit (9) in der Filterregenerier-Betriebsweise die Außen umfang-Heizvorrichtung (7) um eine vorbestimmte Zeit spanne früher mit Energie versorgt als die Stirnfläche- Heizvorrichtung (6).

2. Abgasemission-Kontrollvorrichtung, die in der Abgas leitung eines Dieselmotors angeordnet ist und umfaßt:

- ein im wesentlichen säulenförmiges, in der Abgasleitung liegendes Keramikfilter (1), in welchem erste Luftka näle an ihrem ersten Ende und zweite Luftkanäle (2) an zum ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende ver schlossen sind, wobei diese Luftkanäle sich in axialer Richtung des Filters sowie aneinandergrenzend erstrecken und die ersten sowie zweiten Luftkanäle untereinander in Verbindung stehen,
- eine längs einer Außenumfangsfläche des Filters angeord nete Außenumfang-Heizvorrichtung (7),
- eine entlang einer frontseitigen Stirnfläche des Fil ters angeordnete Stirnfläche-Heizvorrichtung (6) und
- eine die Energiezufuhr zu den Heizvorrichtungen steuern de Erregung-Steuereinheit (9),

dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung-Steuereinheit (9) in der Filterregenerier-Betriebsweise die Energie zufuhr zur Außenumfang-Heizvorrichtung (7) um eine vorbestimmte Zeitspanne später als diejenige zur Stirn flächen-Heizvorrichtung (6) absperrt.

3. Abgasemission-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung-Steuereinheit (9) als die Filterregenerier-Betriebsweisen hat:

- einen Außenumfang-Zündmodus, in welchem die Steuerein heit lediglich die Außenumfang-Heizvorrichtung (7) mit Energie speist, um ein Verbrennen vom Außenumfangsbe reich des Filters (1) her einzuleiten,
- einen an den Außenumfang-Zündmodus sich anschließenden Außenumfang-Brennhaltemodus, in dem die Steuereinheit (9) lediglich die Außenumfang-Heizvorrichtung (7) mit Energie speist, um das Verbrennen aufrechtzuerhalten und eine auf den Außenumfangsbereich des Filters aufgebrach te Spannung abzubauen,
- einen an den Außenumfang-Brennhaltemodus sich an schließenden Stirnfläche-Zündmodus, in welchem die Steuereinheit (9) die Außenumfang-Heizvorrichtung (7) sowie die Stirnfläche-Heizvorrichtung (6) mit Energie speist, um die auf den Außenumfangsbereich des Fil ters aufgebrachte Spannung abzubauen sowie ein Ver brennen von der frontseitigen Stirnfläche des Filters her einzuleiten, und
- einen an den Stirnfläche-Zündmodus sich anschließen den Außenumfang-Endstufen-Brenn- und Spannungsabbau modus, in dem die Steuereinheit (9) allein die Außen umfang-Heizvorrichtung (7) mit Energie speist, um die am Außenumfangsbereich des Filters aufgebrachte Spannung abzubauen und eine Temperaturabsenkung in einem inneren Teil des Filters abzuwarten.

4. Abgasemission-Kontrollvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung-Steuereinheit (9) als die Filterregenerier-Betriebsweisen hat:

- einen Außenumfang-Zündmodus, in welchem die Steuerein heit lediglich die Außenumfang-Heizvorrichtung (7) mit Energie speist, um ein Verbrennen vom Außenumfangsbe reich des Filters (1) her einzuleiten,
- einen an den Außenumfang-Zündmodus sich anschließen den Stirnfläche-Zündmodus, in welchem die Steuereinheit die Außenumfang-Heizvorrichtung (7) sowie die Stirnflä che-Heizvorrichtung (6) mit Energie speist, um eine Verbrennung aufrechtzuerhalten, eine auf den Außenum fangsbereich des Filters aufgebrachte Spannung abzubauen sowie ein Verbrennen von der frontseitigen Stirnfläche des Filters her einzuleiten, und
- einen an den Stirnfläche-Zündmodus sich anschließen den Außenumfang-Endstufen-Brenn- und Spannungsabbau modus, in dem die Steuereinheit allein die Außenumfang- Heizvorrichtung (7) mit Energie speist, um die am Außen umfangsbereich des Filters aufgebrachte Spannung abzu bauen und eine Temperaturabsenkung in einem inneren Teil des Filters abzuwarten.