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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung
von Feststoffteilchen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
eine Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung, welche die in einem
Abgas eines Dieselmotors enthaltenen Feststoffteilchen auffangen,
verbrennen und vermindern kann. Zum Beispiel betrifft die vorliegende
Erfindung eine Verminderungsvorrichtung, die an einem vorhandenen
Personenwagen, der sich in Benutzung befindet, zusätzlich später montiert
werden kann.
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Beschreibung des Fachgebiets
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Ein
Abgas eines Dieselmotors enthält
CO, HC, NOx, Feststoffteilchen und dergleichen. Bei einer direkten
Abgabe an die Freiluft sind diese für den menschlichen Körper und
die Umgebung schädlich. Es
ist daher ein wichtiges Thema, diese schädlichen Substanzen zu vermindern.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft daher eine Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung
zum Vermindern der Feststoffteilchen unter diesen schädlichen
Substanzen.
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5 ist
eine erläuternde
Querschnittsansicht einer konventionellen Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung
und dergleichen dieser Art. Ein Abgasreiniger 3 ist mit
einem Abgasrohr 2 für
Abgas 1 verbunden, das aus einem Dieselmotor abgegeben wird.
Dieser Abgasreiniger 3 ist innerhalb eines äußeren zylindrischen
Gehäuses 4 mit
einem Reiniger 5 und einer Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 versehen,
in dieser Reihenfolge.
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Der
Reiniger 5 auf der stromaufwärtigen Seite besteht aus einem
Bienenwabenkern, bei dem die Wand von jeder Zelle mit einem Oxidationskatalysator 7 beschichtet
ist. Der Reiniger 5 verbrennt und vermindert CO und HC
im Abgas 1 durch Oxidation und oxidiert NO zu NO2. Die Feststoffteilchen-Verminderungs vorrichtung 6 auf
der stromabwärtigen Seite
verbrennt und vermindert die Feststoffteilchen im Abgas 1 durch
Oxidation.
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Wie
wohlbekannt ist, befindet sich der Dieselmotor in einem mageren
und Luftüberschuss-Zustand,
d. h. in einem Zustand mit überschüssigem Sauerstoff
in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, verglichen
mit einem Benzinmotor, bei dem NO im Abgas 1 kaum desoxidiert
werden kann. Zusätzlich
stehen NO und die Feststoffteilchen im Abgas 1 in einer Kompromissbeziehung,
wobei es von dem ersteren um so mehr und den letzteren umso weniger
gibt, je höher
die Verbrennungstemperatur des Dieselmotors ist.
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Als
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 zum Verbrennen
und Vermindern der Feststoffteilchen im Abgas 1 des Dieselmotors
gibt es eine Vorrichtung eines Typs, bei dem ein Oxidationskatalysator
verwendet wird. Jedoch wird in weitem Umfang ein Hochleistungs-Typ
verwendet, der einen Filter 8 benutzt, wie in 5 dargestellt.
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Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6, die diesen
Filter 8 benutzt, wird auch als Diesel-Partikelfilter bezeichnet
(nachfolgend als "DPF" bezeichnet). In
der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 werden
die Feststoffteilchen zuerst auf einem Filter 8 aufgefangen,
dann verbrannt und vermindert. Indem man die Feststoffteilchen verbrennt und
beseitigt, kann der Filter 8 regeneriert werden.
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Als
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 von einem
solchen DPF-Typ sind verschiedene Arten von porösen Filtern 8 hoher
Dichte entwickelt und verwendet worden.
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Es
ist von der Bauweise her üblich,
einen Filter 8 eines Wandströmungs-Typs koaxial in einem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 unterzubringen, mit
demselben Durchmesser und derselben Querschnittsfläche wie
das äußere Gehäuse 4.
Dieser Filter 8 ist mit vielen Luftöffnungen versehen, die in Strömungsrichtung
durch viele dünne
Wände unterteilt
sind, und der Einlass und der Auslass von jeder Luftöffnung ist
abwechselnd verschlossen. Wenn das in jede Luftöffnung zugeführte Abgas 1 durch
die zahlreichen Poren der dünnen
Wand hindurchtritt, werden die im Abgas 1 enthaltenen Feststoffteilchen zuerst
auf den Poren der dünnen
Wand aufgefangen, dann durch Verbrennen vermindert.
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Die
Feststoffteilchen bestehen in einem primären Partikelzustand etwa aus
der Größe von mehreren μm, jedoch
sind diese gewöhnlich
in einem sekundären
Partikelzustand von etwa der Größe von mehreren
Hundert μm
miteinander verbunden. Da der Durchmesser von zahlreichen Poren
der dünnen Wand
des Filters 8 klein ist, etwa mit der Größe von 10 μm–100 μm, sind nahezu
sämtliche
der Feststoffteilchen aufgefangen worden.
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Als
Material von solch einer dünnen
Wand eines Filters 8 vom Wandströmungs-Typ werden üblicherweise
Cordierit (das durch Härtung
von Al2O3 und Si2O3 durch ein Bindemittel
hergestellt wird), SiC oder verschiedene andere Keramikwerkstoffe
verwendet.
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Es
soll festgestellt werden, dass die Feststoffteilchen Verminderungsvorrichtungen 6 verschiedener
anderer DPF-Typen ebenfalls entwickelt oder verwendet worden sind.
Zum Beispiel ist eine Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 entwickelt
oder verwendet worden, in der NO im Abgas 1 von einem Oxidationskatalysator 7 zu
NO2 oxidiert wird und das erhaltene NO2 die Verbrennung der auf dem Filter 8 aufgefangenen
Feststoffteilchen fördert.
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Als
Filter 8 ist ein aus Keramikwerkstoffen hergestellter Filter
vom Wandströmungs-Typ,
ein aus geschäumten
Keramikwerkstoffen hergestellter Filter, ein aus Keramikfaser hergestellter
Filter, ein Filter aus einer Drahtgitterstruktur oder dergleichen
erhältlich.
Ein solcher Filter ist koaxial in einem äußeren zylindrischen Gehäuse 4 untergebracht
worden, und zwar mit demselben Durchmesser und derselben Querschnittsfläche wie
das äußere Gehäuse 4.
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Eine
konventionelle Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 vom
Wandströmungs-Typ ist
in den folgenden Patentdokumenten 1 und 2 offenbart:
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- [Patentdokument 1] Beschreibung des US-Patents Nr. 4329162
- [Patentdokument 2] Beschreibung des Europäischen Patents
Nr. 31348.
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Jedoch
werden im Hinblick auf eine solche konventionelle Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 die
folgenden Probleme aufgezeigt.
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<Erstes
Problem>
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Erstens
haben konventionelle Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtungen 6 von
einem DPF-Typ verschiedene Verfahren gewählt, um eine große Menge
an Feststoffteilchen auf dem Filter 8 aufzufangen.
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Wie
oben beschrieben, besteht der üblicherweise
verwendete Filter 8 vom Wandströmungs-Typ aus einem Verfahren,
wodurch nahezu sämtliche
der Feststoffteilchen aufgefangen worden sind, wobei die Auffangrate
90% oder mehr betrug. Selbst die anderen Filter 8 haben
Verfahren mit einer hohen Auffangrate gewählt, bei denen die Auffangrate
50% oder mehr beträgt.
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Im
Gebrauch eines solchen Filters 8 sind die folgenden Probleme
gezeigt worden. Da auf dem Filter 8 Feststoffteilchen von
mehr als der zulässigen Menge
oder dem Auffanggrenzwert aufgefangen worden sind, verstopft der
Filter 8 durch die aufgefangenen Feststoffteilchen leicht.
Zur Regeneration muss der Filter 8 mit extrem hoher Frequenz
gereinigt werden. Insbesondere ist die Verstopfung intensiv und
einseitig in der Nähe
eines Einlassflächenabschnitts
auf der stromaufwärtigen
Seite des Filters 8 aufgetreten.
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Weiter
sind Probleme gezeigt worden, die darin bestehen, dass der Filter 8 zum
Beispiel einmal am Tag gereinigt werden muss, die Reinigung viel Zeit
benötigt
und mühevoll
ist, und die Regeneration des Filters 8 nicht einfach ist.
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Zur
Regeneration eines solchen Filters 8 sind ein Verfahren
zur Integration einer elektrischen Heizung in den Filter 8,
ein Verfahren zum Herausnehmen und zum Verbringen des Filters 8 in
einen Heizofen, ein Verfahren zum abwechselnden Regenerieren der
Heizung 8 oder dergleichen entwickelt und verwendet worden,
um die in großer
Menge aufgefangenen Feststoffteilchen zu verbrennen und zu beseitigen.
Jedoch bestand ein Nachteil darin, dass diese Verfahren für die Ausstattung
sehr viel kosten und die Betriebskosten hoch werden.
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<Zweites
Problem>
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Zweitens
wird bei der konventionellen Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung von einem DPF-Typ
ein poröser
Filter 8 hoher Dichte koaxial im äußeren zylindrischen Gehäuse untergebracht,
mit demselben Durchmesser und derselben Querschnittsfläche wie
das äußere Gehäuse. In
diesem Fall ist der Flächeninhalt
der Einlass- und der Auslassfläche
des Filters 8 klein. Zum Beispiel besitzen die Einlass-
und die Auslassfläche
denselben Flächeninhalt
wie der Querschnitt des äußeren zylindrischen
Gehäuses.
Im Gebrauch besitzt der konventionelle Filter 8 von der
Bauweise her einen großen Strömungswiderstand
für das
Abgas 1. Daher wird durch Reibung und dergleichen ein größerer Widerstand
erzeugt, und im Abgas 1 tritt ein großer Druckverlust auf.
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Zudem,
wie oben beschrieben, hat der konventionelle Filter 8 eine
hohe Auffangrate von zum Beispiel 90% oder mehr und mindestens 50%
oder mehr verzeichnet. Daher wird der Strömungswiderstand des Abgases 1 wegen
der aufgefangenen Feststoffteilchen sogar noch größer. Insbesondere sind
der Widerstand und der Druckverlust größer geworden, während das
Auffangen fortschreitet, und kamen den Verstopfungszuständen nahe.
Dies wird intensiv und einseitig in der Nähe des Einlassflächenabschnitts
auf der stromaufwärtigen
Seite des Filters 8 festgestellt.
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Es
ist gezeigt worden, dass der Gegendruck des Abgases innerhalb eines
Abgasrohrs 2 auf der stromaufwärtigen Seite des Filters 8 entsprechend der
Erzeugung des Widerstands und des Druckverlusts in einem solchen
Filter 8 ansteigt, und der Anstieg des Gegendrucks hat
einen schlechten Einfluss auf einen weiter stromaufwärts angeordneten
Motor. Es ist nämlich
gezeigt worden, dass die Gegendruckzunahme eine übermäßige Last auf den Motor aufbringt
und sich das Antriebsdrehmoment übermäßig vergrößert, wodurch
der Kraftstoffverbrauch verschlechtert und die Vorkommensrate und
der prozentuale Gehalt der Feststoffteilchen im Abgas 1 vergrößert werden.
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<Drittes
Problem>
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Drittens
hat, wie oben beschrieben, der Filter 8 der konventionellen
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 6 von einem
DPF-Typ eine hohe Auffangrate verzeichnet.
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Es
ist gezeigt worden, dass die Temperatur des Filters 8 plötzlich ansteigt,
weil die in großen Mengen
auf dem Filter 8 aufgefangenen und festgehaltenen Feststoffteilchen
Feuer fangen und gleichzeitig verbrennen, und der Filter 8 in
Gefahr ist, durch die hohe Temperatur zu schmelzen oder durch Hitze beschädigt zu
werden. In dem Fall, dass der Filter 8 aus dem oben beschriebenen
Cordierit hergestellt wird, schmilzt das Bindemittel leicht weg.
Weiter tritt ein solches Problem intensiv und einseitig in der Nähe des Einlassflächenabschnitts
auf der stromaufwärtigen
Seite des Filters 8 auf.
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Auf
diese Weise schmilzt der Filter 8 im Gebrauch leicht oder
wird durch Hitze beschädigt. Manchmal
wird der Filter 8 unbrauchbar, zum Beispiel in etwa einer
Woche. Daher ist gezeigt worden, dass es schwierig ist, den Filter 8 regenerativ
zu benutzen, dass der Filter 8 ein Haltbarkeitsproblem
besitzt, seine Lebensdauer kurz ist und es schwierig ist, die Kosten
zu tragen.
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Um
die vorangehenden Probleme der konventionellen Beispiele im Hinblick
auf solche tatsächlichen
Bedingungen zu lösen, wurde
eine Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
entwickelt und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere
Filter in Kombination mit jedem von folgendem gewählt worden
sind:
Nämlich,
eine Drahtgitterstruktur; die Gestalt einer kurzen Säule mit
einer mittigen Durchgangsöffnung; eine
koaxiale Anordnung innerhalb eines äußeren zylindrischen Gehäuses; ein
Paar Abschirmplatten mit einer oder mehreren Luftöffnungen;
der Durchmesser und die Fülldichte
eines Drahtes; eine niedrige Auffangrate; ein Draht, von dem der
Hauptbestandteil Fe ist; ein Oxidationskatalysator; ein im Kraftstoff
mitgeführter
Katalysator, usw..
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Die
DE-A-2944841 offenbart
einen katalytischen Abgasumwandler für Verbrennungsmotoren, der
eine aus einem Stahlgitternetz bestehende Katalysator-Trägermatrix
und eine Gehäusehalterung
aufweist. Die Stahlmatrizen sind spiralförmig gewickelt und erzeugen
Strömungsführungen
für verschiedene Möglichkeiten
der Abgasdurchströmung.
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Die
EP 1 087 113 A offenbart
einen Feststoffteilchenfilter, der in Gestalt einer Säule ausgebildet ist,
wobei er eine mittige Durchgangsöffnung
aufweist; der Filter umfasst auch eine vordere und eine hintere
Abschirmplatte, wobei die vordere Platte eine mit der Durchgangsöffnung des
Filters ausgerichtete Öffnung
besitzt. Die Bauweise des Filters kann eine vorbestimmte Fülldichte
haben, so dass die Auffangrate der Feststoffteilchen auf eine gewünschte Rate eingestellt
wird.
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung bereitzustellen, bei
der erstens ein Filter kaum verstopft und man sich die Mühe einer Reinigung
sparen kann; zweitens die Zunahme des Gegendrucks gesteuert werden
kann, um einen schlechten Einfluss auf einen Dieselmotor zu vermeiden;
drittens der Filter nicht in Gefahr ist, zu schmelzen oder durch
Hitze beschädigt
zu werden; viertens diese Bedingungen einfach realisiert werden
können; und
fünftens
eine hohe Verminderungs- und
Reinigungsrate erreicht werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung bereitgestellt,
um im Abgas eines Dieselmotors enthaltene Feststoffteilchen (PM)
zu verbrennen und zu vermindern, während die Feststoffteilchen
(PM) auf zwei oder mehr Filtern aufgefangen werden, wobei jeder Filter
aus einer Drahtgitterstruktur besteht, in Gestalt einer mit einer
mittigen Durchgangsöffnung
versehenen kurzen Säule
ausgebildet ist und koaxial in einem mit einem Abgasrohr für das Abgas
verbundenen äußeren zylindrischen
Gehäuse
untergebracht ist, wobei die Vorrichtung weiter umfasst:
ein
Paar vordere und hintere Abschirmplatten, die angeordnet sind, um
die Filter festzuhalten, wobei ein äußerer Umfangsteil von einer
der Abschirmplatten eine oder mehrere, zu einem Spalt zwischen der äußeren Umfangsfläche von
jedem Filter und dem äußeren zylindrischen
Gehäuse
hin offene Luftöffnungen
darin aufweist,
wobei die mittigen Öffnungen von jedem der Filter miteinander
ausgerichtet und so angeordnet sind, dass im Gebrauch das Abgas
zwischen seiner äußeren und
einer inneren Umfangsfläche
hindurchströmt,
und
wobei ein mittlerer Teil der anderen Abschirmplatte eine
Luftöffnung
aufweist, wobei die Luftöffnung
zu der mittigen Durchgangsöffnung
von jedem Filter hin offen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drahtgitterstruktur eine Fülldichte
von zwischen 10% und 40% besitzt, so dass die Auffangrate der Feststoffteilchen
(PM) auf eine Rate von 50% oder weniger eingestellt ist.
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Jeder
Filter ist in einer solchen Weise vorgesehen, dass der Durchmesser
des Drahtes zwischen 0,2 mm und 0,8 mm liegt, die Fülldichte
des Drahtes zwischen 10% und 40% liegt, und durch Auswahl der Anzahl
von Überlagerungen
(Laminierungen) der Menge des Abgases entsprechend die Auffangrate der
Feststoffteilchen zwischen insgesamt 20% und 50% eingestellt ist.
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(Anspruch 3)
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Bei
der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung nach Anspruch 2 ist
jeder Filter in einer solchen Weise vorgesehen, dass ein Durchmesser
der mittigen Durchgangsöffnung
nahe bei demjenigen des Abgasrohrs liegt oder größer als dieser ist und kleiner
ist als der halbe Außendurchmesser
des Filters.
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(Anspruch 4)
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Es
wird die Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung nach Anspruch
1 bereitgestellt, bei der eine Abschirmplatte auf der stromaufwärtigen Seite vorgesehen
ist, während
die andere Abschirmplatte auf der stromabwärtigen Seite vorgesehen ist.
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Die äußere Umfangsfläche des
Filters dient als Einlassfläche
für das
Abgas und die innere Umfangsfläche
dient als Auslassfläche
für das
Abgas, wobei das Abgas verteilt wird, um durch den Filter von seiner
Außenseite
zu seiner Innenseite zu strömen,
wodurch die Feststoffteilchen gleichmäßig auf jedem Filter aufgefangen
werden.
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(Anspruch 5)
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Es
wird die Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung nach Anspruch
1 bereitgestellt, bei der eine Abschirmplatte auf der stromabwärtigen Seite vorgesehen
ist, während
die andere Abschirmplatte auf der stromaufwärtigen Seite vorgesehen ist.
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Die
innere Umfangsfläche
des Filters dient als Einlassfläche
für das
Abgas und seine äußere Umfangsfläche dient
als Auslassfläche
für das
Abgas, wobei das Abgas verteilt wird, um durch jeden Filter von
seiner Innenseite zu seiner Außenseite
zu strömen,
wodurch die Feststoffteilchen gleichmäßig auf jedem Filter aufgefangen
werden.
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(Anspruch 6)
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Bei
der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung nach Anspruch 1 ist
jeder Filter aus einem Draht hergestellt, von dem der Hauptbestandteil
Fe ist und die Verbrennung der aufgefangenen Feststoffteilchen fördert, wobei
die Wirkung von Fe als Oxidationskatalysator ausgenutzt wird.
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(Anspruch 7)
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Bei
der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung nach Anspruch 6 wird
jeder Filter bereitgestellt, bei dem die Drahtoberfläche durch
eine Grundierung mit einem Edelmetall-Oxidationskatalysator beschichtet ist.
Der Oxidationskatalysator vergrößert den
Flächeninhalt
von jedem Filter, um das Auffangen der Feststoffteilchen auf jedem
Filter zu fördern und
um die Verbrennung der auf dem Filter aufgefangenen Feststoffteilchen
zu fördern.
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(Anspruch 8)
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Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung nach Anspruch 6 wird
bereitgestellt, bei der einem Kraftstofftank des Dieselmotors ein
vom Kraftstoff mitgeführter,
aus Pt, Ce, Fe und dergleichen ausgewählter oder mit Pt, Ce, Fe und
dergleichen kombinierter Katalysator zugeführt werden kann. Der vom Kraftstoff
mitgeführte
Katalysator fördert
dann die Verbrennung der auf jedem Filter aufgefangenen Feststoffteilchen.
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<Arbeitsweise>
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Die
Arbeitsweise der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird unten beschrieben.
- (1) Ein Abgas
aus einem Dieselmotor tritt durch einen Filter mit einer Drahtgitterstruktur
hindurch.
- (2) Ein Filter ist in Gestalt einer kurzen Säule mit einer mittigen Durchgangsöffnung ausgebildet, und
in vielen Fällen
ist eine Mehrzahl von Filtern (zur Laminierung) einander in axialer
Richtung überlagert.
Der Filter besteht aus einem Draht, von dem der Hauptbestandteil
Fe ist, und der Draht ist mit einem Oxidationskatalysator beschichtet.
Der Durchmesser der mittigen Durchgangsöffnung liegt nahe bei demjenigen
eines Abgasrohrs oder ist größer als
dieser. Die Feststoffteilchen- Auffangrate
wird durch eine Kombinationsauswahl des Durchmessers und der Fülldichte des
Drahtes und durch Auswahl der Anzahl von Filterüberlagerungen (Laminierungen)
zwischen insgesamt 20% und 50% eingestellt.
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Ein
solcher Filter wird koaxial in einem äußeren zylindrischen Gehäuse untergebracht
und wird von einem Paar vorderen und hinteren Abschirmplatten festgehalten.
- (3) Bei einem ersten Beispiel strömt das Abgas von
einer oder mehreren Luftöffnungen
eines äußeren Umfangsteils
von einer Abschirmplatte aus durch einen Spalt zu jedem Filter,
wobei die äußere Umfangsfläche des
Filters als Einlassfläche und
seine innere Umfangsfläche
als Auslassfläche
dient. Dann strömt
das Abgas durch jede mittige Durchgangsöffnung stromabwärts aus
einer Luftöffnung
des mittleren Teils der anderen Abschirmplatte.
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Bei
einem zweiten Beispiel strömt
das Abgas von einer Luftöffnung
des mittigen Teils der anderen Abschirmplatte aus durch die jeweilige
mittige Durchgangsöffnung
zu jedem Filter, wobei die innere Umfangsfläche des Filters als Einlassfläche und
seine äußere Umfangsfläche als
Auslassfläche
dient. Dann strömt
das Abgas durch den Zwischenraum stromabwärts aus einer oder mehreren
Luftöffnungen
des äußeren Umfangsteils
von einer Abschirmplatte.
- (4) Die im Abgas
enthaltenen Feststoffteilchen werden verbrannt, während sie
auf jedem Filter aufgefangen werden, wodurch der Filter regeneriert
wird.
- (5) Die Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung der vorliegenden
Erfindung weist betriebliche Vorteile auf, wie unten beschrieben
(vergleiche erster bis fünfter
Punkt). Erstens wird (a) der Filter eingestellt, so das er eine
geringe Auffangrate aufweist, und (b) der Filter wird regeneriert,
nachdem die Feststoffteilchen verbrannt und beseitigt worden sind,
während
sie auf dem Filter aufgefangen werden. Weiter ist eine kontinuierliche
Verbrennung der Feststoffteilchen möglich durch den Draht, von
dem der Hauptbestandteil Fe ist, das als Oxidationskatalysator wirkt,
einen Oxidationskatalysator, mit dem der Draht beschichtet ist, oder
einen vom Kraftstoff mitgeführten
Katalysator und dergleichen. Daher ist eine kontinuierliche Regeneration
des Filters möglich.
- (c) Das Abgas wird verteilt und die Feststoffteilchen werden
gleichmäßig auf
dem Filter aufgefangen, weil die Einlass- und Auslassfläche des Filters entlang der
Strömung
des Gases mit einem großen
Flächeninhalt
ausgebildet sind.
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Mit
diesen (a), (b) und (c) erreicht der Filter kaum eine zulässige Menge
und einen Auffanggrenzwert. Infolgedessen tritt ein Verstopfen kaum
auf und die Frequenz der Filterreinigung wird gering.
- (6) Zweitens wird (a) dieser Filter so bereitgestellt, dass
die Fülldichte
des Drahtes 40% oder weniger beträgt und eine niedrige Auffangrate
erzielt wird. Der Durchmesser der mittigen Durchgangsöffnung ist
nahezu derselbe wie oder größer als
derjenige des Abgasrohrs, und es wird auch in Betracht gezogen,
die Anzahl von Überlagerungen (Laminierungen)
zu vergrößern. (b)
Da eine Beseitigung der Feststoffteilchen durch eine kontinuierliche
Verbrennung derselben möglich
ist, ist eine Regeneration des Filters möglich. (c) Das Abgas wird so
verteilt, dass die Feststoffteilchen gleichmäßig aufgefangen werden.
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Mit
diesen (a), (b) und (c) sind auch der Strömungswiderstand des Abgases
und der Druckverlust klein. Infolgedessen wird die Zunahme des Gegendrucks
auf der stromaufwärtigen
Seite vermieden und ein schlechter Einfluss auf den Dieselmotor
wird ebenfalls vermieden.
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- (7) Drittens besteht der Filter aus (a) einer
Drahtgitterstruktur, bei welcher der Durchmesser des Drahtes 0,2
mm oder mehr beträgt,
und wird bereitgestellt, um eine niedrige Auffangrate zu erreichen.
(b) Eine kontinuierliche Verbrennung der Feststoffteilchen ist möglich. (c)
Das Abgas wird verteilt, um die Feststoffteilchen gleichmäßig aufzufangen.
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Mit
diesen (a), (b) und (c) wird eine gleichzeitige Verbrennung der
Feststoffteilchen in großer Menge
und eine plötzliche
Zunahme der Temperatur vermieden. Es ist jedoch eine stetige und
frühe Verbrennung
der Feststoffteilchen in kleiner Menge möglich. Auf diese Weise kann
der Temperaturanstieg des Filters gesteuert werden, um ein Schmelzen
und eine Beschädigung
des Filters durch Hitze zu verhindern.
- (8)
Viertens besteht diese Verminderungsvorrichtung aus einer einfachen
Struktur, wobei der Filter innerhalb des äußeren zylindrischen Gehäuses durch
ein Paar Abschirmplatten festgehalten wird. Daher kann eine Reinigung
und dergleichen einfach ausgeführt
werden.
- (9) Fünftens
wird bei dieser Verminderungsvorrichtung der Filter mit einer niedrigen
Auffangrate verwendet, es ist jedoch auch möglich, eine hohe Verminderungs-
und Reinigungsrate zu erhalten, indem man den Oxidationskatalysator
und den vom Kraftstoff mitgeführten
Katalysator zusammen verwendet.
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Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Filter in Kombination
mit jedem von folgendem verwendet werden:
Nämlich, eine Drahtgitterstruktur;
die Gestalt einer kurzen Säule
mit einer mittigen Durchgangsöffnung; eine
koaxiale Anordnung innerhalb eines äußeren zylindrischen Gehäuses; ein
Paar Abschirmplatten mit einer oder mehreren Luftöffnungen;
der Durchmesser und die Fülldichte
eines Drahtes; eine niedrige Auffangrate; ein Draht, von dem der
Hauptbestandteil Fe ist; ein Oxidationskatalysator; ein im Kraftstoff
mitgeführter
Katalysator, usw..
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Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
gebraucht die folgenden Wirkungen.
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<Erste
Wirkung>
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Erstens
verstopft der Filter kaum, und es ist möglich, die Mühe einer
Reinigung zu minimieren. Der Filter der vorliegenden Erfindung nutzt
nämlich kein
Verfahren mit einer hohen Auffangrate, wie man es bei dem konventionellen
Beispiel der oben beschriebenen Art sieht, sondern ein Verfahren
einer niedrigen Auffangrate, wobei der Filter durch Verbrennung
der Feststoffteilchen während
des Auffangens regeneriert wird. Die aufgefangenen Feststoffteilchen
können
kontinuierlich verbrannt werden, und daher kann der Filter auch
kontinuierlich regeneriert werden.
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Insbesondere
sind der Draht, von dem der Hauptbestandteil Fe ist, der Oxidationskatalysator, mit
dem der Draht beschichtet ist, und der vom Kraftstoff mitgeführte Katalysator
für dieses
wirksam. Da sie gleichmäßig aufgefangen
werden, werden die Feststoffteilchen anders als bei dem konventionellen Beispiel
der oben beschriebenen Art nicht intensiv und einseitig aufgefangen.
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Mit
diesen erreicht der Filter kaum seine zulässige Menge und seinen Auffanggrenzwert,
verglichen mit dem oben beschriebenen konventionellen Beispiel dieser
Art, und es tritt kaum eine Verstopfung auf. Zum Beispiel kann die
Frequenz der Filterreinigung verringert werden, weil es ausreicht,
wenn die Reinigung etwa einmal pro Woche ausgeführt wird. Zum Zweck der Regeneration
des Filters ist es nicht notwendig, eine elektrische Heizung, einen
Heizofen, ein abwechselnd regenerierendes Verfahren oder dergleichen
zu wählen.
Daher ist der Filter auch im Hinblick auf die Ausstattungskosten
und die Betriebskosten ausgezeichnet.
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<Zweite
Wirkung>
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Zweitens
wird die Zunahme des Gegendrucks gesteuert, um einen negativen Einfluss
auf den Dieselmotor zu vermeiden. In dem Filter der vorliegenden
Erfindung beträgt
nämlich
die Fülldichte des
Drahtes 40 Prozent oder weniger, und es wird ein Verfahren mit einer
niedrigen Auffangrate gewählt. Der
Durchmesser der mittigen Durchgangsöffnung ist nahezu derselbe
wie oder größer als
derjenige des Abgasrohrs. Es ist auch möglich, die Anzahl von Überlagerungen
(Laminierungen) zu vergrößern. Weiter
werden die Feststoffteilchen verbrannt, während sie aufgefangen werden.
Zusätzlich
ist eine Beseitigung der Feststoffteilchen möglich, indem man sie kontinuierlich
verbrennt, wodurch es möglich
gemacht wird, den Filter kontinuierlich zu regenerieren. Darüber hinaus
werden die Feststoffteilchen gleichmäßig aufgefangen.
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Mit
diesen sind der Strömungswiderstand des
Abgases und der Druckverlust klein, und die Zunahme des Gegendrucks
auf der stromaufwärtigen Seite
wird vermieden. Dementsprechend wird anders als bei den oben beschriebenen
konventionellen Beispielen keine übermäßige Last auf den Motor aufgebracht.
Als Folge davon können
eine übermäßige Zunahme
des Antriebsdrehmoments und eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs
beseitigt werden. Weiter nehmen die Vorkommensrate und der (prozentuale)
Gehalt der Feststoffteilchen im Abgas nicht zu.
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<Dritte
Wirkung>
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Drittens
können
ein Schmelzen und eine Beschädigung
des Filters durch Hitze verhindert werden. Der Filter der vorliegenden
Erfindung besteht nämlich
aus einer Drahtgitterstruktur, bei welcher der Durchmesser des Drahtes
0,2 mm oder mehr beträgt, und
wählt ein
Verfahren mit einer niedrigen Auffangrate aus. Die Feststoffteilchen
werden verbrannt, während
sie aufgefangen werden, und können
kontinuierlich verbrannt werden. Weiter werden die Feststoffteilchen
gleichmäßig aufgefangen.
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Anders
als mit den oben beschriebenen konventionellen Beispielen dieser
Art wird nicht gleichzeitig eine große Menge an aufgefangenen Feststoffteilchen
verbrannt, und infolgedessen kann ein plötzlicher Temperaturanstieg
des Filters vermieden werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass
der Filter schmilzt oder durch Hitze beschädigt wird. Daher ist möglich, den
Filter lange Zeit zu regenerieren, wobei die Haltbarkeit gut ist,
die Lebensdauer lang ist, und die Kosten ebenfalls verringert werden
können.
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<Vierte
Wirkung>
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Viertens
können
diese einfach verwirklicht werden. Die vorliegende Erfindung besteht
nämlich aus
einer einfachen Struktur, wobei der Filter von einem Paar Abschirmplatten
innerhalb eines äußeren zylindrischen
Gehäuses
festgehalten wird. Daher sind die Kosten der vorliegenden Erfindung
ausgezeichnet, und die Wartung einer solchen Struktur ist leicht,
weil eine Reinigung des Filters ebenfalls einfach ausgeführt werden
kann.
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<Fünfte Wirkung>
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Fünftens kann
auch eine hohe Verminderungs- und Reinigungsrate realisiert werden.
Indem man den Oxidationskatalysator und/oder den vom Kraftstoff
mitgeführten
Katalysator zusammen verwendet, ist es nämlich bei der vorliegenden
Erfindung möglich,
eine höhere
Verminderungs- und Reinigungsrate der Feststoffteilchen als bei
einem alleinigen Gebrauch des Filters zu erhalten. Trotz der Verwendung
eines Filters mit einer niedrigen Auffangrate kann nämlich eine
höhere
Verminderungs- und Reinigungsrate realisiert werden. Anders als
bei den konventionellen Beispielen des oben beschriebenen Typs kann
eine höhere
Verminderungs- und Reinigungsrate unter den Bedingungen erhalten
werden, bei denen es keine Schwierigkeiten mit einer Reinigung,
Zunahme des Gegendrucks, einem Schmelzen des Filters und dergleichen
gibt.
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Wie
oben beschrieben, können
durch die vorliegende Erfindung die bei den konventionellen Beispielen
dieses Typs vorhandenen Probleme gelöst werden. Daher sind die Wirkungen, welche
die vorliegende Erfindung ausüben
kann, groß und
bemerkenswert.
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<Figuren>
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich.
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1 ist vorgesehen, um die beste Art und Weise
zur Bereitstellung einer Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erläutern,
wobei 1A eine erläuternde Querschnittsansicht
eines ersten Beispiels ist und 1B eine
erläuternde
Querschnittsansicht eines zweiten Beispiels ist;
-
2 ist vorgesehen, um die beste Art und Weise
zur Ausführung
derselben Erfindung, wie oben beschrieben, zu erläutern, wobei 2A eine
erläuternde
Vorderseitenansicht eines wesentlichen Teils des ersten Beispiels
ist, 2B eine erläuternde
Ansicht des wesentlichen Teils des ersten Beispiels von der rechten
Seite her gesehen ist, 2C eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen
Teils des zweiten Beispiels von der linken Seite her gesehen ist,
und 2D eine erläuternde
Vorderseitenansicht des wesentlichen Teils des zweiten Beispiels
ist;
-
3 ist vorgesehen, um die beste Art und Weise
zur Ausführung
derselben Erfindung, wie oben, zu erläutern, wobei
-
3A eine
perspektivische Ansicht von einem Filter ist,
-
3B eine
perspektivische Ansicht von einer Mehrzahl von Filtern ist, die
einander (zur Laminierung) überlagert
sind, und
-
3C ein
systematisches Schaubild eines Abgassystems ist;
-
4 ist vorgesehen, um die beste Art und Weise
zum Ausführen
derselben Erfindung, wie oben, zu erläutern, wobei
-
4A eine
Kurve ist, welche die Beziehung zwischen dem Filterflächeninhalt
und der Feststoffteilchen-Auffangrate zeigt, 4B eine
Kurve ist, welche die Beziehung zwischen dem Filterflächeninhalt
und dem Druckverlust zeigt, und 4C eine Kurve
ist, welche die Beziehung zwischen dem Filterflächeninhalt und der Verminderungsrate
der Feststoffteilchen zeigt; und
-
5 ist
eine erläuternde
Querschnittsansicht einer konventionellen Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung von diesem Typ und dergleichen.
-
<Abgassystem>
-
Mit
Bezugnahme auf 3C wird nun ein Abgassystem
erläutert.
Ein Dieselmotor 9 wird in weitem Umfang als Verbrennungsmotor
in Kraftwagen, zur Stromerzeugung, in Schiffen, Lokomotiven, Flugzeugen,
verschiedenen Maschinenteilen und dergleichen verwendet.
-
In
dem aus dem Dieselmotor 9 abgegebenen Abgas 1 sind
Feststoffteilchen enthalten. Wenn die Feststoffteilchen direkt an
die Freiluft abgegeben werden, sind sie für den menschlichen Körper und die
Umgebung schädlich.
Dementsprechend ist eine Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 mit einem
Abgasrohr 2 verbunden. Es wird nämlich Kraftstoff aus einem
Kraftstofftank 9' zum
Dieselmotor 9 zugeführt,
der das Abgas 1 zu dem Abgasrohr 2 abgibt. Das
Abgas 1 wird über
die mit dem Abgasrohr 2 verbundene Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 an
die Freiluft abgegeben.
-
Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 ist vorgesehen,
um die im Abgas 1 eines solchen Dieselmotors 9 enthaltenen
Feststoffteilchen (nachfolgend als "PM" bezeichnet)
zu verbrennen und zu vermindern, während sie auf einem Filter 11 aufgefangen
werden. Die Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 ist
koaxial in einem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 untergebracht,
das mit dem Abgasrohr 2 verbunden ist.
-
Auf
der stromaufwärtigen
Seite der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 ist
innerhalb des äußeren zylindrischen
Gehäuses 4 häufig ein Reiniger 5 mit
einem Oxidationskatalysator 7 untergebracht (vergleiche
die oben beschriebene 5), der durch Oxidation CO,
HC, NO und dergleichen und die im Abgas 1 enthaltenen PM
verbrennt und vermindert, die als die schädliche Substanz angesehen werden.
Manchmal werden der Reiniger 5 und die Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 gattungsgemäß Abgasreiniger 3 genannt.
-
Die
PM bestehen hauptsächlich
aus trockenem Ruß (schwarzem
Rauch), unverbrannten HC, Schmieröl-HC, Sulfat, das heißt SO4, sowie H2O.
-
Der
trockene Ruß ist
sogenannter Ruß,
der verbrannte Asche aus einer unvollständigen Verbrennung von C ist.
Der trockene Ruß und
Sulfat sind Bestandteile, die sich in einem Lösemittel nicht auflösen, und
werden auch als "ISF"(unlösbare Fraktion)-Bestandteil bezeichnet.
Diese machen etwa 60% der PM aus.
-
Die
unverbrannten HC und die Schmieröl-HC
sind Bestandteile, die sich im Lösemittel
auflösen,
und werden auch als "SOF"(lösliche organische Fraktion)-Bestandteil
bezeichnet. Diese machen ungefähr
40% der PM aus.
-
Die
aus solchen Bestandteilen bestehenden PM liegen in einem primären Teilchenzustand
etwa in der Größe von mehreren μm vor, jedoch
sind sie gewöhnlich
in einem sekundären
Teilchenzustand von etwa der Größe von mehreren
100 μm miteinander verbunden.
-
Das
Abgassystem ist wie oben beschrieben.
-
<Darstellung
der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10>
-
Eine
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 der vorliegenden
Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die 1 bis 4 ausführlich
beschrieben.
-
Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 besteht aus
einem DPF-Typ, in dem ein oder mehrere Filter 11 verwendet
werden. Der Filter 11 besteht aus einer Drahtgitterstruktur
und ist in Gestalt einer mit einer mittigen Durchgangsöffnung 12 versehenen
kurzen Säule
ausgebildet. Der Filter 11 ist koaxial in einem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 untergebracht,
das mit einem Abgasrohr 2 für das Abgas 1 verbunden
ist. Der Filter 11 wird von einem Paar Abschirmplatten 17 und 18 mit
einer oder mehreren Luftöffnungen 15 und 16 festgehalten,
wobei er einen zwischen der äußeren Umfangsfläche 13 des Filters 11 und
dem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 vorgesehenen
Spalt 14 aufweist.
-
Der
Filter 11 gestattet es, dass das Abgas 1 zwischen
der inneren Umfangsfläche
des Filters 11 auf der Seite der mittigen Durchgangsöffnung 12 und der äußeren Umfangsfläche 13 des
Filters strömt, wobei
die Auffangrate der PM auf insgesamt 50% oder weniger eingestellt
ist.
-
Diese
werden unten ausführlich
beschrieben. Ein oder mehrere Filter 11 dieser Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 bestehen
aus einer Drahtgitterstruktur, bei der ein Draht 20, der
aus feinem Eisen und Stahl, von dem der Hauptbestandteil Fe ist,
nichtrostendem Stahl und dergleichen hergestellt ist, zu einem vertikal
und horizontal feinen und dichten Gitternetz zusammengeballt ist.
Der Filter 11 besteht nämlich
aus Gitteraggregaten, in denen ein solcher Metalldraht 20 in
einer faserförmigen Gestalt
verwoben ist, wie ein glattes Textilerzeugnis, geköpertes Textilerzeugnis,
Trikotgewebe oder dergleichen.
-
Obwohl
in vielen Fällen
eine Mehrzahl von Filtern verwendet wird, ist der Filter 11 in
einer solchen Weise vorgesehen, dass der Durchmesser des Drahtes 20 zwischen
0,2 mm und 0,8 mm beträgt, und
seine Fülldichte
(das Raumvolumen des Drahtes 20 pro Volumeneinheit) (der
Füllfaktor
des Drahtes 20, das heißt die Gitternetzdichte) zwischen
10% und 40% liegt, und die Auffangrate der PN durch Auswahl der
Anzahl von Überlagerungen
entsprechend der Menge des Abgases 1 zwischen insgesamt
20% und 50% beträgt.
-
Bezug
nehmend auf die Spezifikationen des Filters 11, weist in
dem Fall, wo der Drahtdurchmesser unter 0,2 mm liegt, der Filter 11 eine
geringe Hitzebeständigkeit
während
des Auffangens und Verbrennens der PM auf und ist in Gefahr, zu
schmelzen, wobei die Herstellungskosten hoch werden. In dem Fall,
wo der Drahtdurchmesser 0,8 mm oder mehr beträgt, wird im Gegensatz dazu
die Ausbildung des Filters 11 schwierig, und das Gitternetz
wird zu grob und der Flächeninhalt
des Filters 11 pro Volumeneinheit übermäßig verringert.
-
In
dem Fall, wo die Fülldichte
des Drahtes 20 unter 10% liegt, wird das Gitternetz zu
grob und macht das Bewahren der Form des Filters 11 schwierig.
In dem Fall, wo die Fülldichte
des Drahtes 20 40% oder mehr beträgt, wird im Gegensatz dazu
das Gitternetz zu dicht und vergrößert den Druckverlust.
-
Der
Filter 11 aus einer Drahtgitterstruktur, die aus einem
solchen Draht 20 besteht, wird zu der Gestalt einer kurzen
Säule geformt,
die mit einer mittigen Durchgangsöffnung 12 versehen
ist.
-
Der
Filter 11 ist nämlich
in einer solchen Weise vorgesehen, dass zum Beispiel der Außendurchmesser
(die Abmessung zwischen den äußeren Umfangsflächen 13 des
Filters) ungefähr
250 mm beträgt,
der Innendurchmesser (der Durchmesser von einer mittigen Durchgangsöffnung)
(die Abmessung zwischen den inneren Umfangsflächen 19) ungefähr 90 mm
beträgt,
und die Dicke (die lineare Abmessung in axialer Richtung) ungefähr 40 mm
beträgt. Der
Filter 11 wird in der Gestalt einer kurzen Säule geformt,
die mit einer mittigen Durchtrittsöffnung 12 von kreisförmiger Gestalt
versehen ist. Der Durchmesser der mittigen Durchgangsöffnung 12 liegt nahe
bei demjenigen des Abgasrohrs 2 oder ist größer als
dieser (einschließlich
des Falls, wo der Durchmesser geringfügig kleiner als derjenige des
Abgasrohrs 2 ist, wie in
-
1 dargestellt), jedoch ist er kleiner
als der halbe Außendurchmesser
des Filters 11.
-
Ein
solcher Filter 11 ist in einer solchen Art und Weise vorgesehen,
dass in vielen Fällen
eine Mehrzahl von Filtern, wie 4 oder 8 Filter, einander zur Laminierung überlagert
werden, während
die Durchgangsöffnungen 12 in
axialer Richtung gegenseitig zentriert ausgerichtet werden, und
wird koaxial im äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 untergebracht,
wobei jede Filterachse in Längsrichtung
vorgesehen ist. In diesem Fall wird der Filter 11 in dem äußeren zylindrischen
Gehäuse
untergebracht, das einen Spalt liefert, der ein Umfangs-Zwischenraum zwischen
der äußeren Umfangsfläche 13 des
Filters 11 und dem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 ist.
Das äußere zylindrische
Gehäuse 4 ist
mit einer zylindrischen Gestalt mit einem Durchmesser von z. B.
etwa 300 mm ausgebildet, der größer ist
als derjenige des Abgasrohrs 2, und ist in die Mitte des
Abgasrohrs 2 eingefügt,
wie in dem Beispiel aus 3C dargestellt,
oder mit dem Ende des Abgasrohrs 2 verbunden.
-
In
dem Fall, wo eine Mehrzahl von Filtern verwendet wird, ist der Filter 11 vorgesehen,
bei dem die Auffangrate der PM zwischen insgesamt 20% und 50% eingestellt
ist. Wenn die Auffangrate unter 20% liegt. In dem Fall, wo die Auffangrate
unter 20% liegt, wird die Beseitigung und Verminderung der PM zu gering.
Wenn die Auffangrate 50% oder mehr beträgt, wird im Gegensatz dazu
von den aufgefangenen PM leicht eine Verstopfung erzeugt. Infolgedessen
wird die Reinigungsfrequenz erhöht,
und der Filter 11 ist auch im Hinblick auf eine Zunahme
des Gegendrucks und ein Schmelzen oder eine Beschädigung durch
Hitze in Gefahr.
-
Eine
solche Auffangrate des Filters 11 wird durch Auswahl des
Flächeninhalts
des Filters 11 eingestellt (die Bruttofläche der
gesamten äußeren Oberfläche des
verwendeten Drahtes 20), die man durch Auswahl des Durchmessers
des Drahtes 20 und seiner Fülldichte erhält, sowie
die Anzahl von Überlagerungen
entsprechend der Menge des Abgases 1.
-
Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 ist vorgesehen,
wie oben umrissen.
-
<Abschirmplatten
17 und 18>
-
Wie
in 1 und 2 dargestellt,
werden bei dieser Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 solche
Filter 11 so festgehalten, dass sie zwischen einem Paar
vorderen und hinteren Abschirmplatten 17 und 18 festgeklemmt
sind, die einander in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegen.
Die vordere und die hintere Abschirmplatte 17 und 18,
die jeweils in einer kreisförmigen
Gestalt ausgebildet sind, sind aus Metall hergestellt und im äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 angeordnet,
um das Innere des Gehäuses 4 in
einen vorderen und hinteren Teil zu unterteilen.
-
Der äußere Umfangsteil
von einer Abschirmplatte 17 ist für den Hindurchtritt des Abgases 1 mit einer
oder mehreren Luftöffnungen 15 versehen,
die zu dem Spalt 14 hin offen sind, der zwischen der äußeren Umfangsfläche 13 des
im äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 untergebrachten
Filters 11 und dem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 vorgesehen ist.
Der mittlere Teil der anderen Abschirmplatte 18 ist für den Hindurchtritt
des Abgases 1 mit einer Luftöffnung 16 versehen,
die zu der mittigen Durchgangsöffnung 12 des
Filters 11 hin offen ist.
-
Bezug
nehmend auf die auf dem äußeren Umfangsteil
der Abschirmplatte 17 ausgebildete Luftöffnung 15, kann eine
große
Anzahl von kreisförmigen Öffnungen
konzentrisch im selben Abstand voneinander vorgesehen sein, oder
eine kleine Anzahl von Langlöchern
kann konzentrisch vorgesehen sein. Weiter kann die Luftöffnung 15 eine
Mehrzahl von Schlitzen sein, die auf der Seite des äußeren zylindrischen
Gehäuses 4 ausgebildet
sind.
-
Bei
dem in 1A, 2A und 2B dargestellten
ersten Beispiel ist die Abschirmplatte 17 in Strömungsrichtung des
Abgases stromaufwärts
angeordnet, während
die Abschirmplatte 18 stromabwärts angeordnet ist. Bei diesem
Beispiel dient die äußere Umfangsfläche 13 des
Filters als Einlassfläche 21 für das Abgas 1,
und seine innere Umfangsfläche 19 dient
als Auslassfläche 22 für das Abgas 1. Und
das Abgas 1 strömt
von der Außenseite
aus zur Innenseite, während
es sich innerhalb von jedem Filter 11 verteilt, wobei die
PM gleichmäßig auf
jedem Filter 11 aufgefangen werden.
-
Im
Gegensatz dazu ist die Abschirmplatte 17 bei dem in 1B, 2C und 2D dargestellten zweiten
Beispiel stromabwärts
angeordnet, während die
Abschirmplatte 18 stromaufwärts angeordnet ist. Bei diesem
Beispiel ist die innere Umfangsfläche des Filters 11 die
Einlassfläche 21 für das Abgas 1,
und die äußere Umfangsfläche des
Filters 11 ist die Auslassfläche 22 für das Abgas 1.
Das Abgas 1 strömt von
der Innenseite aus zur Außenseite,
während
es sich innerhalb von jedem Filter 11 verteilt, wobei die PM
gleichmäßig auf
jedem Filter 11 aufgefangen werden.
-
Das
Bezugszeichen 23 in 2 ist
eine Mehrzahl von Muttern und Schrauben, die axial angeordnet sind,
um die Außenseite
jedes Filters 11 zu umgeben. Die Muttern und Schrauben
sind zwischen den Abschirmplatten 17 und 18 befestigt
und bilden eine Brücke
zwischen diesen. Auf diese Weise wird jeder Filter 11 positioniert
und befestigt, während
er zwischen den Abschirmplatten 17 und 18 festgeklemmt
wird.
-
Die
Abschirmplatten 17 und 18 sind vorgesehen, wie
oben beschrieben.
-
<Katalysator>
-
Es
wird nun ein Katalysator beschrieben. Erstens ist der Filter 11 der
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 aus einem
Draht 20 hergestellt, von dem der Hauptbestandteil Fe ist.
-
Fe
hat eine Wirkung als Katalysator (Oxidationskatalysator), der die
Oxidation und Verbrennung der aufgefangenen PM fördert. Insbesondere fördert er
die Oxidation und Verbrennung eines SOF-Bestandteils, der aus den
unverbrannten HC und Schmieröl-HC
der Bestandteile der PM besteht. Zum Beispiel ist das Fe dieses
Drahtes 20 imstande, mehr als 25% der aufgefangenen PM
von selbst zu verbrennen und zu beseitigen.
-
Jeder
Filter 11, wie in 1, 2, 3A und 3B dargestellt,
wird getragen und abgestützt.
Die Oberfläche
des Drahtes 20 wird über
eine Grundierung mit dem Edelmetall-Oxidationskatalysator 24 beschichtet.
Dieser Oxidationskatalysator 24 vergrößert den Flächeninhalt (die Bruttofläche der gesamten äußeren Oberfläche des
Drahtes 20) von jedem Filter 11, um das Auffangen
der PM zu fördern, wodurch
ein Oxidieren und Verbrennen der aufgefangenen PM gefördert wird.
Zum Beispiel ist als Grundierung Al2O3, dessen Zeolith oder dergleichen verfügbar. Als
Oxidationskatalysator 24 wird ein Edelmetall verwendet,
wie Pt von ungefähr
40 g/ft3 ~ 120 g/ft3 (1,48 × 10–3 g/cm3 ~ 4,44 × 10–3 g/cm3).
-
Weiter
oxidiert der Oxidationskatalysator 24 in derselben Weise,
wie der oben beschriebene Oxidationskatalysator 7 NO im
Abgas 1 zu NO2, jedoch wird selbst
durch das auf diese Weise erhaltene NO2 auch
eine Oxidation und Verbrennung der PM gefördert. Unter diesem Aspekt übt der Oxidationskatalysator 24 die
Funktion einer Förderung
der Oxidation und Verbrennung der aufgefangenen PM aus.
-
Bei
dem in 3C dargestellten Beispiel kann
darüber
hinaus ein vom Kraftstoff mitgeführter, aus
Pt, Ce und Fe ausgewählter
oder damit kombinierter Katalysator 25 zu einem Kraftstofftank 9' eines Dieselmotors 9 zugeführt werden.
Der vom Kraftstoff mitgeführte
Katalysator 25, der im Abgas 1 enthalten gewesen
ist, fördert
dann ein Oxidieren und Verbrennen der auf dem Filter 11 aufgefangenen
PM.
-
Der
vom Kraftstoff mitgeführte
Katalysator 25 kann aus einem Katalysatortank 26 direkt
zum Kraftstoff 27 im Kraftstofftank 9' zugeführt werden.
Jedoch ist es wünschenswert,
den vom Kraftstoff mitgeführten
Katalysator 25 entsprechend der verbleibenden Menge des
Kraftstoffs 27 im Kraftstofftank 9' zuzuführen, wobei ein in 3C dargestelltes
Dosiersystem verwendet wird. In diesem Fall werden Daten aus dem
Dieselmotor 9, der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 und
dem Kraftstofftank 9' einer
Motorsteuereinheit 28 eingegeben, wodurch ein Steuersignal
zu einer Dosierpumpe 29 und dergleichen ausgegeben wird.
-
Der
Katalysator ist vorgesehen, wie oben beschrieben.
-
<Arbeitsweise
usw.>
-
Die
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 der vorliegenden
Erfindung ist aufgebaut, wie oben beschrieben. Der Betrieb der Vorrichtung
wird durchgeführt,
wie unten beschrieben.
- (1) Das Abgas 1 aus
dem Dieselmotor 9, das die PM enthält, wird durch das Abgasrohr 2 zu
der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 zugeführt und
tritt durch den Filter 11 hindurch (vergleiche 3C).
Der Filter 11 besteht aus einer Drahtgitterstruktur, die
aus einem Metalldraht 20 ausgebildet ist, und ist in Gestalt
einer Säule aufgebaut,
die mit einer mittigen Durchgangsöffnung 12 versehen
ist, wobei eine Mehrzahl von Filtern einander zur Laminierung überlagert
sind (vergleiche 3A und 3B).
- (2) Jeder Filter 11 ist weiter aufgebaut, wie folgt. Der
Draht 20 von jedem Filter 11, von dem der Hauptbestandteil
Fe ist, ist mit dem Oxidationskatalysator 24 beschichtet.
Der Durchmesser der mittigen Durchgangsöffnung 12 von jedem
Filter 11 liegt nahe bei demjenigen des Abgasrohrs 2 oder
ist größer als
dieser, jedoch kleiner als der halbe Außendurchmesser des Filters 11.
-
Jeder
Filter 11 ist in einer solchen Weise vorgesehen, dass der
Durchmesser des Drahtes 20 zwischen 0,2 mm und 0,8 mm liegt
und seine Fülldichte zwischen
10% und 40% beträgt.
In jedem Filter 11 liegt durch die Kombinationsauswahl
des Durchmessers des Drahtes 20 und seiner Fülldichte
und durch die Auswahl der Anzahl von Überlagerungen (Laminierungen)
der Filter 11 entsprechend der Menge des Abgases 1 die
Auffangrate der PM zwischen insgesamt 20% und 50%.
-
Wenn
als Durchmesser des Drahtes 20 ein größerer Wert aus dem Bereich
der numerischen Werte ausgewählt
wird, und wenn als Fülldichte
des Drahtes 20 ein kleinerer Wert aus den numerischen Werten
ausgewählt
wird, um einen Flächeninhalt
des Filters 11 zu erhalten, der für eine vorbestimmte Auffangrate
notwendig ist, ist es möglich,
die Anzahl von Überlagerungen
der Filter 11 zu vergrößern, verglichen
mit dem Fall, wo eine solche Auswahl nicht vorgenommen wird. Selbstverständlich sollte
klar sein, dass die Anzahl von Überlagerungen
(Laminierungen) von jedem Filter 11 in Abhängigkeit
von der Menge des Abgases 1 vergrößert oder verkleinert wird.
-
Ein
solcher Filter 11 ist in dem äußeren zylindrischen Gehäuse 4 untergebracht,
das mit dem Abgasrohr 2 für das Abgas 1 verbunden
ist, und wird von einem Paar vorderen und hinteren Abschirmplatten 17 und 18 festgehalten.
-
- (3) In der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung,
die mit einem solchen Filter 11 versehen ist, strömt das Abgas 1,
wie unten beschrieben. Das erste Beispiel ist in 1A, 2A und 2B dargestellt.
-
Das
Abgas 1 wird aus dem Abgasrohr 2 ins Innere des
ersten halben Teils des äußeren zylindrischen
Gehäuses 4 zugeführt und
strömt
zu der Abschirmplatte 17 auf der stromaufwärtigen Seite.
Das Abgas 1 strömt
dann durch eine oder mehrere, am äußeren Umfangsteil der Abschirmplatte 17 vorgesehene
Luftöffnungen 15 zu
einem Spalt 14.
-
Das
Abgas 1 strömt
dann von der Außenseite
zur Innenseite durch jeden Filter 11, während man die äußere Umfangsfläche 13 des
Filters 11 zu einer Einlassfläche 21 macht und seine
innere Umfangsfläche
zu einer Auslassfläche 22 macht.
Das Abgas 1 strömt
durch eine am mittleren Teil der Abschirmplatte 18 auf
der stromabwärtigen
Seite vorgesehene Luftöffnung 16 aus
jeder mittigen Durchgangsöffnung 12 ins
Innere des letzten halben Teils des äußeren zylindrischen Gehäuses 4.
Das Abgas 1 wird dann über
das Abgasrohr 2 an die Freiluft abgegeben.
-
Das
zweite Beispiel ist in 1B, 2C und 2D dargestellt.
-
Das
Abgas 1 wird aus dem Abgasrohr 2 ins Innere des
ersten halben Teils des zylindrischen Gehäuses 4 zugeführt und
strömt
zu der Abschirmplatte 18 auf der stromaufwärtigen Seite.
Das Abgas 1 strömt
dann durch eine am mittleren Teil der Abschirmplatte 18 vorgesehene
mittige Luftöffnung 16 zu
der mittigen Durchgangsöffnung 12.
-
Das
Abgas 1 strömt
dann von der Innenseite zur Außenseite
durch jeden Filter 11, während man die innere Umfangsfläche 19 des
Filters 11 zu einer Einlassfläche 21 macht und seine äußere Umfangsfläche 13 zu
einer Auslassfläche 21 macht.
Das Abgas 1 strömt
aus dem Spalt 14 durch eine oder mehrere, am äußeren Umfangsteil
der Abschirmplatte 17 auf der stromabwärtigen Seite vorgesehene Luftöffnungen 15 ins
Innere der letzten Hälfte
des äußeren Gehäuses 4.
Das Abgas 1 wird dann über
das Abgasrohr 2 an die Freiluft abgegeben.
- (4) Bei sowohl dem ersten und dem zweiten Beispiel strömt das Abgas 1 durch
jeden Filter 11, wie oben beschrieben, wodurch die im Abgas 1 enthaltenen
PM gleichzeitig verbrannt und vermindert werden, während sie
auf jedem Filter 11 aufgefangen werden. Die PM im Abgas 1 werden nämlich auf
jedem Filter 11 aufgefangen und dann in Folge durch Hitze
des Abgases 1 bald nach ihrem Auffangen oxidiert und verbrannt,
wobei der (prozentuale) Gehalt der PM im Abgas 1 vermindert
wird.
-
Jeder
Filter 11 wird regeneriert, wenn die auf diese Weise aufgefangenen
PM verbrannt und beseitigt werden. Mit anderen Worten können, weil
die auf der Oberfläche
aufgefangenen PM in Folge beseitigt werden, die nächsten neuen
PM wieder auf der Oberfläche
aufgefangen werden. Der Filter wird auf diese Art und Weise erneut
regeneriert.
-
Wenn
man das erste Beispiel mit dem zweiten Beispiel vergleicht, sorgt
das erste Beispiel für eine
bessere Leistung beim Auffangen, insbesondere in der Nähe der weiteren äußeren Umfangsfläche 13 des
Filters 11. Im Gegensatz dazu sorgt das zweite Beispiel
für eine
bessere Leistung bei der Verbrennung, weil die PM insbesondere in
der Nähe
der inneren Umfangsfläche 19 des
Filters 11 intensiver aufgefangen werden.
-
- (5) Die Teilchen-Verminderungsvorrichtung 10 der vorliegenden
Erfindung weist solche betrieblichen Vorteile auf, wie unten beschrieben
(vergleiche erster bis fünfter
Punkt).
-
Erstens
besteht jeder Filter der Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung
aus (a) einer Drahtgitterstruktur und ist so eingestellt, dass er
eine niedrige Auffangrate von insgesamt 20% bis 50% besitzt, wobei
eine verhältnismäßig kleine
Menge an PM aufgefangen wird.
-
Dementsprechend
ist es für
jeden Filter 11 schwierig, die zulässige Menge und den Auffanggrenzwert
zu erreichen. Dies bedeutet, dass ein Verstopfen kaum stattfindet
und die Reinigungsfrequenz des Filters 11 niedrig ist.
-
- (b) Jeder Filter 11 ist regeneriert,
wenn die PM in Folge verbrannt und beseitigt werden, während sie
aufgefangen werden. Eine solche Verbrennung durch Entzündung basiert
auf der Hitze des Abgases 1, das mit einer hohen Temperatur
zugeführt
wird, jedoch wird die Verbrennung weiter gefördert durch den Draht 20,
von dem der Hauptbestandsteil Fe ist, das als Katalysator wirkt,
durch den Oxidationskatalysator 24, mit dem der Draht 20 beschichtet
ist, sowie durch den vom Kraftstoff mitgeführten Katalysator 25.
-
Es
ist eine kontinuierliche Beseitigung der PM durch kontinuierliche
Verbrennung derselben möglich,
und daher kann eine kontinuierliche Regeneration des Filters 11 verwirklicht
werden. Unter diesem Aspekt ist es für jeden Filter 11 sogar
schwierig, die zulässige
Menge und den Auffanggrenzwert zu erreichen, wodurch ein Verstopfen
kaum auftritt und die Reinigungsfrequenz von jedem Filter 11 niedrig ist.
- (c) Jeder Filter 11 ist in Gestalt
einer kurzen Säule mit
einer mittigen Durchgangsöffnung
ausgebildet, ist im äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 untergebracht
und wird von einem Paar von Abschirmplatten 17 und 18 mit
einer oder mehreren Luftöffnungen 15 und 16 festgehalten.
-
Jeder
Filter 11 ist in einer solchen Weise vorgesehen, dass die
Einlass- und die Auslassfläche 21 und 22,
die aus der äußeren Umfangsfläche 13 des Filters 11 und
seiner inneren Umfangsfläche 19 bestehen,
entlang der Strömung
des Abgases 1 ausgebildet sind, ohne dass sie der Strömung rechtwinklig entgegenstehen,
und auch die Flächeninhalte
der Einlass- und Auslassfläche 21 und 22 sind
groß.
Da das Abgas 1 durch das Innere von jedem Filter 11 strömt, während es
darin in weitem Umfang und gleichmäßig verteilt wird, werden dementsprechend die
PM vollständig
und gleichmäßig auf
jedem Filter 11 aufgefangen. Daher werden die PM nicht
intensiv und einseitig auf einem Teil von jedem Filter 11 aufgefangen.
-
Unter
diesem Aspekt ist es dementsprechend für jeden Filter sogar schwierig,
die zulässige Menge
und den Auffanggrenzwert zu erreichen, wodurch ein Verstopfen kaum
auftritt und die Reinigungsfrequenz von jedem Filter 11 niedrig
ist.
-
Wie
oben beschrieben, kann jeder Filter 11 automatisch und
kontinuierlich regeneriert werden. Zum Zweck der Regeneration von
jedem Filter 11 ist es nicht notwendig, eine elektrische
Heizung in den Filter 11 zu integrieren oder einen Heizofen
zum Filter 11 hinzuzufügen,
um die aufgefangenen PM zu verbrennen und zu beseitigen. Es ist
jedoch möglich,
jeden Filter 11 in Kombination mit einer elektrischen Heizung
oder einem Heizofen zu verwenden.
-
- (6) Zweitens besteht jeder Filter 11 aus
(a) einer Drahtgitterstruktur, bei welcher die Fülldichte des Drahtes 20 40%
oder weniger beträgt,
und besitzt auch eine niedrige Auffangrate. Weiter ist der Durchmesser
von jeder mittigen Durchgangsöffnung 12 geringfügig größer als
derjenige des Abgasrohrs 2 und ist im Maximum kleiner als
der halbe Außendurchmesser
des Filters 11. Es wird auch in Betracht gezogen, die Anzahl
von Überlagerungen
(Laminierungen) von jedem Filter 11 zu vergrößern, indem
man aus dem für
eine vorbestimmte Auffangrate notwendigen Bereich der Oberfläche des
Filters 11 einen größeren Durchmesser
des Drahtes 20 und eine kleinere Fülldichte des Drahtes 20 auswählt.
-
Daher
ist in jedem Filter 11 der Strömungswiderstand des Abgases 1 durch
Reibung usw. klein, und der Druckverlust ist ebenfalls klein. Dementsprechend
wird die Zunahme des Gegendrucks des Abgases 1 innerhalb
des Abgasrohrs 2 auf der stromaufwärtigen Seite des Filters 11 auf
das Minimum verringert oder vermieden, und dieser hat keine schädliche Auswirkung
auf den Dieselmotor 9.
- (b) Da jeder
Filter 11 die PM verbrennt, während er sie mit einer niedrigen
Auffangrate auffängt,
ist eine Beseitigung der PM durch kontinuierliche Verbrennung möglich, jeder
Filter 11 kann kontinuierlich regeneriert werden, und eine
Verstopfung kann ebenfalls verhindert werden.
-
Auf
diese Weise hat jeder Filter unter diesem Aspekt sogar nur einen
geringen Widerstand für
das Abgas 1, und der Druckverlust ist ebenfalls gering. Da
eine Zunahme des Gegendrucks auf das Minimum verringert oder vermieden
wird, hat dieser keine negative Auswirkung auf den Dieselmotor 9.
- (c) Jeder Filter 11 ist in Gestalt
einer kurzen Säule mit
einer mittigen Durchgangsöffnung
ausgebildet, in einem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 untergebracht
und wird von einem Paar
-
Abschirmplatten 17 und 18 festgehalten.
Da die Einlass- und Auslassflächen 21 und 22 große Flächeninhalte
besitzen und entlang der Strömung
des Abgases 1 ausgebildet sind, strömt das Abgas 1 daher,
während
es darin verteilt wird, und infolgedessen werden die PM gleichmäßig auf
jedem Filter 11 aufgefangen.
-
Dementsprechend
ist unter diesem Aspekt der Widerstand von jedem Filter 11 für das Abgas 1 sogar
gering, und der Druckverlust ist ebenfalls gering, wobei die Zunahme
des Gegendrucks verringert oder vermieden werden kann. Daher hat
der Filter 11 keine schädliche
Wirkung auf den Dieselmotor 9.
- (7)
Drittens besteht jeder Filter 11 aus (a) einer Drahtgitterstruktur,
bei welcher der Durchmesser des Drahtes 20 0,2 mm oder mehr beträgt und von dem
der Hauptbestandteil Fe ist. Jeder Filter 11 besitzt auch
eine niedrige Auffangrate. (b) Die PM werden gleichzeitig verbrannt,
während
sie aufgefangen werden, und eine kontinuierliche Verbrennung ist
ebenfalls möglich.
(c) Da jeder Filter 11 mit der Einlass- und Auslassfläche 21 und 22 mit größerem Flächeninhalt
versehen ist und diese entlang der Strömung ausgebildet sind, strömt das Abgas 1,
während
es darin verteilt wird, wobei die PM gleichmäßig aufgefangen werden.
-
Mit
diesen (a), (b) und (c) wird eine gleichzeitige Entzündung und
Verbrennung einer großen Menge
von aufgefangenen PM vermieden, und die Temperatur des Filters 11 steigt
nicht plötzlich
an. Da die PM kontinuierlich in einer kleinen Menge und in einem
frühen
Stadium verbrannt werden, wird der Temperaturanstieg von jedem Filter 11 gesteuert, und
infolgedessen kann ein Schmelzen oder eine Beschädigung durch Hitze verhindert
werden.
- (8) Viertens können diese Bedingungen einfach realisiert
werden. Diese Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 ist
nämlich
in einer solchen Weise vorgesehen, dass jeder Filter 11 in
dem äußeren zylindrischen
Gehäuse 4 untergebracht
ist und von dem Paar Abschirmplatten 17 und 18 festgehalten
wird. Daher kann die Vorrichtung 10 eine einfache Struktur
mit einer kleinen Anzahl von Teilen sein, bei der eine Wartung,
wie eine Reinigung, ebenfalls einfach ist.
-
Zum
Beispiel kann, wenn eine Reinigung erforderlich ist, jeder Filter 11 einfach
zerlegt werden, indem man seine Halterung durch das Paar Abschirmplatten 17 und 18 löst, und
dann kann jeder Filter 11 zur einfachen Reinigung aus dem äußeren Gehäuse 4 herausgezogen
werden.
- (9) Obwohl die Auffangrate der PM durch
den Filter 11 so eingestellt wird, dass sie mit insgesamt 20%
bis 50% niedrig ist, ist es fünftens
bei dieser Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 möglich, die
Verminderungs- und Reinigungsrate der PM der gesamten Vorrichtung
zu erhöhen,
indem man den Oxidationskatalysator 24 und/oder den vom
Kraftstoff mitgeführten
Katalysator 25 zusammen verwendet.
-
Trotz
der Verwendung des Filters 11 mit der niedrigen Auffangrate
ist es daher möglich,
Verminderungs- und Reinigungsraten für die gesamte Vorrichtung zu
erhalten, die höher
sind als die Auffangrate des Filters 11 selbst (das heißt die Verminderungs- und
Reinigungsrate ist höher
als diejenige, die man mittels des Filters 11 selbst erhält).
-
In
dem Fall, wo der Draht 20 von jedem Filter 11 mit
dem Oxidationskatalysator 24 beschichtet ist, ist es möglich, die
aufgefangenen PM kontinuierlich zu verbrennen, wobei die Verminderungs-
und Reinigungsrate der gesamten Vorrichtung um etwa 5% bis 10% vergrößert werden
kann. Wenn die Auffangrate des Filters 11 50% beträgt, kann
man zum Beispiel insgesamt (d. h. für die gesamte Vorrichtung)
eine Verminderungs- und Reinigungsrate von etwa 55% bis 60% erhalten.
-
In
dem Fall, wo der vom Kraftstoff mitgeführte Katalysator 25 zum
Kraftstofftank 9' des
Dieselmotors 9 zugeführt
wird, ist es sogar möglich,
die Verminderungs- und Reinigungsrate der gesamten Vorrichtung um
ungefähr
5% bis 10% zu vergrößern, verglichen
mit dem Fall, wo nur der Filter 11 verwendet wird, weil
der im Abgas 1 enthaltene, vom Kraftstoff mitgeführte Katalysator 25 in
derselben Weise wirkt, wie der oben beschriebene Oxidationskatalysator 24.
-
Wenn
der Oxidationskatalysator 24 und der vom Kraftstoff mitgeführte Katalysator 25 gleichzeitig verwendet
werden, ist es weiter möglich,
die Verminderungs- und Reinigungsrate der gesamten Vorrichtung um
ungefähr
10% bis 20% zu vergrößern, verglichen
mit dem Fall, wo nur der Filter 11 verwendet wird. Wenn
zum Beispiel die Auffangrate des Filters selbst 50% beträgt, kann
man für
die gesamte Vorrichtung eine Verminderungs- und Reinigungsrate von
bis zu ungefähr
70% erhalten.
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Da
im Fall eines Verkehrsstaus die Temperatur des Dieselmotors 9 und
des Abgases 1 niedrig ist, wird der Oxidationskatalysator 24 nicht
aktiviert (wegen der niedrigen Temperatur) und seine oxidations- und
verbrennungsfördernde
Wirkung nimmt ab. Als Folge davon geht auch die Verminderungs- und Reinigungsrate
nach unten, jedoch besteht ein Vorteil darin, dass die Zunahme des
Gegendrucks und ein Schmelzen oder eine Beschädigung durch Hitze sicher verhindert
werden können.
-
Im
Gegensatz dazu wird, wenn in einem Normalbetrieb die Temperatur
des Dieselmotors 9 und des Abgases 1 ansteigt,
der Oxidationskatalysator 24 aktiviert (durch den Temperaturanstieg)
und man kann eine hohe Verminderungs- und Reinigungsrate erhalten,
wie oben beschrieben.
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[Ausführungsform
1]
-
Untersuchungen
an jeder Ausführungsform der
Feststoffteilchen-Verminderungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden
Erfindung werden nun unten beschrieben. Mit Bezugnahme auf 4A werden
nun Untersuchungen an der ersten Ausführungsform beschrieben.
-
Bei
dieser ersten Ausführungsform
wurde ein Prüfstandsversuch
bezüglich
der Auffangrate durchgeführt,
wobei zwei Arten von Filtern 11 verwendet wurden, bei denen
die Kombination aus dem Durchmesser des Drahtes 20 und
seiner Fülldichte verschieden
sind, während
die Anzahl von Überlagerungen
(Laminierungen) des Filters 11 jeweils verändert wird.
Die Untersuchungsbedingungen sind wie folgt.
-
Gestalt
von jedem Filter 11: Außendurchmesser 250 mm; Innendurchmesser
90 mm und Dicke 40 mm.
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Spezifikation
von jedem Filter 11: Es wurden zwei Arten von Filtern verwendet:
(1) ein Filter 11, bei dem der Durchmesser des Drahtes
20 0,5 mm beträgt
und seine Fülldichte
25% beträgt;
(2) ein Filter 11, bei dem der Durchmesser des Drahtes 20 0,35 mm
beträgt
und seine Fülldichte
31% beträgt.
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Typ
eines Dieselmotors 9: Es wurde ein normaler V8-Saugmotor mit 17
Litern Hubraumvolumen verwendet.
-
Kraftstoff 27:
Es wurde Leichtöl
mit niedrigem Schwefelgehalt verwendet (50 ppm Schwefel).
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Untersuchungsmodus: 13 Betriebsarten
-
Als
Ergebnis der Untersuchungen unter den obigen Bedingungen wurden
die Messergebnisse erhalten, wie in 4A dargestellt,
wodurch bestätigt wurde,
dass die Auffangrate vom Flächeninhalt
des Filters 11 abhängt
(Auswahl des Drahtdurchmessers und der Drahtfülldichte und Auswahl der Anzahl
von Überlagerungen).
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Zum
Beispiel beträgt
der Filterflächeninhalt, der
notwendig ist, um eine Auffangrate von 50% zu erhalten, ungefähr 18 m2, und ein Filterflächeninhalt von ungefähr 1 m2 war für
einen Liter des Abgases 1 angemessen. Selbstverständlich ändert sich
der notwendige Filterflächeninhalt,
wenn sich die Form des Filters 11 ändert.
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[Ausführungsform
2]
-
Untersuchungen
an der zweiten Ausführungsform
werden nun mit Bezugnahme auf 4B beschrieben.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wurde
ein Prüfstandsversuch
bezüglich
des Druckverlusts unter Verwendung von drei Arten von Filtern 11 durchgeführt, bei
denen sich die Kombinationsspezifikation aus dem Durchmesser des
Drahtes 20 und seiner Fülldichte
unterscheidet, während
die Anzahl von Überlagerungen
(Laminierungen) jeweils verändert
wird. Die Untersuchungsbedingungen basieren auf der ersten Ausführungsform.
-
Als
Ergebnis wurden die Messergebnisse erhalten, wie in 4B dargestellt,
wodurch bestätigt wurde,
dass sich der Druckverlust mit der Spezifikation von jedem verwendeten
Filter 11 sogar im Fall desselben Filterflächeninhalts ändert. Mit
anderen Worten unterscheidet sich das Raumvolumen des Filters 11,
wenn sich der Durchmesser des Drahtes 20 und dessen Fülldichte
unterscheiden, und daher war der Druckverlust unterschiedlich.
-
Zum
Beispiel beträgt
in dem Fall, wo zwei Filter 11 verwendet wurden, bei denen
der Durchmesser des Drahtes 20 0,35 mm beträgt und seine Fülldichte
31% beträgt,
der Flächeninhalt
der Filter 11 12,12 m2. Im Gegensatz
dazu ist in dem Fall, wo 3,6 Filter 11 verwendet wurden,
bei denen der Durchmesser des Drahtes 20 0,5 mm beträgt und seine Fülldichte
25% beträgt,
der Flächeninhalt
des Filters 11 derselbe wie oben (12,12 m2).
-
Da
der letztere durch den Unterschied von 1,6 Filtern verglichen mit
dem ersteren weitere Strömungsdurchlässe für das Abgas 1 und
einen geringeren Widerstand besitzt, wird in diesem Fall der Druckverlust
gering. Auf diese Art und Weise ist es, wenn ein spezifischer Filterflächeninhalt
erforderlich ist, um eine gewisse Auffangrate zu erhalten, unter
dem Gesichtspunkt des Druckverlustes wünschenswert, dass derjenige
Filter 11 ausgewählt
wird, bei dem der Durchmesser des Drahtes 20 dick und groß und seine
Fülldichte
klein ist.
-
[Ausführungsform
3]
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Untersuchungen
an der dritten Ausführungsform
werden nun mit Bezugnahme auf 4C beschrieben.
Bei dieser dritten Ausführungsform
wurde ein Prüfstandsversuch
bezüglich
der Verminderungs- und Reinigungsrate (der Auffangrate) durchge führt, wobei
eine Art von Filter 11 in den Fällen verwendet wurde, wo nur
der Filter 11 verwendet wird, wo der Filter 11 mit
dem Oxidationskatalysator 24 verwendet wird, und wo der
Filter 11 mit dem Oxidationskatalysator 24 und
dem vom Kraftstoff mitgeführten
Katalysator 25 gemeinsam verwendet wird, während die Anzahl
von Überlagerungen
(Laminierungen des Filters 11) jeweils verändert wurde.
Die Untersuchungsbedingungen basieren auf der oben beschriebenen ersten
und zweiten Ausführungsform.
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Als
Ergebnis wurden die Messergebnisse erhalten, wie in 4C dargestellt.
In jedem Fall war die Verminderungs- und Reinigungsrate (die Auffangrate)
umso höher,
je größer die
Anzahl von Überlagerungen
und je weiter der Flächeninhalt
des Filters 11 war. Wenn sie im Bereich einer Auffangrate
(Verminderungs- und Reinigungsrate) von 20% bis 50% in dem Fall,
wo nur der Filter 11 verwendet wird, beobachtet wurden,
wurde bestätigt,
dass die Verminderungs- und Reinigungsrate um ungefähr 5% bis 10%
vergrößert wurde,
wenn er mit dem Oxidationskatalysator 24 verwendet wurde,
und um ungefähr 20%
bis 20% vergrößert wurde,
wenn er mit dem Oxidationskatalysator 24 und dem vom Kraftstoff
mitgeführten
Katalysator 25 zusammen verwendet wurde.