-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Diesel-Teilchenfilter zum
Sammeln und Verbrennen von in Abgasen eines Dieselmotors oder
einer Dieselmaschine auftretenden Teilchen sowie eine
Steuervorrichtung hierfür.
-
Da der Dieselmotor oder die Dieselmaschine eine heterogene
Verbrennung anwendet, bei welcher Kraftstoff in Luft
eingespritzt wird, deren Temperatur durch wärmeisolierende
Kompression erhöht ist, um eine Verbrennung zu bewirken, besteht
ein Problem darin, daß weniger Kohlenmonoxid im Abgas
enthalten ist, jedoch eine große Menge an Stickstoffoxid (NOx) und
Teilchen (hauptsächlich Kohlenstoff) darin enthalten ist.
-
Um die Freigabe dieser Teilchen an die Atmosphäre zu
verhindern, wurde ein besonderes Filter entwickelt, bei welchem ein
Filter in einem Abgasströmungskanal angebracht ist, um die
Abgase zu filtrieren und zur Reinigung zu verbrennen.
-
Die Französische Patentanmeldung Nr. 2 600 907 beschreibt
eine Vorrichtung zum Verbrennen von Kohlenstoff von einem
Abgasfilter. Angesammelter Kohlenstoff wird entzündet, wo er
sich ausreichend auf einem nicht leitenden Filtermedium
ansammelt, indem Elektrizität durch den Kohlenstoff zwischen
Elektroden durchgeleitet wird. Die Elektroden sind zwei
Drähte, die rings um ein fibröses Filtermedium gewickelt
sind. Die US-Patentschrift Nr. 4 264 344 beschreibt eine
Abgasteilchenfalle für Dieselmotoren mit einem konzentrischen
doppelten Badfilter, das ein rohrförmiges äußeres
Filterelement mit hohem Oberflächenbereich, das als Hauptfilter wirkt,
und ein als als Siebpackung ausgeführtes Unterfilter in einem
Steuer-Bypasskanal umfaßt. Ein normalerweise geschlossenes
Druckentspannungsventil öffnet sich, um eine Bypass-Strömung
durch das Unterfilter zuzulassen, um den auf das Hauptfilter
wirkenden Rückdruck unter verschiedenen Betriebsbedingungen
zu begrenzen.
-
Die Verbrennung von durch das Filter gesammelten Teilchen
kann vorzugsweise stets während des Laufs eines Fahrzeugs
durchgeführt werden. Zum Verbrennen der Teilchen in einer
einfachen Weise ist es erwünscht, daß die Verbrennung in
einem Zustand stattfindet, in welchem sich kaum Rauch
entwickelt, z. B., wenn das Fahrzeug in einem Haltezustand oder
in einem Leerlaufzustand ist. Da jedoch, wenn die Verbrennung
stattfindet, ein Heizelement erregt wird, wird eine
beträchtliche Leistungsmenge verbraucht. In dem Zustand, in dem sich
der Motor in einem Leerlauf befindet, sind die elektrischen
Leistungen für die Erzeugung von Strom so klein, daß die
Durchführung der Verbrennung der Teilchen ziemlich schwierig
ist.
-
Das bekannte Teilchenfilter hatte eine Schwierigkeit, indem
die Filter im ganzen Abgasströmungskanal angeordnet sind, und
daher wurde, wenn das Filter durch den elektrischen Strom
erhitzt wurde, das Filter durch Abgase gekühlt, wodurch keine
zufriedenstellende Verbrennung durchgeführt wurde.
Insbesondere in dem Fall, in welchem die Verbrennung im Leerlauf
durchgeführt wird, ist die Temperatur der Abgase so gering,
daß das Filter aus dem obigen Grund nur sehr schwer
zufriedenstellend erhitzt werden kann. So wird die Schwierigkeit
einer unvollständigen Verbrennung der Teilchen noch größer.
-
Ferner besteht in dem Fall, daß der Verbrennungsvorgang der
Teilchen einem Fahrer überlassen wird, die Umbequemlichkeit,
daß der Fahrer den Verbrennungsvorgang unnötig häufig
durchführt, und daß der Fahrer den Verbrennungsvorgang vergißt und
infolgedessen das Filter zugesetzt wird, wodurch eine
uner
wartete Situation hervorgerufen wird.
-
Die Erfindung befaßt sich mit den obigen Problemen. Ein
erstes Ziel der Erfindung besteht darin, daß ein Hauptfilter
durch die Abgase nicht abgekühlt wird, wenn Teilchen durch
das Hauptfilter verbrannt werden, auch wenn der Motor sich in
irgendeinem Betriebszustand befindet. Ein zweites Ziel der
Erfindung besteht darin, das Zusetzen eines Hauptfilters
festzustellen, um automatisch die Verbrennung von Teilchen
durchzuführen. Ein drittes Ziel der Erfindung besteht darin,
zu verhindern, daß die nicht gefilterten Abgase, auch wenn
Teilchen verbrannt werden, an die Atmosphäre freigegeben
werden. Ein viertes Ziel der Erfindung besteht darin, daß bei
extremen Fortschreiten eines Zusetzens des Hauptfilters eine
Verbrennung von Teilchen unabhängig vom Zustand des Motors
u. dgl. durchgeführt wird. Ein fünftes Ziel der Erfindung
besteht darin, eine Einrichtung zu schaffen, die den Fahrer
vom Auftreten eines Zusetzzustands informiert, wenn nicht
Umgebungsbedingungen herrschen, bei denen ein Zusetzen des
Hauptfilters auftritt, so daß eine Verbrennung nicht
zweckmäßig ist. Dies ermöglicht eine vollständige Verbrennung von
Teilchen, eine automatische Verbrennung von Teilchen unter
den erreichten Umgebungsbedingungen, und es ermöglicht, wenn
nicht Umgebungsbedingungen herrschen, bei denen ein Zusetzen
des Filters auftritt, so daß eine Verbrennung nicht
zweckmäßig ist, die Durchführung der Verbrennung sobald ein
überwachter Zustand erreicht ist, um das Filter stets in einem
guten Zustand zu halten.
-
Demgemäß schafft die Erfindung ein Teilchenfilter für einen
Dieselmotor oder eine Dieselmaschine mit einem Filtergehäuse
und einem im Filtergehäuse angeordneten Hauptfilter, wobei
das Hauptfilter einen Körper aus Keramikfasern sowie einen
Metalldraht zum Erhitzen des Hauptfilters und eine netzartige
Verstärkungsplatte aus einem hitzebeständigen Material
je
weils auf gegenüberliegenden Flächen des Körpers aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Teilchenfilter ferner ein
Unterfilter aufweist, wobei das Hauptfilter das Unterfilter
umgibt, und das Unterfilter ein wahlweise zu öffnendes
Bypassventil nahe seinem Einlaß aufweist und der Metalldraht
ein Metalldrahtnetz ist, sowie eine Abtasteinrichtung zum
Abtasten von auf dem Hauptfilter angesammelten Teilchen, das
Bypassventil in Abhängigkeit von der Abtasteinrichtung
geöffnet wird und das Drahtnetz zum Erhitzen erregt wird, um die
Teilchen zu verbrennen, das Hauptfilter ein inneres Rohr und
ein äußeres Rohr aufweist, ringförmige Verschlußplatten mit
den inneren Enden des inneren und äußeren Rohres und zwischen
den Auslaßenden des inneren und äußeren Rohres verbunden
sind, und daß das Unterfilter aus einem porösen Metallrohr
oder einem porösen leitenden Keramikrohr besteht, das einen
porösen Durchlaß bildet, wobei der Durchmesser des porösen
Durchlasses größer ist als derjenige des Hauptfilters.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die
Abtasteinrichtung einen in dem Filtergehäuse angeordneten
Abgasdrucksensor auf, und, wenn der vom Abgasdrucksensor erfaßte
Abgasdruck einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird ein
Verbrennen der Teilchen ausgelöst.
-
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform weist die
Abtasteinrichtung eine Steuereinrichtung mit einer
Einrichtung zur Bildung eines elektrischen Widerstandes zwischen dem
Drahtnetz und der netzartigen Verstärkungsplatte sowie eine
Steuereinrichtung zum wahlweisen Öffnen des Bypassventils und
Erregen des Drahtnetzes auf, so daß, wenn ein Widerstandswert
zwischen dem Drahtnetz und der netzartigen Verstärkungsplatte
kleiner ist als ein vorbestimmter Wert und der Motor sich
nicht in einem Leerlaufzustand befindet und die
Schaltstellung des Gebtriebes neutral ist, das Bypassventil geöffnet
und das Drahtnetz erregt wird.
-
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung zum Betreiben des
Bypassventils und des Drahtnetzes so vorgesehen, daß, wenn
die im Hauptfilter angesammelten Teilchen verbrannt werden
und das Bypassventil geschlossen ist, das Unterfilter erregt
wird, um die dadurch gesammelten Teilchen zu verbrennen.
-
Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist die
Steuereinrichtung zum Betreiben des Bypassventils und des
Drahtnetzes so vorgesehen, daß, wenn der elektrische
Widerstand zwischen dem Drahtnetz zum Erhitzen und der netzartigen
Verstärkungsplatte kleiner ist als ein vorbestimmter Wert und
der Motor sich nicht in einem Leerlaufzustand befindet oder
der Sicherheitsgurt nicht abgelegt ist, ein
Filtarverstopfungssignal für einen Fahrzeugfahrer erzeugt und das
Bypassventil voll geöffnet wird.
-
In dem erfindungsgemäßen Teilchenfilter ist ein Hauptfilter
innerhalb eines Abgaskanals des Verbrennungsmotors
angeordnet, und ein Bypassrohr ist im Hauptfilter angeordnet und mit
einem Bypassventil und einem Unterfilter versehen. Das
Bypassrohr hat im wesentlichen den gleichen Innendurchmesser
wie das Abgasrohr. Das am Bypassrohr vorgesehene Bypassventil
wird geöffnet und das Hauptfilter wird erregt, wenn die im
Hauptfilter angesammelten Teilchen verbrannt werden. Da das
Hauptfilter zum Verbrennen von Teilchen erregt wird, wird
eine Abkühlung des Hauptfilters durch Abgase bei jedem
Betriebszustand des Motors unterdrückt.
-
Ferner wird beim erfindungsgemäßen Teilchenfilter, wenn der
Abgasdruck einen ersten vorbestimmten Wert übersteigt, eine
Beurteilung durch ein Signal des Abgasdrucksensors abgegeben,
der am Einlaß des Hauptfilters vorgesehen ist, daß ein
Zusetzen durch Teilchen eingetreten ist. Sodann wird eine
vorbestimmte elektrische Stromleistung automatisch auf ein
Heizelement gegeben, um das Verbrennen der Teilchen im
Hauptfilter durchzuführen. Es ist dementsprechend möglich,
Nachteile zu vermeiden, wie die Durchführung eines übermäßigen
Verbrennens und umgekehrt das Auftreten eines Zusetzens im
Hauptfilter, weil der Fahrer das Verbrennen vergißt.
-
Ferner werden im erfindungsgemäßen Teilchenfilter Teilchen
(hauptsächlich Kohlenstoff) auf einem Widerstandselement in
einer Menge angesammelt, die eine vorbestimmte Größe
übersteigt, wodurch der Wert des elektrischen Widerstandes sinkt.
Wenn der Wert des elektrischen Widerstandes geringer ist als
ein vorbestimmter Wert, wird eine Beurteilung vorgenommen,
daß das Hauptfilter mit Teilchen zugesetzt wird. Bei
Bestätigung eines Leerlaufzustands wird eine vorbestimmte Leistung
automatisch zugeführt, um die Teilchen zu verbrennen.
-
Wenn die Teilchen im Hauptfilter verbrannt werden, werden
außerdem die Abgase durch das Bypassrohr geleitet, das mit
einem Unterfilter versehen ist. Es ist daher möglich, den
Nachteil zu vermeiden, daß während des Verbrennens von
Teilchen nicht filtrierte Abgase in die Atmosphäre ausgestoßen
werden.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nunmehr
lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf die Figuren
beschrieben. Es zeigt:
-
Fig. 1 einen Schnitt, welcher den Aufbau eines Diesel-
Teilchenfilters gemäß einer ersten Ausführungsform der
Erfindung darstellt,
-
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm, welches ein Beispiel der
Wirkungsweise des in Fig. 1 gezeigten Diesel-Teilchenfilters
erläutert,
-
Fig. 3 einen Schnitt, welcher den Aufbau eines Diesel-
Teilchenfilters gemäß einer zweiten Ausführungform der
Erfindung darstellt,
-
Fig. 4 einen Schnitt, welcher den Aufbau eines
Hauptfilters in dem in Fig. 3 gezeigten Diesel-Teilchenfilter
darstellt, und
-
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel der
Wirkungsweise des in Fig. 3 gezeigten Diesel-Teilchenfilters
erläutert.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit
Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
-
Fig. 1 ist ein Schnitt eines Teilchenfilters nach einer ersten
Ausführungsform. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist in einem
erfindungsgemäßen Teilchenfilter 100 ein zylindrisches Bypassrohr
11 in einem Mittelabschnitt innerhalb eines hitzebeständigen
Stahlfiltergehäuses 10 angeordnet, außerhalb dessen ein
zylindrisches geschichtetes Hauptfilter 12 mit einem
koaxialen Doppelrohraufbau angeordnet ist, und außerhalb desselben
ferner ein zylindrisches Abgasrohr 13 angeordnet ist. Das
Hauptfilter 12 ist in einem Schnitt zylindrisch wie ein Kelch
(petal).
-
Stromabwärts des Bypassrohrs 11 ist ein Unterfilter 11a
gebildet. Das Unterfilter 11a besteht aus einem
hitzebeständigen Metallrohr oder aus einem leitenden Keramikrohr mit
einer Anzahl von unregelmäßig gebogenen Poren. Falls das
Unterfilter 11a aus Metall hergestellt ist, wird Ni und Cr
enthaltendes Fe verwendet, dessen Oberfläche mit Keramik
beschichtet ist. SiC kann als Keramikmaterial verwendet
werden.
-
Im Bypassrohr 11 kann ein Einlaßabschnitt und ein
Unterfilterabschnitt aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Statt dessen kann das ganze Bypassrohr 11 auch aus dem
gleichen Material hergestellt sein.
-
Das Hauptfilter 12 besteht aus einer hitzebeständigen
Metallplatte, die durch eine Anzahl von Löchern zur
Luftdurchlässigkeit durchbohrt ist, einem mit Keramikfasern beschichteten
Körper, der durch Überlagerung von langen Keramikfasern
gebildet ist und als Filter wirkt, und aus einem Drahtnetz
aus hitzebeständigem Metall, bei welchem Ni-Cr als
Ausgangsmaterial verwendet sind, wobei diese Teile
aufeinandergeschichtet sind. Der mit Keramikfaser beschichtete Körper und
die Metallplatte sind auf die hitzebeständige Metallplatte
geschichtet und teilweise festgelegt. Die hitzebeständige
Metallplatte wird auf eine stromabwärts gelegene Schicht in
der Abgasströmung gelegt.
-
Eine in Art eines Keramiknetzes aufgebaute Platte kann statt
der hitzebeständigen Metallplatte verwendet werden. Ferner
kann ein aus Fasern zusammengesetzter Körper aus
hitzebeständigen Metallfasern statt des mit Keramikfaser beschichteten
Körpers verwendet werden.
-
Ringförmig geschlossene Platten 14 zur Steuerung einer
Strömung von Abgasen sind zwischen dem linken Ende des
Bypassrohrs 11 und dem linken Ende des inneren Rohrs des
Hauptfilters 12 zwischen dem linken Ende des äußeren Rohrs des
Hauptfilters 12 und dem linken Ende des Abgasrohrs 13 und zwischen
den rechten Enden des inneren und äußeren Rohrs des
Hauptfilters 12 angeordnet.
-
Ein Bypassventil 15 zur Steuerung des Durchlasses/der
Unterbrechung der Abgase ist nahe eines Einlasses des Bypassrohrs
11 vorgesehen. Das Bypassventil 15 wird geöffnet und
geschlossen durch ein Betätigungsglied 18 über einen
Ventilbetätigungsarm 16 gegen die Kraft einer Feder 17. Die
Wirkungsweise des Betätigungsgliedes 18 wird durch eine
Steuereinrichtung 19 gesteuert. Ein Abgasdrucksensor 20 zur Erfassung
des Druckes der Abgase auf der Einlaßseite ist mit der
Steuereinrichtung 19 verbunden.
-
Normalerweise ist das Bypassventil 15 geschlossen, während
Teilchen durch das Hauptfilter 12 gesammelt werden, und die
Abgase strömen nicht durch das Bypassrohr 11. Die Abgase
kommen von der linken Seite in der Figur, und die Abgase
werden zwischen dem äußeren und inneren Rohr des Hauptfilters
12 geleitet, strömen durch das Hauptfilter 12, wie durch die
Pfeile gezeigt, und werden von hier auf die Außenseite des
Hauptfilters 12 ausgestoßen, wie durch die Pfeile gezeigt.
-
Wenn die Steuereinrichtung 19 Ausgangssignale des
Abgasdrucksensors 20 empfängt und aufgrund dieser Signale urteilt, daß
die Verbrennung von Teilchen notwendig ist, wird das
Bypassventil 15 durch das Betätigungsglied 18 geöffnet, und es wird
elektrische Spannung an das Drahtnetz gelegt, das auf das
Hauptfilter 12 geschichtet ist, und zwar für eine feste
Zeitperiode, um die Teilchen vom Hauptfilter 12 zu
verbrennen. Sodann wird das Bypassventil 15 geschlossen oder leicht
geöffnet, in welchem Zustand eine geringe Luftmenge in das
Bypassrohr 11 strömen kann, und es wird elektrischer Strom
dem Unterfilter 11a zugeführt, um die Teilchen zu verbrennen.
-
Wenn ein durch den Abgasdrucksensor 20 erfaßter Wert einen
vorbestimmten Wert übersteigt, wird ein Notventil geöffnet,
unabhängig vom Zustand des Motors und eines
Sicherheitsgurtes, um ein Ausströmen von Abgasen zu ermöglichen.
-
Als nächstes wird ein Beispiel für die Wirkungsweise des
Teilchenfilters gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit
Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Fig. 2 ist ein
Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Teilchenfilters
nach dieser Ausführungsform.
-
Zuerst wird in einem Schritt S1 geprüft, ob das Zusetzen des
Hauptfilters 12 bis zu einem vorbestimmten Wert oder darüber
ansteigt oder nicht, d. h. es wird geprüft, ob ein Abgasdruck
P einen vorbestimmten Wert P1 übersteigt oder nicht. Wenn der
vorbestimmte Wert P1 überschritten wird, wird zum Schritt S2
übergegangen, sonst kehrt das Verfahren zum Schritt S1
zurück.
-
Im Schritt S2 wird geprüft, ob das Zusetzen des Hauptfilters
12 bis zu einem übergroßen Wert fortschreitet, d. h. es wird
geprüft, ob der Abgasdruck P einen zweiten vorbestimmten Wert
P2 übersteigt (P1< P2). Wenn der vorbestimmte Wert P2
überschritten wird, wird zum Schritt S13 übergegangen, sonst geht
das Verfahren zum Schritt S3 über.
-
Im Schritt S3 wird geprüft, ob der Motor sich im
Leerlaufzustand befindet oder nicht, d. h., ob die Drehzahl des Motors
geringer ist als eine vorbestimmte Zahl oder nicht. Wenn im
Schritt S3 beurteilt wird, daß der Motor sich in einem
Leerlaufzustand befindet, wird zum Schritt S4 übergegangen, sonst
kehrt das Verfahren zum Schritt S1 zurück.
-
Im Schritt S4 wird geprüft, ob ein Sicherheitsgurt
festgezogen ist oder nicht. Wenn er sich in einem "angelegten"
Zustand befindet, wird eine Beurteilung vorgenommen, daß der
Motor läuft, und das Verfahren kehrt zum Schritt S1 zurück.
Wenn der Sicherheitsgurt abgenommen wird, wird das
Bypassventil 15 (Schritt S5) geöffnet, und es beginnt die Erregung des
Hauptfilters 12 (Schritt S6), wonach das Verfahren zu Schritt
S7 fortschreitet. Wenn der Schritt S6 durchgeführt wird, wird
die Verbrennung von Teilchen im Hauptfilter 12 durchgeführt.
Da das Bypassventil 15 in diesem Zeitpunkt geöffnet ist, wird
die Menge der durch das Hauptfilter 12 strömenden Abgase
verringert. Das Filter 12 wird durch die Abgase nicht
abgekühlt. Da ferner das Metalldrahtnetz oder das elektrische
Heizelelement stromaufwärts der Abgasströmung angeordnet ist,
wird das ganze Filter 12 wirksam erhitzt, um die Verbrennung
ohne Ungleichmäßigkeit zu ermöglichen. Da ferner das
Unterfilter 11a im stromabwärts gelegenen Teil des Bypassrohrs 11
angeordnet ist, werden nicht gefilterte Abgase nicht in die
Atmosphäre ausgestoßen.
-
Im Schritt S7 wird geprüft, ob eine vorbestimmte Zeit (t1)
nach dem Beginn der Verbrennung verstrichen ist. Wenn nicht,
kehrt das Verfahren zum Schritt S5 zurück. Wenn die
vorbestimmte Zeit (t1) verstrichen ist, wird die Erregung des
Hauptfilters 12 abgeschaltet (Schritt S8), und das
Bypassventil 15 wird geschlossen (Schritt S9), wonach das Verfahren
zum Schritt S10 fortschreitet und die Erregung des
Unterfilters 11a begonnen wird (Schritt S10). Sodann geht das
Verfahren zum Schritt S11 über. Wenn der Schritt S10 durchgeführt
wird, wird die Verbrennung von im Unterfilter 11a gesammelten
Teilchen durchgeführt. In diesem Zeitpunkt kann das
Bypassventil 15 leicht geöffnet sein, um Sauerstoff dem Unterfilter
11a zuzuführen.
-
Im Schritt S11 wird geprüft, ob die Verbrennung im
Unterfilter 11a über eine vorbestimmte Zeit (t2) durchgeführt wurde.
Wenn eine vorbestimmte Zeit nicht verstrichen ist, kehrt das
Verfahren zum Schritt S10 zurück. Wenn eine vorbestimmte Zeit
(t2) vergangen ist, wird die Erregung des Unterfilters 11a
abgeschaltet (Schritt S12), wonach das Verfahren zum Schritt
S1 zurückkehrt.
-
Im Schritt S2 wurde beurteilt, daß das Zusetzen des
Hauptfil
ters 12 übermäßig fortgeschritten ist, das Bypassventil 15
wird sofort geöffnet (Schritt S13), ohne den Zustand des
Motors und den Zustand des Sicherheitsgurtes zu prüfen, und
die Erregung des Hauptfilters 12 wird begonnen (Schritt S14),
wonach das Verfahren zum Schritt S15 fortschreitet. Im
Schritt S15 wird geprüft, ob eine vorbestimmte Zeit (t3) nach
dem Beginn der Verbrennung verstrichen ist oder nicht. Wenn
nicht, kehrt das Verfahren zum Schritt S13 zurück. Wenn eine
vorbestimmte Zeit (t3) vergangen ist, wird die Erregung des
Hauptfilters 12 abgeschaltet (Schritt S16) und das
Bypassventil 15 wird geschlossen (Schritt S17), wonach das Verfahren
zum Schritt S1 zurückkehrt.
-
Während im Vorangehenden eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, ist festzustellen, daß die Erfindung nicht
durch die oben beschriebene Ausführungsform eingeschränkt
ist, sondern verschiedene Abänderungen innerhalb des
Schutzumfangs ohne Änderung des Grundgedankens der Erfindung
vorgenommen werden können. Beispielsweise sind bei der obigen
Ausführungsform Hauptfilter 12 mit zwei koaxial angeordneten
Rohren angewendet worden. Es können jedoch auch drei oder
mehr Rohre verwendet werden. Ferner kann alternativ nach der
Beendigung des Schritts S17 eine Reinigung des Unterfilters
11a über eine bestimmte Zeitspanne durchgeführt werden, und
sodann kann das Verfahren zum Schritt S1 zurückkehren. Statt
der Durchführung der Reinigung des Unterfilters 11a bei jeder
Reinigung des Hauptfilters 12 kann so vorgegangen werden, daß
das Unterfilter 11a gereinigt werden kann, wenn die
Zeitpunkte der Reinigung des Hauptfilters einen vorbestimmten Wert
erreicht haben.
-
Fig. 3 ist ein Schnitt eines Teilchenfilters gemäß einer
zweiten Ausführungsform. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist in einem
Teilchenfilter 100 gemäß dieser Ausführungsform ein
zylindrisches Bypassrohr 11 in einem mittleren Abschnitt innerhalb
eines Stahlfiltergehäuses 10 angeordnet, und außerhalb
desselben ist ein zylindrisches Hauptfilter 31 angeordnet, das
drei Rohre mit unterschiedlichem Durchmesser enthält, die
koaxial angeordnet sind.
-
Fig. 4 ist ein Schnitt eines mit (A) in Fig. 3 bezeichneten
Teils des Hauptfilters 31. Wie in Fig. 4 gezeigt, besteht das
Hauptfilter 31 aus einer hitzebeständigen Metallplatte 31a
mit einer Anzahl von Löchern, einer
Keramikfaserzusammensetzung 31b, die durch Anordnen von langen Keramikfasern
aufeinander und Vernähen derselben gebildet ist, sowie aus
einem Metalldrahtnetz 31c mit einem elektrischen Widerstand
wie Ni-Cr. Die Keramikfaserzusammensetzung 31b, welche eine
Filterfunktion ausübt, ist zwischen der hitzebeständigen
Metallplatte 31a und dem Drahtnetz 31c angeordnet und das
Drahtnetz 31c ist stromaufwärts in der Abgasströmung
angeordnet, um das in die Keramikfaserzusammensetzung 31b
eintretende Abgas aufzunehmen.
-
Es wird bemerkt, daß ein netzartiger Keramikaufbau statt der
hitzebeständigen Metallplatte 31a verwendet werden kann, und
es kann eine aus hitzebeständigen Metallfasern gebildete
Faserzusammensetzung statt der Keramikfaserzusammensetzung
31b verwendet werden.
-
Gemäß Fig. 3 ist ein Bypassventil 15 zur Steuerung des
Durchlasses/der Unterbrechung von Abgasen nahe dem Einlaß des
Bypassrohrs 11 vorgesehen. Das Bypassventil 15 wird durch ein
Betätigungsglied 18 über einen Ventilbetätigungsarm 16a gegen
die Kraft der Feder 17 geöffnet und geschlossen. Die
Betätigung des Betätigungsgliedes wird durch eine Steuereinrichtung
19 gesteuert. Die Eingangssignale in die Steuereinrichtung 19
sind ein Ausgangssignal eines Komparators 32 zum Vergleichen
eines elektrischen Widerstandswertes zwischen dem Drahtnetz
31c (siehe Fig. 4) als elektrisches Heizelement und der
netz
artigen Metallplatte 31a mit einem Bezugswert, sowie
Ausgangssignale eines Leerlaufsensors 22, der die Drehzahl des
Motors erfaßt, und eines Sicherheitsgurtsensors 21, der das
Anlegen und Ablegen eines Sicherheitsgurtes feststellt. Die
Steuereinrichtung 19 steuert ferner die Zuführung von
elektrischem Strom zum Drahtnetz 31c durch ein Steuerrelais 33.
-
Normalerweise ist das Bypassventil 15 geschlossen und so
strömen die Abgase nie durch das Bypassrohr 11. In diesem
Zeitpunkt werden von der linken Seite in der Zeichnung
eingeströmte Gase zwischen das äußere und innere zylindrische
Filter 31 oder zwischen das Hauptfilter 31 und das
Filtergehäuse 10 geleitet und strömen durch das Hauptfilter 12, wie
durch die Pfeile angedeutet, und werden von dort auf die
Außenseite der Hauptfilter 31 ausgestoßen.
-
Die Steuereinrichtung 19 empfängt Ausgangssignale des
Komparators 32 zur Erfassung des Widerstandswertes zwischen dem
Drahtnetz 31c als Heizelement, das am Hauptfilter 31
vorgesehen ist, und der Metallplatte 31a, Ausgangssignale des
Leerlaufsensors 22 und Ausgangssignale des
Sicherheitsgurtsensors 21 zur Erfassung einer neutralen Stellung eines
Zahnrads oder Vorgeleges im Getriebe. Der Widerstandswert
zwischen dem Drahtnetz 31c und der Metallplatte 31a nimmt
allmählich ab, wenn die Teilchen sich in der
Keramikfaserzusammensetzung 31b ansammeln. Wenn die Steuereinrichtung 19
aufgrund dieser Signale urteilt, daß die Verbrennung von
Teilchen erforderlich ist, wird das Bypassventil 15 durch das
Betätigungsglied 18 geöffnet, und eine vorbestimmte
Strommenge wird dem Drahtnetz 31c oder einem elektrischen Heizelement
für das Steuerrelais 33 zugeführt, um die vom Hauptfilter 31
gesammelten Teilchen zu verbrennen.
-
Als nächstes wird ein Beispiel für die Wirkungsweise des
Teilchenfilters gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit
Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben. Fig. 5 ist ein
Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Teilchenfilters
gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform.
-
Zuerst wird im Schritt S21 geprüft, ob das Zusetzen des
Hauptfilters 31 bis zu einem vorbestimmten Wert oder darüber
ansteigt, d. h., es wird geprüft, ob die vom Drahtnetz 31c
gesammelten Teilchen einen vorbestimmten Wert oder mehr
erreichen, d. h. der elektrische Widerstandswert R des
Drahtnetzes 31c kleiner ist als ein vorbestimmter Wert Ra. Wenn
der Wert R kleiner ist als der vorbestimmte Wert Ra, geht das
Verfahren zum Schritt S22 über, sonst kehrt es zum Schritt
S21 zurück.
-
Im Schritt 22 wird geprüft, ob der Motor sich in einem
Leerlaufzustand befindet oder die Schaltstellung des Getriebes
sich in einem neutralen Zustand befindet, d. h. ob die
Drehzahl des Motors geringer ist als eine vorbestimmte Zahl oder
nicht, und das Fahrzeug sich in einem Haltezustand befindet.
Wenn im Schritt S22 beurteilt wird, daß der Motor sich in
einem Leerlaufzustand befindet, geht das Verfahren zum
Schritt S23 über, sonst zum Schritt S29, und das
Bypassventil 15 wird geöffnet. Im Schritt S30 wird sodann ein
Filterzusetzsignal erzeugt, wonach das Verfahren zum Schritt S21
übergeht.
-
Der Grund, warum Schritt S29 vorgesehen wird, liegt darin,
daß, wenn die Verbrennung von Teilchen nicht durchgeführt
werden kann aufgrund des fahrenden Fahrzeugs oder dergl.
trotz der Tatsache, daß das Zusetzen des Hauptfilters 31 zu
einem vorbestimmten Wert oder darüber ansteigt, so daß der
Abgasdruck höher wird als der vorbestimmte Wert, das
Bypassventil 15 geöffnet wird, um den Strömungsdurchlaß der Abgase
so auszubreiten, daß die Verbrennung nicht verschlechtert
wird. Ferner wird der Schritt S30 aus dem Grund vorgesehen,
daß der Fahrer informiert wird, daß, da ein Zusetzen des
Filters auftritt, die Verbrennung schnell durchgeführt werden
kann, sobald die Betriebsweise zur Verbrennungssituation oder
-bedingung übergegangen ist. Die Informationseinrichtung ist
ein Summer, eine Anzeigelampe und dergl.
-
Im Schritt S23 wird geprüft, ob der Sicherheitsgurt
festgezogen ist oder nicht. Ist der Sicherheitsgurt festgezogen,
öffnet der Programmschritt das Bypassventil 15 (Schritt S24),
und startet die Erregung des Drahtnetzes 31c (Schritt S25),
und danach wird mit dem Schritt S26 fortgefahren.
-
Durch Ausführung des Schritts S25 wird die Verbrennung von
Teilchen durchgeführt. In dieser Zeit ist das Bypassventil 15
geöffnet, so daß die Menge von Abgasen, die durch das
Hauptfilter 31 strömen, gering ist, und so wird das Hauptfilter 31
durch die Abgase nicht gekühlt. Da ferner das elektrische
Widerstandselement 31c stromaufwärts der Abgasströmung
angeordnet ist, wird das ganze Filter 31 wirksam erhitzt, um eine
gleichmäßige Verbrennung zu ermöglichen.
-
Wenn im Schritt S23 beurteilt wird, daß der Sicherheitsgurt
abgelegt ist, geht das Verfahren zum Schritt S30 über.
Nachdem ein Filterzusetzsignal erzeugt wurde, geht das Verfahren
zum Schritt S21 zurück. Im Schritt S25 wird das elektrische
Widerstandselement 31c anfänglich erregt, und danach wird im
Schritt S26 geprüft, ob eine vorbestimmte Zeit (t1) vergangen
ist nach dem Beginn der Verbrennung. Wenn sie nicht vergangen
ist, kehrt das Verfahren zum Schritt S24 zurück. Wenn eine
vorbestimmte Zeit (t1) vergangen ist, wird das Bypassventil
15 geschlossen (Schritt S27), und die Erregung des
elektrischen Widerstandselementes 31c wird abgeschaltet (Schritt
S28), wonach das Verfahren zum Schritt S21 zurückkehrt.
-
Während im Vorangehenden eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben worden ist, wird festgestellt, daß die Erfindung
nicht darauf eingeschränkt ist. Beispielsweise werden zwar
bei der obigen Ausführungsform zwei koaxiale Filterrohre als
Hauptfilter 31 verwendet, es können jedoch auch vier oder
mehr Rohre als Hauptfilter 31 verwendet werden.
-
Wie oben beschrieben, wird im erfindungsgemäßen
Diesel-Teilchenfilter ein Bypassrohr zum Umleiten von Abgasen verwendet,
wenn eine Teilchenverbrennung innerhalb eines Filtergehäuses
vorgesehen ist, und das Bypassrohr wird ebenfalls so
ausgeführt, daß es eine Filterfunktion besitzt. Auch wenn die
Teilchen im Leerlaufzustand des Motors verbrannt werden, wird
daher das Filter durch die Abgase nicht gekühlt, um die
Durchführung einer ausreichenden Verbrennung zu ermöglichen.
-
Da die Abgase durch das in dieser Zeit durch das am
Bypassrohr vorgesehene Unterfilter strömen, werden die nicht
filtrierten Abgase nicht direkt in die Atmosphäre abgegeben.
-
Ferner ist die Ausbildung so getroffen, daß beim Eintreten
des Zusetzens des Filters und im Leerlaufzustand des Motors
die Teilchen automatisch verbrannt werden. Daher ist es
möglich, das Vergessen der Verbrennung oder eine übermäßige
Verbrennung zu verhindern, um das Filter stets in einem guten
Zustand zu halten.
-
Da ferner die Verbrennung der Teilchen während des Leerlauf s
durchgeführt wird, in welchem eine große Sauerstoffmenge in
den Abgasen enthalten ist, kann eine wirksame Verbrennung
erreicht werden.
-
Wenn ferner das Zusetzen des Hauptfilters übermäßig
fortschreitet, wird das Reinigen des Hauptfilters unmittelbar
ausgeführt. Es ist daher möglich, eine durch das Zusetzen des
Filters hervorgerufene Schwierigkeit des Motors zu vermeiden.
-
Wenn das Filter sich im zugesetzten Zustand befindet, und
zwar in dem Zustand, in welchem eine Verbrennung nicht
durchgeführt werden kann, wird der Fahrer entsprechend informiert.
Es ist dann möglich, die Verbrennung schnell unter der
geeigneten Bedingung durchzuführen.