HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Abgasemissionssteuereinrichtung zum Entfernen von Teilchen aus einer von einer
Brennkraftmaschine ausgestossenen Abgasströmung, und
insbesondere auf eine
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung, die in der Lage ist, die Regenerierung von
Filtern zur Entfernung von Teilchen kontinuierlich
durchzuführen, sowie auf ein Verfahren zum Regenerieren derselben.
Beschreibung des Standes der Technik
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In letzter Zeit entstand das Problem, dass
Teilchenemissionen, die in einer von einer Brennkraftmaschine für die
Verwendung in Fahrzeugen, wie Lastwägen, Bussen und dergl., oder
Baumaschinen ausgestossen wird, schädlich auf die Umgebung
und den menschlichen Körper einwirken.
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Daher wird eine Abgasemissionssteuereinrichtung, die mit
einem Filter ausgestattet ist, in einem Abgasemissionsweg
angeordnet, der von der Brennkraftmaschine ausgeht, um in der
Abgasemission enthaltene Teilchen durch das Filter
einzufangen und zu beseitigen.
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In der Abgasemissionssteuereinrichtung ist es erforderlich,
die eingefangenen Teilchen aus dem Filter herauszunehmen und
das Filter zu regenerieren. Als Verfahren zum Regenerieren
des Filters ist bisher ein Verfahren bekannt, bei dem die
Teilchen durch direktes Zuführen von Wärme zum Filter
ausgebrannt werden. Bei diesem Verfahren entstand jedoch das
Problem, dass das Filter durch die Verbrennungswärme der
Teilchen geschmolzen oder durch Wärmebelastung zerbrochen
wurde.
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Als Verfahren zum Regenerieren des Filters ohne Verbrennen
der Teilchen ist ein Rückspülregenerierungssystem bekannt,
bei welchem ein sehr schneller Gasstrom in der Richtung
entgegengesetzt zur Strömung des Abgases zugeführt wird, um
die Teilchen aus dem Filter zu entfernen, und sodann die
entfernten Teilchen in einem anderen Behälter durch
Verwendung eines elektrischen Heizelements verbrannt werden.
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Bei Verwendung eines solchen Rückspülregenerierungssystems
ist es nicht erforderlich, direkt eine hohe Wärme zum
Regenerieren dem Filter zuzuführen, so dass das Brechen des
Filters infolge der Wärmebelastung nicht hervorgerufen wird,
Asche sich nicht am Filter niederschlägt und ein Zusetzen des
Filters kaum verursacht wird.
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Wenn jedoch eine solche Reihe von Betätigungen in einem
einzigen Filter durchgeführt wird, steigt der Rückdruck im
Abgasemissionsweg im Verlauf der Entfernung der Teilchen, was
die Leistungsfähigkeit eines solchen Systems nachteilig
beeinflusst.
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Zu diesem Zweck wird ein Verfahren zur Verwendung eines
Paares von Filtern und die abwechselnde Regenerierung
derselben vorgeschlagen (Nippon Hakuyo Kikan Gakkaishi, Band 27,
Nr. 6, Seite 1992-1996).
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Bei letzterem Verfahren weist, wie in Fig. 1 gezeigt, die
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung ein
Paar von Filtern 1 und 4 auf, bei denen Abgasemission
(dargestellt durch Pfeile) durch die Filter 1 und 4 in einem
stetigen Zustand strömt. Wenn beabsichtigt wird, das Filter 1 zu
regenerieren, wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein Ventil 2, das
zwischen dem Filter 1 und einer Auslassöffnung angeordnet
ist, geschlossen, um die Strömung von Luft für die
Regenerierung zur Auslassöffnung zu verhindern. Sodann wird, wie in
Fig. 3 gezeigt, Druckluft durch eine Düse 3 in einem Moment
abgestrahlt, um die Entfernung der vom Filter 1 eingefangenen
Teilchen sowie die Regenerierung des Filters 1 durchzuführen.
Nach der Regenerierung des Filters 1 wird, wie in Fig. 4
gezeigt, das Ventil 2 wiederum geöffnet, um die übliche
Entfernung der Teilchen bei Verwendung der beiden Filter 1
und 4 durchzuführen.
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Während der obigen Regenerierung des Filters 1 strömt die
Abgasemission stets durch das Filter 4, so dass die
Beseitigung der Teilchen kontinuierlich durchgeführt wird.
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Die Regenerierung des Filters 4 wird in der gleichen Weise
wie bei der Regenerierung des Filters 1 durch Verwendung
eines Ventils 5 und einer Düse 6 durchgeführt.
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Die obige Abgasemissionssteuereinrichtung, welche die zwei
Filter verwendet, kann die Umkehrreinigung oder Rückspülung
kontinuierlich durchführen, während die Entfernung der
Teilchen fortgesetzt wird, so dass es möglich ist, eine solche
Einrichtung in Lastwägen, die über eine lange Strecke laufen,
und eine Brennkraftmaschine einzusetzen, die an einer
unbelüftbaren Stelle über eine lange Zeit arbeitet.
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Ferner wurde der Betrieb der bekannten
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung gestoppt, indem die
Strömung der Abgasemission beim Abstoppen der
Brennkraftmaschine gestoppt wurde. Infolgedessen wird das Verbrennen der
aus dem Filter entfernten Teilchen häufig vor Beendigung
abgestoppt, so dass, wenn beim Beginn des Strömens einer
neuen Abgasemission im Zustand von zurückgebliebenen Teilchen
gestartet wird, Probleme entstehen, dass nämlich die Wirkung
der Entfernung von Teilchen schlecht wird und der Druck
unerwünscht ansteigt, und dergl.
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Eine andere bekannte Druckschrift DE-A-44 28 214 beschreibt
eine Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung
mit zwei Abgasemissionswegen, deren jeder ein Filter enthält.
Ein Regenerierungsbehälter ist so angeordnet, dass bei der
Regenerierung des einen Hauptfilters Teilchenmaterial in den
Regenerierungsbehälter eintritt und hauptsächlich in eine
Sammelstelle fällt. Einiges Material wird jedoch in der
Regenerierungsströmung mitgeführt und dieses wird wiederum
durch das Regenerierungsfilter gesammelt. Eine weitere
Regenerierungsluftströmung wird verwendet, um Teilchenmaterial
aus dem Regenerierungsfilter zurückzublasen.
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Fig. 1 der DE 44 28 214 A zeigt eine Rückspülregenerierungs-
Abgasemissionssteuereinrichtung mit zwei
Abgasemissionsbahnen, die mit einer Einlassöffnung (zwischen den Ventilen
18,20) einer Abgasemission in Verbindung stehen, und besteht
aus: einem ersten Weg A, der ein Filter A1 = 2, ein Vehtil (bei
54/16), das strömungsabwärts des Filters A1 = 2 zum Absperren
der Abgasemission angeordnet ist, und eine Düse 54 enthält,
die zwischen dem Filter A1 und dem Ventil (in seiner
geschlossenen Stellung) angeordnet ist und Rückspülluft zum
Filter A1 abstrahlt, und einen zweiten Weg B, der ein Filter
B1 = 4, ein Ventil B2 (bei 54), das auf der Abströmseite des
Filters B1 angeordnet ist und Abgasemission abspertt und
eine Düse B3 = 54 enthält, die zwischen dem Filter B1 und dem
Ventil B2 angeordnet ist, um Rückspülluft zum Filter B1
abzustrahlen, wobei die Anordnung ferner einen dritten Weg C
umfasst (z. B. von 24 über das Filter 6, den Behälter 26/27 und
Leitung(en) 8,10,12), der an der Zuströmseite der Filter 2,4
(A1 und B1) angeordnet ist und getrennt von dem
Abgasemissionsweg ausgebildet ist, der von der Einlassöffnung der
Abgasemission ausgeht und (durch die Ventile 19/21) mit den
zwei Abgasemissionsbahnen in Verbindung steht, und ein Filter
C1 = 6 und ein Ventil C2 (gezeigt bei 63, das entweder die Düse
63 oder die Zuführeinrichtung 24 absperrt), das an einer und
somit an irgendeiner Seite des Filters C1 zum Unterbrechen
des Weges C (zwischen der Zuführeinrichtung 24 und dem Filter
6) angeordnet ist, und eine Düse C3 = 63 enthält, die zwischen
dem Filter C1/6 und dem Ventil C2 (geeignet) zur Zuführung
von Verbrennungsluft zum Filter C3 angeordnet ist. Obwohl das
Ventil/die Düse 63 zum Abführen von Luft verwendet wird, ist
es/sie (wenn sie mit einer Luftzuführung verbunden wird) zum
Zuführen von Verbrennungsluft zum Filter geeignet.
ZUSAMMENFASSENDE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die oben erwähnten
Probleme bekannter Techniken zu lösen und eine
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung, die in der Lage
ist, die Rückspülung während des Betriebs der Einrichtung
kontinuierlich und wirksam durchzuführen, sowie ein Verfahren
zum Regenerieren derselben zu schaffen.
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Gemäß einem ersten Aspekt schafft die Erfindung eine
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung, die zwei
Abgasemissionsbahnen umfasst, welche mit einer Einlassöffnung
für eine Abgasemission verbunden sind, und die aufweist:
einen ersten Weg A, der ein Filter A1, ein Ventil A2, das auf
der Abströmseite des Filters A1 zum Absperren der
Abgasemission angeordnet ist, und eine Düse A3 enthält, die zwischen
dem Filter A1 und dem Ventil A2 zum Strahlen von Rückspülluft
zum Filter A1 angeordnet ist, und einen zweiten Weg B, der
ein Filter B1, ein Ventil B2, das auf der Abströmseite des
Filters B1 zum Absperren der Abgasemission angeordnet ist,
und eine Düse B3 enthält, die zwischen dem Filter B1 und dem
Ventil B2 zum Abstrahlen von Rückspülluft zum Filter B1
angeordnet ist, sowie einen dritten Weg C, der an der
Zuströmseite der Filter A1 und A2 getrennt vom
Abgasemissionsweg angeordnet ist, wobei der dritte Weg C eine
Reihenverbindung eines Filters C1 und ein Ventil C2 enthält, die
Reihenverbindung zwei Enden aufweist, deren jedes mit dem von
der Einlassöffnung der Abgasemission ausgehenden
Abgasemissionsweg in Verbindung steht, und wobei der Weg ferner eine
Düse C3 enthält, die zwischen dem Filter C1 und dem Ventil C2
zur Zuführung von Verbrennungsluft zum Filter C1 angeordnet
ist.
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Bei der erfindungsgemäßen
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung wird bevorzugt, dass, wenn die
Rückspülluft von der Düse A3 oder B3 abgestrahlt wird, ein
größerer Teil der abgestrahlten Luft in den dritten Weg C geleitet
wird, ohne zur Einlassöffnung der Abgasemission
zurückzuströmen, dass ein Führungsorgan zum Einleiten von Rückspülluft in
den Weg C an einer Endfläche jedes Filters A1 und B1 an
dessen Zuströmseite angeordnet ist, dass der
Abgasemissionsweg von der Einlassöffnung der Abgasemission zum ersten und
zweiten Weg A und B nahe an den Filtern A1 und El angeordnet
ist, dass die Größen jeweils des ersten Wegs A, des zweiten
Wegs B und des Abgasemissionswegs so festgelegt sind, dass
die Abgasemission in eine Hauptströmung der Rückspülluft
gesaugt wird, dass Führungsorgane zum Einleiten der
Abgasemission in den ersten und zweiten Weg A und B am
Abgasemissionsweg angeordnet sind, und dass ein Trennorgan im
Abgasemissionsweg angeordnet ist, das von der Einlassöffnung der
Abgasemission ausgeht.
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Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein
Verfahren zum Regenerieren einer
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung, die zwei Abgasemissionsbahnen
umfasst, welche mit einer Einlassöffnung für eine Abgasemission
verbunden sind, und die besteht aus: einem ersten Weg A,
welcher ein Filter A1, ein Ventil A2, das an der Abströmseite
des Filters A1 zum Absperren der Abgasemission angeordnet
ist, und eine Düse A3 enthält, welche zwischen dem Filter A1
und dem Ventil A2 zum Abstrahlen von Rückspülluft zum Filter
A1 angeordnet ist, und einen zweiten Weg B, der ein Filter
B1, ein Ventil B2, das auf der Abströmseite des Filters B1
zum Absperren der Abgasemission angeordnet ist, und eine Düse
B3 enthält, welche zwischen dem Filter B1 und dem Ventil B2
zum Abstrahlen von Rückspülluft zum Filter B1 angeordnet ist,
sowie einen dritten Weg C, der an der Zuströmseite der
Filter A1 und B1 getrennt von der Einlassöffnung für die
Abgasemission angeordnet ist und mit den beiden
Abgasemissionsbahnen verbunden ist und ein Filter C1 enthält, wobei
ein Ventil C2 an irgendeiner Seite des Filters C1 zum
Unterbrechen des Weges angeordnet ist und eine Düse C3 zwischen
dem Filter C1 und dem Ventil C2 zum Zuführen von
Verbrennungsluft zum Filter C1 angeordnet ist, wobei das Verfahren
umfasst: abwechselndes Wiederholen einer ersten
Regenerierungsbehandlung und einer zweiten Regenerierungsbehandlung
nach dem Durchleiten der Abgasemission durch die Filter A1
und B1 bei geöffnetem Zustand des Ventils A2 und B2, um
Teilchen aus der Abgasemission durch die Filter A1 und B1
einzufangen, wobei die erste Regenerierungsbehandlung aus dem
Abstrahlen der Rückspülluft von der Düse A3 bei geschlossenem
Zustand des Ventils A2 und Öffnen des Ventils C2 zum
Entfernen der Teilchen vom Filter A1, Einfangen der entfernten
Teilchen mit dem Filter C1 und sodann Zuführen von
Verbrennungsluft von der Düse C3 bei geöffnetem Zustand des Ventils
A2 und Schließen des Ventils C2 zum Ausbrennen der Teilchen
im Filter C1 besteht, und die zweite Regenerierungsbehandlung
aus dem Abstrahlen von Rückspülluft von der Düse B3 bei
geschlossenem Zustand des Ventils B2 und Öffnen des Ventils
C2 zur Beseitigung der Teilchen vom Filter B1, dem Einfangen
der entfernten Teilchen mit dem Filter C1 und sodann dem
Zuführen von Verbrennungsluft aus der Düse C3 bei geöffnetem
Zustand des Ventils B2 und Schließen des Ventils C2 zum
Ausbrennen der Teilchen im Filter C1 besteht.
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Bei dem Regenerierungsverfahren wird bevorzugt, dass nach dem
Stoppen der Strömung der Abgasemission zum ersten und zweiten
Weg A und B entweder die erste oder zweite
Regenerierungsbehandlung beendet wird, oder nach dem Start der Strömung der
Abgasemission zum ersten und zweiten Weg A und B entweder die
erste oder zweite Regenerierungsbehandlung gestartet wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des zweiten Aspekts besteht
darin, dass die Menge der eingefangenen Teilchen durch eine
Druckdifferenz zwischen der Zuströmseite und der Abströmseite
des Filters A1 und der Druckdifferenz zwischen der
Zuströmseite und der Abströmseite des Filters B1 erfasst und die
Rückspülung entsprechend dem erfassten Wert durchgeführt
wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des zweiten Aspekts
besteht darin, dass eine untere Endstellung des Filters C1 so
angeordnet wird, dass sie gleich oder niedriger liegt als die
untere Endstellung der Filter A1 und B1, wenn die
Rückspülluft von der Düse A3 oder B3 abgestrahlt wird, um die
Teilchen vom Filter A1 oder B1 zu entfernen und in den dritten
Weg C ohne Niederschlagung im ersten oder zweiten Weg A oder
B strömen zu lassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren
beschrieben, die zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung, welche einen
stetigen Laufzustand der bekannten
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung mit Verwendung von zwei Filtern
zeigt;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche einen
Schließzustand eines auf der Abströmseite eines der beiden
Filter angeordneten Ventils in der bekannten
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 3 eine schematische Darstellung, welche einen
Rückspülzustand in der bekannten
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 4 eine schematische Darstellung, welche einen
Zustand des Neustarts des stetigen Laufs der bekannten
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 5 eine schematische Darstellung, welche einen
stetigen Laufzustand einer ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 6 eine schematische Darstellung, welche einen
Rückspülzustand der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung zeigt;
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Fig. 7 eine schematische Darstellung; welche einen
Regenerierungszustand eines Filters C1 beim Neustart und
stetigem Laufzustand der ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt;
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Fig. 8 eine schematische Teildarstellung, welche eine
erste Ausführungsform des Abgasemissionsweges in der
erfindungsgemäßen
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 9 eine schematische Teildarstellung, welche eine
zweite Ausführungsform des Abgasemissionsweges in der
erfindungsgemäßen
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 10 eine schematische Teildarstellung, welche eine
dritte Ausführungsform des Abgasemissionsweges in der
erfindungsgemäßen
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 11 eine schematische Darstellung, welche einen
Rückspülzustand einer ersten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen
Rückspülregenererierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigt;
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Fig. 12 und 13 schematische Darstellungen von rechts,
welche die gegenseitige Anordnung eines ersten, zweiten und
dritten Weges A, B, C in der erfindungsgemäßen
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung zeigen; und
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Fig. 14 ein Ablaufdiagramm der Rückspülung bei der
zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die erfindungsgemäße
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung ist in einem Abgasemissionsweg E
angeordnet, der an die Abgasseite einer Brennkraftmaschine
angeschlossen ist und bei welcher der Abgasemissionsweg E in zwei
Abgasemissionsbahnen aufgeteilt ist, welche aus einem ersten
Weg A und einem zweiten Weg B an der Vorderseite der
Einrichtung bestehen, und die durch die Wege A und B geleitete
Abgasemission wird von außen an der Rückseite der Einrichtung
ausgestossen.
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Der erste Weg A enthält ein Filter A1, ein Ventil A2, das an
der Abströmseite des Filters A1 angeordnet ist, um die
Abgasemission abzusperren, sowie eine Düse A3, die zwischen dem
Filter A1 und dem Ventil A2 angeordnet ist, um Rückspülluft
zum Filter A1 zu strahlen, während der zweite Weg B ein
Filter B1, ein auf der Abströmseite des Filters B1
angeordnetes Ventil B2 zum Absperren der Abgasemission und eine Düse
B3 enthält, die zwischen dem Filter B1 und dem Ventil B2 zum
Strahlen von Rückspülluft zum Filter B1 angeordnet ist.
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Andererseits ist ein dritter Weg C auf der Zuströmseite der
Filter A1 und B1 getrennt vom Abgasemissionsweg E angeordnet,
der von der Einlassöffnung der Abgasemission so verläuft,
dass er mit den zwei Abgasemissionsbahnen in Verbindung steht
und ein Filter C1, ein auf irgendeiner Seite des Filters C1
angeordnetes Ventil C2 zum Unterbrechen der Bahn und eine
zwischen dem Filter C1 und dem Ventil C2 angeordnete Düse C3
für die Zuführung von Verbrennungsluft zum Filter C3
enthält.
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Beim stetigen Lauf der Einrichtung gemäß Fig. 5 sind die
Ventile A2 und B2 in geöffnetem Zustand, und das Ventil C2
befindet sich im geschlossenen Zustand und die Abgasemission
wird durch den ersten und zweiten Weg A und B geleitet, um in
der Abgasemission enthaltene Teilchen mit den Filtern A1 und
B1 aufzufangen.
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Nachdem die Teilchen mit den Filtern A1 und B1 über eine
bestimmte Zeit eingefangen wurden, wie in Fig. 6 gezeigt, wird
die Rückspülung des Filters A1 durch Schließen des Ventils A2
und Öffnen des Ventils C2 durchgeführt, während das Arbeiten
des Filters B1 im geöffneten Zustand des Ventils B2
aufrechterhalten wird und die Rückspülluft von der Düse A3 in einem
Augenblick abgestrahlt wird, um die Teilchen vom Filter A1 zu
entfernen und die entfernten Teilchen in das Filter C1 zu
leiten.
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Nach der Rückspülung des Filters A1 gemäß Fig. 7 wird
Verbrennungsluft von der Düse C3 im geöffneten Zustand des Ventils
A2 und geschlossenem Zustand des Ventils C2 zugeführt, um die
Teilchen im Filter C1 durch eine Heizeinrichtung, wie ein
Heizelement oder dergl., zu verbrennen, und sodann wird durch
das Filter C1 eingeleitete Luft nach der Beseitigung der
Teilchen in das Filter A1 zusammen mit der Abgasemission
geleitet.
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Dieses Verfahren ist eine erste Regenerationsbehandlung.
Andererseits wird nach dem Einfangen der Teilchen im Filter
B1 über einen bestimmten Zeitraum die Rückspülung des Filters
B1 durch Schließen des Ventils B2 und Öffnen des Ventils C2
durchgeführt, während das Arbeiten des Filters A1 bei
geöffnetem Zustand des Ventils A2 und Abstrahlen der Rückspülluft
von der Düse B3 in einem Augenblick aufrechterhalten wird, um
die Teilchen vom Filter B1 zu entfernen und die entfernten
Teilchen in das Filter C1 zu leiten.
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Nach der Rückspülung des Filters B1 wird Verbrennungsluft von
der Düse C3 bei geöffnetem Zustand des Ventils B2 und
geschlossenem Zustand des Ventils C2 zugeführt, um die Teilchen
im Filter C1 durch eine Heizeinrichtung, wie ein Heizelement
oder dergl., auszubrennen, und sodann wird durch das Filter
C1 nach Beseitigung der Teilchen geleitete Luft in das Filter
B1 zusammen mit der Abgasemission eingeleitet.
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Dieses Verfahren ist eine zweite Regenerationsbehandlung.
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Erfindungsgemäß wird die erste und zweite
Regenerationsbehandlung abwechselnd wiederholt, während die
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung kontinuierlich arbeitet.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden die
rückgespülten Teilchen im Filter C1 eingefangen, so dass die
verunreinigte Luft nicht an der Außenseite der Einrichtung austreten
kann, und es wird auch keine Verunreinigung des Filters
gegenüber dem rückgespülten Filter, der Düse C3 für die
Unterstützung der Verbrennung und dergl. in der Einrichtung
hervorgerufen.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die Verbrennung
der Teilchen im Filter C1 unmittelbar nach der Rückspülung
durchgeführt, während abwechselnd die Rückspülungen der
Filter A1 und B1 wiederholt werden, so dass der Druckverlust
auf einem konstanten Wert gehalten werden kann.
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Da die Rückspülluft in einer Richtung entgegen der Richtung
der bei der letzten Rückspülung zugeführten Rückspülluft
zugeführt wird, werden die nach der Verbrennung im Filter C1
verbliebenen Teilchen aus dem Filter C1 ausgeblasen und
wiederum durch das Filter A1 oder B1 aufgefangen, und daher
werden niemals unverbrannte Teilchen im Filter C1
zurückgelassen.
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Da die nach der Rückspülung des Filters A1 oder B1 entfernten
Teilchen durch ein einziges Filter aufgefangen werden, ist
die Sammelwirkung der Teilchen gut, und es kann auch das die
Einrichtung verwendende System zu einem geschlossenen System
zusammengefaßt werden, so dass die Herstellung der
Einrichtung einfach ist und die Einrichtung selbst klein ausgeführt
werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Strömung der
Rückspülluft gesteuert werden, indem lediglich die Öffnungs-
und Schließvorgänge der Ventile durch einen Folgeregler
gesteuert werden, so dass der Rückdruck auf dem
Abgasemisstonsweg E aus der Maschine nicht erhöht wird und den Betrieb
der Einrichtung nicht nachteilig beeinflusst.
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Da die erfindungsgemäße Einrichtung über lange Zeit
kontinuierlich betrieben werden kann, kann die Brennkraftmaschine
selbst lange Zeit arbeiten, so dass die Einrichtung
vorzugsweise bei Lastwägen eingesetzt werden kann, die über eine
lange Strecke und eine lange Zeit laufen, sowie auf
Brennkraftmaschinen, die innerhalb eines Tunnels oder einer
Kohlenmine und dergl. verwendet werden.
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Bei der erfindungsgemäßen
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung wird bevorzugt, dass beim Abstrahlen
der Rückspülluft von der Düse A3 oder B3 ein größerer Teil
der abgestrahlten Luft zum dritten Weg C geleitet wird, ohne
zur Einlassöffnung der Abgasemission zurückzuströmen. Zu
diesem Zweck kann die folgende Einrichtung dienen, bei der
(1) ein Führungsorgan zum Einleiten der Rückspülluft in den
Weg C an einer Stirnfläche jedes Filters A1 und B1 an dessen
Zuströmseite angeordnet ist, (2) der Abgasemissionsweg von
der Einlassöffnung der Abgasemission zum ersten und zweiten
Weg A und B nahe an den Filtern A1 und B1 angeordnet ist, (3)
die Größe jeweils des ersten Weges A, des zweiten Weges B und
des Abgasemissionsweges E so definiert ist, dass die
Abgasemission in eine Hauptströmung der Rückspülluft gesaugt wird,
(4) Führungsorgane zum Einleiten von Abgasemission in den
ersten und zweiten Weg A und B an der Einlassöffnung der
Abgasemission angeordnet sind, und (5) ein Trennorgan im
Abgasemissionsweg E angeordnet ist, das von der
Einlassöffnung der Abgasemission ausgeht.
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Bei dem Merkmal (1), das in Fig. 8 dargestellt ist, ist ein
megaphonförmiges zylindrisches Organ P1, das sich zum dritten
Weg C hin verjüngt, an einem äußeren Umfangsrand einer Stirnfläche
jedes der Filter A1 und B1 an deren Zuströmseite
befestigt, wodurch ein größerer Teil der von der Düse A3 oder
B3 abgestrahlten Rückspülluft direkt zum dritten Weg C
geleitet werden kann, ohne in den Abgasemissionsweg E
zurückzuströmen.
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Bei dem Merkmal (2) ist der Abgasemissionsweg E zur
Seitenfläche jedes der Filter A1 und B1 geschlossen, wie in Fig. 9
gezeigt, oder eine größere Fläche des Abgasemissionsweges E
ist so angeordnet, dass er sich mit der Seitenfläche jedes
der Filter A1 und B1 an der Zuströmseite derselben
überdeckt, wodurch ein größerer Teil der von der Düse A3 oder B3
abgestrahlten Rückspülluft zum dritten Weg C geleitet werden
kann, ohne zum Abgasemissionsweg E zurückzuströmen.
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Bei dem Merkmal (3) wird die Größe des Abgasemissionsweges E
beträchtlich kleiner gemacht als die Größe jeweils des ersten
und zweiten Weges A und B, um die Volumina des ersten und
zweiten Weges A und B ausreichend sicherzustellen, wodurch
ein größerer Teil der von der Düse A3 oder B3 abgestrahlten
Rückspülluft zum dritten Weg C geleitet werden kann, ohne zum
Abgasemissionsweg E zurückzuströmen.
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Bei dem Merkmal (4), das in Fig. 10 dargestellt ist, ist ein
oberer Endabschnitt des Abgasemissionsweges E jeweils in den
ersten und zweiten Weg A und B eingesetzt und sodann gegen
einen Mittelabschnitt des dritten Weges C gebogen, wodurch
ein größerer Teil der von der Düse A3 oder B3 abgestrahlten
Rückspülluft zum dritten Weg C geleitet werden kann, ohne zum
Abgasemissionsweg E zurückzuströmen.
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Bei dem Merkmal (5), das in Fig. 11 gezeigt ist, ist eine
ebene Platte W1 als Trennorgan im Abgasemissionsweg E
angeordnet, die von der Einlassöffnung der Abgasemission ausgeht,
um den Abgasemissionsweg E in zwei gleiche Teile zu unterteilen,
die dem ersten und zweiten Weg A und B gegenüberliegen.
Das Material für das Trennorgan ist nicht besonders
eingeschränkt, ist jedoch vorzugsweise das gleiche wie bei der den
Abgasemissionsweg E bildenden Wand. Ferner genügt es, das
Trennorgan von der Einlassöffnung bis zu einer Zweigöffnung
des Abgasemissionsweges E zu führen. Auch wenn in diesem Fall
die Rückspülluft zum Abgasemissionsweg E zurückströmt, wird
sie von dem Trennorgan W1 abgeschirmt, so dass eine Strömung
der Teilchen in den Weg auf der gegenüberliegenden Seite
verhindert wird, wodurch ein Absinken einer Fähigkeit der
Teilchenbeseitigung verhindert werden kann und auch das
Strömen von Rückspülluft in den Weg auf der
gegenüberliegenden Seite und den Abgasemissionsweg sicher verhindert werden
kann.
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Diese Einrichtung kann alleine oder in Kombination mit der
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung je
nach dem Anwendungszweck verwendet werden.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird entweder die erste oder
zweite Regenerierungsbehandlung nach dem Strömen der
Abgasemission zu dem ersten und zweiten Weg A und B beendet, oder
der Betrieb der Brennkraftmaschine wird gestoppt.
Andererseits wird entweder die erste oder zweite
Regenerierungsbehandlung erneut gestartet, nachdem ein folgender Betrieb der
Brennkraftmaschine gestartet wird. Beim nachfolgenden Betrieb
der Maschine kann das Strömen der Abgasemission in einem
Zustand der Beseitigung der Teilchen vom Filter C1 neu
gestartet werden, wodurch die Beseitigung der Teilchen und die
Regenerierungsbehandlung wirksam ausgeführt werden kann. Wenn
die erste oder zweite Regenerierungsbehandlung durch Neustart
der Strömung der Abgasemission in einem Zustand des
Zurücklassens der Teilchen im Filter C1 durchgeführt wird, werden
die im Filter C1 zurückgelassenen Teilchen zum Filter auf der
gegenüberliegenden Seite durch den Druck der abgestrahlten
Rückspülluft geleitet, so dass die Wirksamkeit der
Beseitigung der Teilchen verschlechtert wird und auch der
Druckverlust steigen kann. Wenn die Regenerierungsbehandlung nach dem
Neustart der Strömung der Abgasemission durchgeführt wird,
wird bevorzugt, die Regenerierung von dem Filter aus zu
starten, das nicht die Regenerierungsbehandlung im Zeitpunkt
des Stoppens des Betriebs der Einrichtung durchführt.
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In jedem Fall ist es günstig, die Regenerierungsbehandlung zu
einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Start der Strömung der
Abgasemission zu starten, z. B. nach 60 Sekunden oder dergl.,
da der Leistungsverbrauch beim Start der Brennkraftmaschine
durch Betätigung des Zellenmotors oder dergl. vorübergehend
erhöht ist.
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Um die erfindungsgemäße Rückspülung des Filters A1 oder B1 zu
bestimmen, wird eine Menge der eingefangenen Teilchen durch
eine Druckdifferenz zwischen der Zuströmseite und der
Abströmseite des Filters A1 und eine Druckdifferenz zwischen
der Zuströmseite und der Abströmseite des Filters B1 erfasst
und die Rückspülung wird entsprechend dem erfassten Wert
durchgeführt. Zu diesem Zweck ist ein Druckfühler jeweils auf
der Zuströmseite und Abströmseite der Filter A1 bzw. B1
angeordnet.
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Um die Beseitigung der Teilchen vom Filter A1 oder B1 durch
die Rückspülung des Filters A1 oder B1 gemäß der Erfindung
besser zu gewährleisten, ist es günstig, dass eine untere
Endstellung des Filters C1 so angeordnet wird, dass sie
gleich oder tiefer liegt als die unteren Endstellungen der
Filter A1 und B1, wenn die Rückspülluft von der Düse A3 oder
B3 abgestrahlt wird, um die Teilchen vom Filter A1 oder B1 zu
beseitigen und in den dritten Weg C ohne Niederschlag im
ersten oder zweiten Weg A oder B zu strömen, wie in den
Fig. 12 und 13 gezeigt wird. Wenn in diesem Fall die
Rückspülluft von der Düse A3 oder B3 abgestrahlt wird, werden
die aus dem Filter A1 oder B1 entfernten Teilchen sicher in
den dritten Weg C ohne eine Niederschlagsbildung im ersten
oder zweiten Weg A oder B geleitet und durch das Filter C1
eingefangen. Insbesondere wenn die untere Endstellung des
Filters C1 niedriger liegt als die untere Endstellung des
Filters A1 oder B1, fallen die Teilchen durch Schwerkraft
nach unten in den dritten Weg C, so dass die Teilchen durch
das Filter C1 wirksamer eingefangen werden.
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Die folgenden Beispiele werden zur Erläuterung der Erfindung
gegeben und sollen die dieselbe nicht einschränken.
Beispiel 1
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Es wird ein System unter Verwendung der in den Fig. 1 bis
3 dargestellten
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung vorgesehen und deren Leistung bei der
Teilchenbeseitigung wird folgendermaßen ausgewertet.
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Als Brennkraftmaschine wird eine Maschine mit einer
Verdrängung von 7000 cm³ verwendet, wobei der Antriebszustand
der Maschine 500-1800 U/min beträgt.
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Rückspülluft wird aus einer Düse A3 oder B3 und einem Druck
von 8 kp/cm² über 0,1 Sekunden abgestrahlt.
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Jedes der Filter A1 und B1 ist ein zylindrischer Wabenkörper
aus Siliziumkarbid mit einer Zwischenstrukturdicke von 0,43
mm, Porenzahl von 4,65 Poren/cm² (30 Poren/Quadratzoll), -
einer Länge von 150 mm und einer Filterkapazität von 3, 3
Liter, und ein Filter C1 ist ein zylindrischer Wabenkörper
aus Siliziumkarbid mit einer Zwischenstrukturdicke von 0,43
mm, einer Porenzahl 4,65 Poren/cm², einer Länge von 150
mm und einer Filterkapazität von 0,14 Liter.
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Um vom Filter C1 eingefangene Teilchen auszubrennen, wird ein
Heizelement mit 24 V - 300 W verwendet, während
Verbrennungsluft aus einer Düse C3 unter einem Druck von 6,5 kp/cm²
ausgestrahlt wird.
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Während des Laufs der Maschine werden die Rückspülungen der
Filter A1 und B1 abwechselnd durchgeführt, während die
Teilchen durch die erfindungsgemäße
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung kontinuierlich beseitigt
werden.
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Die obige Rückspülung wird gemäß einem Ablaufdiagramm
durchgeführt, das in Fig. 14 gezeigt ist. Das heißt, direkt nach
dem Schließen des Ventils A2 und gleichzeitiger Öffnung des
Ventils C2 wird die Düse A3 geöffnet, um die Rückspülluft aus
dieser auszustrahlen, und sodann wird das Filter C1 auf 670ºC
mittels des Heizelements erhitzt, um die vorn Filter C1
eingefangenen Teilchen auszubrennen. Fünfzehn Minuten nach dem
Öffnen des Ventils A2 wird das Ventil B2 geschlossen und das
Vehtil C2 geöffnet, und sodann wird die Düse B3 sofort
geöffnet, um die Rückspülluft aus dieser auszustoßen, und danach
wird das Filter C1 auf 670ºC mittels des Heizelements
erhitzt, um die vom Filter C1 eingefangenen Teilchen
auszubrennen. Diese Vorgänge werden abwechselnd wiederholt.
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Nach dem Stoppen der Maschine wird die
Regenerierungsbehandlung des Filters A1 oder B1 durchgeführt, um die vom Filter
C1 eingefangenen Teilchen auszubrennen, während das Filter C1
mittels des Heizelements auf 670ºC erhitzt wird, und sodann
wird der Betrieb des Systems, das die
Rückspülregenerierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung benutzt, gestoppt.
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Während des Betriebs der Einrichtung beträgt der Druckverlust
nicht mehr als 2800 mm H&sub2;O und der Betrieb ist stabil.
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Nach 1600 Minuten Betrieb werden im Wesentlichen keine
Teilchen in den Wegen A und B auf der Zuströmseite der Filter A1
und B1 durch visuelle Beobachtung der Innenseite des Weges
beobachtet.
Beispiel 2
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Es wird der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wiederholt mit
der Ausnahme, dass ein megaphonförmiges zylindrisches Organ
P1, das sich zum dritten Weg C hin verjüngt, an einem äußeren
Umfangsrand einer Stirnfläche jedes der Filter A1 und B1 an
deren Zuströmseite befestigt wird, wie in Fig. 8 gezeigt.
Wenn die Menge der in den dritten Weg C1 geströmten
Rückspülluft Q1 beträgt und die Menge der in den Abgasemissionsweg E
geströmten Rückspülluft Q2 beträgt, wird bestätigt, dass
Q1 : Q2 gleich 10 : 0 ist.
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Der Druckverlust in der Einrichtung beträgt nicht mehr als
2800 mm H&sub2;O, und es wird kein wesentlicher
Teilchenniederschlag auf den Wegen A und B beobachtet.
Beispiel 3
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Es wird der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wiederholt mit
der Ausnahme, dass der Abgasemissionsweg E zur Seitenfläche
jedes der Filter A1 und B1 geschlossen wird, wie in Fig. 9
gezeigt. In diesem Fall wird bestätigt, dass Q1 : Q2 gleich
10 : 0 ist.
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Der Druckverlust in der Einrichtung beträgt nicht mehr als
4200 mm H&sub2;O, und es wird kein wesentlicher
Teilchenniederschlag in den Wegen A und B beobachtet.
Beispiel 4
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Es wird der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wiederholt mit
der Ausnahme, dass eine größere Fläche des
Abgasemissionsweges E so angeordnet wird, dass er sich mit der Seitenfläche
jedes der Filter A1 und B1 an deren Zuströmseite überdeckt.
In diesem Fall wird bestätigt, dass Q1 : Q2 gleich 8 : 2 ist.
Der Druckverlust in der Einrichtung beträgt nicht mehr als
3360 mm H&sub2;O, und es konnte kein wesentlicher
Teilchenniederschlag in den Wegen A und B beobachtet werden.
Beispiel 5
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Es wird der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wiederholt mit
der Ausnahme, dass ein Drucksensor sowohl auf der
Zuströmseite als auch auf der Abströmseite der Filter A1 bzw. B1
angeordnet wird. Wenn in diesem Fall der Wert der durch die
Drucksensoren erfassten Druckdifferenz 1500 mm H&sub2;O
beträgt, wird die erste oder zweite Regenerierungsbehandlung
des Filters A1 oder B1 gestartet.
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Während des Betriebs der Einrichtung beträgt der Druckverlust
in der Einrichtung nicht mehr als 2800 mm H&sub2;O und es wird
kein wesentlicher Teilchenniederschlag in den Wegen A und B
beobachtet.
Beispiel 6
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Es wird der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wiederholt mit
der Ausnahme, dass die Anordnungsbeziehung des unteren
Endteils zwischen dem ersten, zweiten und dritten Weg A, B und C,
wie in Fig. 12 dargestellt, H1 < H2 ist, wobei H1 die Höhe von
der Bodenfläche zur unteren Endstellung des Filters C1 und H2
die Höhe von der Bodenfläche zur unteren Endstellung jedes
der Filter A1 und B1 ist.
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Während des Betriebs der Einrichtung sinkt das Drehmoment der
Maschine nicht und ein Absinken des Kraftstoffverbrauchs kann
verhindert werden. Darüber hinaus beträgt der Druckverlust in
der Einrichtung nicht mehr als 2800 mm H&sub2;O und es wird im
wesentlichen kein Teilchenniederschlag in den Wegen A und B
beobachtet.
Beispiel 7
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Es wird der gleiche Vorgang wie in Beispiel 1 wiederholt mit
der Ausnahme, dass die Anordnungsbeziehung des unteren
Endteils zwischen dem ersten, zweiten und dritten Weg A, B und C,
wie in Fig. 13 gezeigt, H1 = H2 ist.
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Während des Betriebs der Einrichtung sinkt das Drehmoment der
Maschine nicht und ein Absinken des Kraftstoffverbrauchs kann
verhindert werden. Ferner beträgt der Druckverlust in der
Einrichtung nicht mehr als 2800 mm H&sub2;O und es wird im
Wesentlichen kein Teilchenniederschlag in den Wegen A und B
beobachtet.
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Wie oben erwähnt, kann erfindungsgemäß die Rückspülung
kontinuierlich und wirksam durch Verwendung der
Rückspülregenierungs-Abgasemissionssteuereinrichtung durchgeführt werden.