EP1451452B1 - Method and system for regenerating diesel particle filters - Google Patents
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- EP1451452B1 EP1451452B1 EP02776866A EP02776866A EP1451452B1 EP 1451452 B1 EP1451452 B1 EP 1451452B1 EP 02776866 A EP02776866 A EP 02776866A EP 02776866 A EP02776866 A EP 02776866A EP 1451452 B1 EP1451452 B1 EP 1451452B1
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Definitions
- the present invention relates to a method and a Arrangement for the regeneration of diesel particulate filters after the preamble of claim 1 and the preamble of claim 8.
- Particulate limit values of the Euro IV emission standard may be used of heavy vehicles only with diesel particulate filters (DPF). Cut DPF systems typically 90-95% of the emitted particles. The As a result, particles stored in the filter increase the level Exhaust back pressure, which is why the diesel particulate filter in Intervals between 200-500 km must be regenerated. The Regeneration takes place by burning (oxidation) of the embedded particles. For this, the particles must typically heated to about 600 ° C. Appropriately, the heating of the particles takes place via convective heat input through the exhaust gas flow. The Temperature of the exhaust stream consumption optimized However, diesel engines (TDI, CDI) only exceed a few Operating points 300 ° C.
- the exhaust gas must therefore during the regeneration be reheated. This can be electric or with Help a burner done. As the residual oxygen content of the exhaust gas varies between 3 and 18%, is the use a diesel burner in the direct exhaust flow without additional Fresh air blower problematic, because not everyone Time enough oxygen for the combustion of the fuel is available.
- the ignition temperature the particles by adding the diesel fuel with Iron or cerium compounds to lower to about 300 ° C. It should be noted, however, that such additives are inorganic Leave ashes in the particle filter, which too a continuous increase in the through the diesel particulate filter generated counterpressure, causing premature Replacement of the filter may be necessary.
- FIG. 1 Another possible partial flow system is shown in FIG. You can see two parallel connected Diesel Particulate Filter 1, 2.
- a flap 4 introduced by means of the exhaust gas in the supply line 3 optionally via a supply line 3a in the diesel particulate filter 1, or via a supply line 3b in the diesel particulate filter 2 is inserted.
- the Diesel particulate filters 1, 2 are each equipped with electric heaters 1a, 2a formed.
- About a fan 5 is fresh air into the supply lines 3a, 3b can be introduced. From the diesel particulate filters 1, 2 exiting exhaust gas is discharged via discharge lines 6a and 6b, which open into a conduit 6, dissipated.
- diesel particulate filters expediently individually undergone regeneration.
- the diesel particulate filter 1 by means of the flap mechanism 4 of the majority (For example, 90%) of the exhaust gas flow through the diesel particulate filter 2 headed.
- the remaining residual current becomes electric, or also fossil, heated and heated the diesel particulate filter. 1 and the diesel soot stored therein. If the residual oxygen content the exhaust stream is too low, can by the Blower 5 fresh air to be supplied.
- the maximum pressure build-up of the blower typically up to 150 hPa however, its use on relatively small overpressures in the exhaust tract.
- the size of the partial flow can be adjusted or be dimensioned that the diesel particulate filter 1 in short time with the maximum realizable electrical Heating power brought about the ignition temperature of the diesel soot becomes.
- the diesel particulate filter 2 can then be regenerated become. It is also possible between regeneration provide the individual diesel particulate filter phases, in which both diesel particulate filter according to a Normal operation are applied uniformly with exhaust gas.
- the aim of the invention is a regeneration of diesel particulate filters in a simple and inexpensive way perform. This goal is achieved through a process with the features of claim 1 and an arrangement with the features of claim 7.
- the regeneration in at least one partially closed, hereinafter referred to as circulating air circulation perform designated circulation circuit, allows regeneration essentially independent of the size of the exhaust stream, the residual oxygen content and the pressure level. Characterized in that the exhaust gas by means of the circulating air circulation several times through the diesel particulate filter is carried out, the heating time is greatly shortened, thereby Energy can be saved.
- Method is a detection of the as part of the regeneration of the least produced a diesel particulate filter Rußabbrandes about a difference oxygen measurement at the Inlet or outlet side of the diesel particulate filter.
- This measuring method proves to be very reliable in practice.
- inventive arrangement are as appropriate means, for example, in front and behind The diesel particulate filter positionable oxygen sensors intended.
- Method or the inventive arrangement is acting on a two parallel diesel particulate filter Exhaust flow diverted so that a first Diesel particulate filter substantially with the complete Exhaust gas flow is applied and simultaneously with respect to the second diesel particulate filter a closed air circulation is produced.
- a substantially complete exhaust gas stream in particular shares between 80 and 100% of the total exhaust gas flow.
- the flap 27 can guarantee, in a first position, that the Discharge lines 26a, 26b in a common discharge line 26 lead. In a second position, the flap 27 adjustable so that the lines 26a or 26b flowing gas (exhaust gas) via a line 30 a Flap 28, in a line 32, a fan 25 and the Flap 24 back into the respective diesel particulate filter 21, 22 can be performed.
- the first phase of an example is shown by way of example Regeneration of the lower diesel particulate filter 22 shown.
- the flaps 24 and 27 are set that the entire incoming via the supply line 23 Exhaust gas flow to the upper diesel particulate filter 21, and of this is passed into the discharge line 6. This stream is illustrated by the dashed arrows.
- the fan 25 must be only a relative promote small mass flow, namely the mass flow, the at the time of the mentioned setting of the flaps 24, 27th and 28 within the diesel particulate filter 22 and the closed conduit system (lines 23b, 26b, 30, 32nd and 31).
- the maximum to be promoted mass flow here at about 20 kg / h, whereby the pressure drop over the filled with soot Diesel particulate filter 22 is relatively small, typically maximum 50 hPa.
- the electric heater 22a which expediently as electric heating coil is formed, heats the Diesel particulate filter 22 via radiation injection as well convective via the circulating air flow. There is no air at first exits the system, the heating takes place, as mentioned, very fast.
- the diesel particulate filter 22 becomes in this mode of operation continue until reaching the ignition temperature of the warmed up soot.
- the "Durchzünden" of the Diesel soot can be measured by measuring the oxygen consumption due to oxidation within the diesel particulate filter 22 are performed. For this it turns out to be expedient, input side and output side of the Diesel particulate filter 22 lambda sensors 40, 41 provided. It is also possible via appropriate input and output pressure measurements the pressure drop within of the diesel particulate filter. The finding of "Durchzündens" of the diesel soot is finally with a Output-side temperature measurement possible.
- the temperature of the diesel particulate filter 22 can by Control of the heating power of the electric heater 22a or the delivery volume of the blower 25 controlled become. Furthermore, over the controlled Frischluftzu thanks (by controlling the flap 28) of the Oxygen content of the circulating air and thus the speed the Rußabbrandes be controlled. With these measures can effectively overheat and damage the Diesel particulate filter 22 by the burning of the Diesel soot released combustion enthalpy prevented become.
- the regeneration of the diesel particulate filter takes place in at least partially closed recirculation independently from the height of the exhaust stream and from Residual oxygen content and pressure level of the exhaust gas stream.
- One used blower only has the back pressure or the Overcome pressure drop of a diesel particulate filter.
- the heating time for a diesel particulate filter can be strong be shortened, whereby energy is saved. By the small mass flow in the circulating air circuit as well as the limited Frischluftzutul can despite low electrical Heating power high temperatures in the diesel particulate filter be achieved. This allows the diesel particulate filter also without additive of the diesel fuel be regenerated.
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Anordnung zur Regeneration von Dieselpartikelfiltern nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 8.The present invention relates to a method and a
Arrangement for the regeneration of diesel particulate filters after
the preamble of
Partikelgrenzwerte der Euro-IV-Abgasnorm (0,05 g/km) können von schweren Fahrzeugen nur noch mit Dieselpartikelfiltern (DPF) eingehalten werden. DPF-Systeme schneiden typischerweise 90-95 % der emittierten Partikel ab. Die hierdurch im Filter eingelagerten Partikel erhöhen den Abgasgegendruck, weshalb der Dieselpartikelfilter in Intervallen zwischen 200-500 km regeneriert werden muß. Die Regeneration erfolgt durch Abbrand (Oxidation) der eingelagerten Partikel. Hierzu müssen die Partikel typischerweise auf etwa 600 °C erhitzt werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Erwärmung der Partikel über konvektiven Wärmeeintrag durch den Abgasstrom. Die Temperatur des Abgasstroms verbrauchsoptimierter Dieselmotoren (TDI, CDI) überschreitet jedoch nur in wenigen Betriebspunkten 300 °C. Das Abgas muss daher während der Regeneration nachgeheizt werden. Dies kann elektrisch oder mit Hilfe eines Brenners erfolgen. Da der Restsauerstoffgehalt des Abgases zwischen 3 und 18 % schwankt, ist der Einsatz eines Diesel-Brenners im direkten Abgasstrom ohne zusätzliches Frischluftgebläse problematisch, da nicht zu jedem Zeitpunkt genügend Sauerstoff für die Verbrennung des Kraftstoffes zur Verfügung steht.Particulate limit values of the Euro IV emission standard (0.05 g / km) may be used of heavy vehicles only with diesel particulate filters (DPF). Cut DPF systems typically 90-95% of the emitted particles. The As a result, particles stored in the filter increase the level Exhaust back pressure, which is why the diesel particulate filter in Intervals between 200-500 km must be regenerated. The Regeneration takes place by burning (oxidation) of the embedded particles. For this, the particles must typically heated to about 600 ° C. Appropriately, the heating of the particles takes place via convective heat input through the exhaust gas flow. The Temperature of the exhaust stream consumption optimized However, diesel engines (TDI, CDI) only exceed a few Operating points 300 ° C. The exhaust gas must therefore during the regeneration be reheated. This can be electric or with Help a burner done. As the residual oxygen content of the exhaust gas varies between 3 and 18%, is the use a diesel burner in the direct exhaust flow without additional Fresh air blower problematic, because not everyone Time enough oxygen for the combustion of the fuel is available.
Aus der DE 197 48 561 ist bekannt, die Entflammtemperatur der Partikel durch Additivierung des Dieselkraftstoffes mit Eisen- oder Cer-Verbindungen bis auf etwa 300 °C zu senken. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass derartige Additive anorganische Aschen im Partikelfilter zurücklassen, welche zu einem kontinuierlichen Anstieg des durch den Dieselpartikelfilter erzeugten Gegendrucks führen, wodurch ein vorzeitiger Austausch des Filters notwendig werden kann.From DE 197 48 561 is known, the ignition temperature the particles by adding the diesel fuel with Iron or cerium compounds to lower to about 300 ° C. It should be noted, however, that such additives are inorganic Leave ashes in the particle filter, which too a continuous increase in the through the diesel particulate filter generated counterpressure, causing premature Replacement of the filter may be necessary.
Aus der DE 197 48 561 ist ferner bekannt, insbesondere elektrisch beheizbare Dieselpartikelfilter einzusetzen. Bei Vollstromsystemen wird bei der Regeneration der gesamte Abgasstrom durch den Dieselpartikelfilter geleitet und elektrisch erwärmt. Derartige Vollstromsysteme verzichten auf schaltbare Klappen und sind relativ preiswert und kompakt herstellbar. Nachteilig bei derartigen Lösungen ist jedoch, dass der vollständige Abgasmassenstrom über die Entflammtemperatur des Dieselrußes erwärmt werden muss. Als Beispiel sei von einem Hubvolumen von 2,5 Litern, einer Motordrehzahl von 2000 U/min und einem Ladedruck von 1,4 bar ausgegangen. Dies ergibt einen Abgasstrom von 250 kg/h. Für eine Erwärmung dieses typischerweise erhaltenen Massenstroms um 400 K beträgt die Mindestheizleistung unter Vernachlässigung von Verlusten 33 kW. Da bei einem 12 Volt-Bordnetz maximal 2-2,5 kW elektrische Heizleistung realisierbar sind, werden in der Regel Teilstromlösungen bevorzugt.From DE 197 48 561 is also known, in particular electrically use heated diesel particulate filter. at Full flow systems is used in the regeneration of the entire exhaust stream passed through the diesel particulate filter and electrically heated. Such full-flow systems do without switchable flaps and are relatively inexpensive and compact produced. A disadvantage of such solutions, however, is that the complete exhaust gas mass flow over the ignition temperature of the diesel soot needs to be heated. As an an example be of a stroke volume of 2.5 liters, an engine speed of 2000 rpm and a boost pressure of 1.4 bar. This results in an exhaust gas flow of 250 kg / h. For a warming this typically obtained mass flow around 400K the minimum heat output is neglected Losses 33 kW. As with a 12 volt electrical system a maximum of 2-2.5 kW electric heating power can be realized in usually partial flow solutions preferred.
Aus der JP 2000 13 67 13 ist eine Abgasnachbehandlungsanordnung mit zwei parallel geschalteten beheizbaren Filtern bekannt.From JP 2000 13 67 13 is an exhaust aftertreatment device with two parallel heated filters known.
Ein anderes mögliches Teilstromsystem ist in Figur 1 dargestellt.
Man erkennt zwei parallel zueinander geschaltete
Dieselpartikelfilter 1, 2. In die Abgaszuleitung 3 dieser
Dieselpartikelfilter ist eine Klappe 4 eingebracht, mittels
der das Abgas in der Zuleitung 3 wahlweise über eine Zuleitung
3a in den Dieselpartikelfilter 1, bzw. über eine Zuleitung
3b in den Dieselpartikelfilter 2 einführbar ist. Die
Dieselpartikelfilter 1, 2 sind jeweils mit elektrischen Heizungen
1a, 2a ausgebildet. Über ein Gebläse 5 ist Frischluft
in die Zuleitungen 3a, 3b einbringbar. Aus den Dieselpartikelfiltern
1, 2 austretendes Abgas wird über Abführleitungen
6a bzw. 6b, welche in einer Leitung 6 münden, abgeführt. Bei
einer derartigen Anordnung werden die Dieselpartikelfilter
zweckmäßigerweise einzeln einer Regeneration unterzogen.
Beispielsweise wird während der Regeneration des Dieselpartikelfilters
1 mittels des Klappenmechanismus 4 der Großteil
(bspw. 90 %) des Abgasstromes durch den Dieselpartikelfilter
2 geleitet. Der verbleibende Reststrom wird elektrisch, oder
auch fossil, beheizt und erwärmt den Dieselpartikelfilter 1
sowie den hierin eingelagerten Dieselruß. Falls der Restsauerstoffgehalt
des Abgasstromes zu gering ist, kann durch das
Gebläse 5 Frischluft zugeführt werden. Der maximale Druckaufbau
des Gebläses, typischerweise bis zu 150 hPa, beschränkt
dessen Einsatz jedoch auf relativ kleine Überdrücke
im Abgastrakt. Die Größe des Teilstromes kann so eingestellt
bzw. bemessen werden, dass der Dieselpartikelfilter 1 in
kurzer Zeit mit der maximal realisierbaren elektrischen
Heizleistung über die Entflammtemperatur des Dieselrußes gebracht
wird. Nach dem Ende der Regeneration des Dieselpartikelfilters
1 kann dann der Dieselpartikelfilter 2 regeneriert
werden. Es ist ebenfalls möglich, zwischen der Regeneration
der einzelnen Dieselpartikelfilter Phasen vorzusehen,
in denen beide Dieselpartikelfilter entsprechend einem
Normalbetrieb gleichmäßig mit Abgas beaufschlagt werden.
Ziel der Erfindung ist es, eine Regeneration von Dieselpartikelfiltern
in möglichst einfacher und unaufwendiger Weise
durchzuführen. Dieses Ziel wird erreicht durch ein Verfahren
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.Another possible partial flow system is shown in FIG.
You can see two parallel connected
Die erfindungsgemäße Maßnahme, die Regeneration in einem wenigstens teilweise geschlossenen, im Folgenden als Umluftkreislauf bezeichneten Zirkulationskreislauf durchzuführen, ermöglicht eine Regeneration im wesentlichen unabhängig von der Größe des Abgasstromes, des Restsauerstoffgehaltes und des Druckniveaus. Dadurch, dass das Abgas mittels des Umluftkreislaufs mehrfach durch den Dieselpartikelfilter durchgeführt wird, ist die Aufheizzeit stark verkürzt, wodurch Energie eingespart werden kann.The measure according to the invention, the regeneration in at least one partially closed, hereinafter referred to as circulating air circulation perform designated circulation circuit, allows regeneration essentially independent of the size of the exhaust stream, the residual oxygen content and the pressure level. Characterized in that the exhaust gas by means of the circulating air circulation several times through the diesel particulate filter is carried out, the heating time is greatly shortened, thereby Energy can be saved.
Dabei ist vorgesehen, dem Umluftkreislauf Umgebungsluft beizumischen. Durch den erfindungsgemäß realisierbaren kleinen Massenstrom im Umluftkreislauf sowie eine derartige beschränkte Frischluftzumessung können trotz geringer elektrischer Heizleistung hohe Temperaturen im Dieselpartikelfilter sehr schnell realisiert werden. Hierdurch ist es möglich, den Dieselpartikelfilter auch ohne Additivierung eines Dieselkraftstoffes wirksam zu regenerieren, so dass auch eine Aschebildung im Dieselpartikelfilter durch anorganische Additivrückstände vermieden werden kann. Die kontrollierte Frischluft- bzw. Sauerstoffbeimischung zum Umluftstrom stellt neben der Größe des Umluftstromes, welche durch eine Gebläsedrehzahl regelbar ist, sowie der elektrischen Heizleistung einen weiteren Parameter zur Temperaturregelung des Dieselpartikelfilters während des "Durchzündens" des Rußes dar. Durch eine entsprechende Regelung dieser Parameter können örtliche und zeitliche Temperaturspitzen im Dieselpartikelfilter vermieden werden, wodurch sich dessen Lebenserwartung verlängert.It is envisaged to mix ambient air with the circulating air circuit. By the inventively realizable small Mass flow in Umluftkreislauf and such a limited Frischluftzumessung can despite low electrical Heating power high temperatures in the diesel particulate filter be realized very quickly. This makes it possible the diesel particulate filter without additive of a diesel fuel to regenerate effectively, so that too Ash formation in the diesel particulate filter due to inorganic additive residues can be avoided. The controlled Fresh air or oxygen addition to the circulating air flow In addition to the size of the circulating air flow, which by a Blower speed is adjustable, and the electric heating power another parameter for the temperature control of the Diesel particulate filter during the "Durchzündens" of soot By an appropriate regulation of these parameters can local and temporal temperature peaks in the diesel particulate filter be avoided, thereby increasing its life expectancy extended.
Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiment of the method according to the invention or the device according to the invention are the subject of Dependent claims.
Zweckmäßigerweise ist es möglich, parallel zu der Einführung von Frischluft in den im wesentlichen geschlossenen Kreislauf die Ausblasung von Umluft aus dem Kreislauf vorzusehen.Conveniently, it is possible to parallel to the introduction of fresh air in the substantially closed circuit to provide the purging of circulating air from the circuit.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Detektion des im Rahmen der Regeneration des wenigsten einen Dieselpartikelfilters erzeugten Russabbrandes über eine Differenzsauerstoffmessung an der Eintritts- bzw. Austrittsseite des Dieselpartikelfilters. Dieses Messverfahren erweist sich in der Praxis als sehr zuverlässig. Im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung sind als hierfür geeignete Mittel beispielsweise vor und hinter dem Dieselpartikelfilter positionierbare Sauerstoffsensoren vorgesehen.According to a preferred embodiment of the invention Method is a detection of the as part of the regeneration of the least produced a diesel particulate filter Rußabbrandes about a difference oxygen measurement at the Inlet or outlet side of the diesel particulate filter. This measuring method proves to be very reliable in practice. In the context of the inventive arrangement are as appropriate means, for example, in front and behind The diesel particulate filter positionable oxygen sensors intended.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Menge zugeführter Frischluft der Menge ausgeblasener Umluft entspricht.It proves to be advantageous if the quantity supplied Fresh air corresponds to the amount of blown circulating air.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Anordnung wird ein zwei parallel geschaltete Dieselpartikelfilter beaufschlagender Abgasstrom derart umgeleitet, dass ein erster Dieselpartikelfilter im wesentlichen mit dem vollständigen Abgasstrom beaufschlagt wird und gleichzeitig bezüglich des zweiten Dieselpartikelfilters ein geschlossener Umluftkreislauf erzeugt wird. Als im wesentlichen vollständiger Abgasstrom werden hierbei insbesondere Anteile zwischen 80 und 100 % des Gesamtabgasstromes bezeichnet.According to a particularly preferred embodiment of the invention Method or the inventive arrangement is acting on a two parallel diesel particulate filter Exhaust flow diverted so that a first Diesel particulate filter substantially with the complete Exhaust gas flow is applied and simultaneously with respect to the second diesel particulate filter a closed air circulation is produced. As a substantially complete exhaust gas stream in particular shares between 80 and 100% of the total exhaust gas flow.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter
erläutert. In dieser zeigt
In Figur 2 erkennt man, daß die dargestellte bevorzugte
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung analog zu
der bereits beschriebenen Anordnung gemäß dem Stand der
Technik zwei Dieselpartikelfilter 21, 22 mit jeweils
zugeordneter elektrischer Heizung 21a, 22a aufweist. Den
Dieselpartikelfiltern 21, 22 ist über eine Abgaszuleitung
23 Abgas zuführbar. Die Leitung 23 ist über eine Klappe 24
mit einer ersten Abgaszuleitung 23a, welche mit dem
Dieselpartikelfilter 21, und einer einer zweiten
Abgaszuleitung 23b, welche mit dem Dieselpartikel 22
verbunden ist, in Verbindung bringbar. Durch entsprechende
Stellung der Klappe 24 ist es möglich, den durch die
Abgaszuleitung 23 strömenden Abgasstrom in beliebiger Weise
auf die Dieselpartikelfilter 21 bzw. 22 zu verteilen.In Figure 2 it can be seen that the illustrated preferred
Embodiment of the inventive arrangement analogous to
the arrangement already described according to the prior
Technique two
Man erkennt ferner, daß Abführleitungen 26a bzw. 26b,
welche aus den jeweiligen Dieselpartikelfiltern
herausführen, eine Klappe 27 beaufschlagen. Die Klappe 27
kann in einer ersten Stellung gewährleisten, daß die
Abführleitungen 26a, 26b in einer gemeinsamen Abführleitung
26 münden. In einer zweiten Stellung ist die Klappe 27
derart einstellbar, daß die Leitungen 26a oder 26b
durchströmendes Gas (Abgas) über eine Leitung 30 eine
Klappe 28, in eine Leitung 32, ein Gebläse 25 und die
Klappe 24 zurück in die jeweiligen Dieselpartikelfilter 21,
22 geführt werden kann.It can also be seen that
Über die Klappe 28 ist mittels einer Zuführleitung 29
Frischluft in den Abgasstrom einführbar.About the
Durch entsprechende Einstellung der Klappen 24, 27 und 28
ist es in einfacher Weise möglich, die Gasströme zur
Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu leiten.
Dies wird im folgenden anhand der Figuren 3 und 4
erläutert.By appropriate adjustment of the
In Figur 3 ist beispielhaft die erste Phase einer
Regeneration des unteren Dieselpartikelfilters 22
dargestellt. Die Klappen 24 und 27 sind derart eingestellt,
daß der gesamte über die Zuführleitung 23 einströmende
Abgasstrom auf den oberen Dieselpartikelfilter 21, und von
diesem in die Abführleitung 6 geleitet wird. Dieser Strom
ist mittels der gestrichelten Pfeile veranschaulicht. Diese
Einstellung der Klappen 24 und 27, und eine zusätzliche
geschlossene Stellung der Klappe 28 bewirkt, daß
gleichzeitig bezüglich des unteren Dieselpartikelfilters 22
ein geschlossenes Leitungssystem erzeugt wird. Durch
Einschaltung des Gebläses 25 ist es somit möglich, den
Dieselpartikelfilter 22 im Umluftmodus mit Abgas zu
beaufschlagen. Das Gebläse 25 muß hierbei nur einen relativ
kleinen Massenstrom fördern, nämlich den Massenstrom, der
zum Zeitpunkt der erwähnten Einstellung der Klappen 24, 27
und 28 sich innerhalb des Dieselpartikelfilters 22 und des
geschlossenen Leitungssystems (Leitungen 23b, 26b, 30, 32
und 31) befindet. Bei typischen Dimensionierungen von
Regenerationssystemen ist davon auszugehen, daß der maximal
zu fördernde Massenstrom hier bei etwa 20 kg/h beträgt,
wodurch der Druckabfall über den mit Ruß gefüllten
Dieselpartikelfilter 22 relativ klein ist, typischerweise
maximal 50 hPa.In FIG. 3, the first phase of an example is shown by way of example
Regeneration of the lower
Durch Einschaltung der elektrischen Heizung 22a des
Dieselpartikelfilters 22 ist es nun möglich, daß den
Dieselpartikelfilter im Umluftmodus durchströmende Abgas
wirksam zu erwärmen.By switching on the
Die elektrische Heizung 22a, welche zweckmäßigerweise als
elektrische Heizspirale ausgebildet ist, erwärmt den
Dieselpartikelfilter 22 über Strahlungseinkopplung sowie
konvektiv über den Umluftstrom. Da zunächst keine Luft aus
dem System austritt, erfolgt die Aufheizung, wie erwähnt,
sehr schnell.The
Die Strömungswege zur Realisierung des Umluftmodus sind in Figur 3 mittels der durchgezogenen Pfeile veranschaulicht.The flow paths for realizing the circulating air mode are in Figure 3 illustrated by the solid arrows.
Bei Erreichen einer für das Gebläse maximal zulässigen
Temperatur, bspw. 300 °C, öffnet die Klappe 28 und mischt
dem Umluftkreislauf kontrolliert Frischluft zu. Durch
entsprechendes Öffnen der Klappe 27 wird gleichzeitig
Umluft aus dem geschlossenen Kreislauf in den Abgastrakt
(Abführleitung 6) ausgeblasen, wobei zweckmäßigerweise ein
Gleichgewicht zwischen angesaugter Frischluft und
ausgestoßener Umluft eingestellt wird. Die Position der
Klappe 28 wird hierbei derart angesteuert, daß die maximal
zulässige Temperatur für das Gebläse 25 zu keinem Zeitpunkt
überschritten wird. Dieser Zustand ist in Fig. 4
dargestellt, wobei der Frischluftstrom und der Ausblasstrom
mittels punktierten Pfeilen veranschaulicht sind.When reaching a maximum for the fan
Temperature, eg. 300 ° C, opens the
Der Dieselpartikelfilter 22 wird in diesem Betriebsmodus
weiter bis zum Erreichen der Entflammtemperatur des
eingelagerten Rußes erwärmt. Das "Durchzünden" des
Dieselrußes kann durch Messung des Sauerstoffverbrauchs
aufgrund der Oxidation innerhalb des Dieselpartikelfilters
22 durchgeführt werden. Hierzu erweist es sich als
zweckmäßig, eingangsseitig und ausgangsseitig von dem
Dieselpartikelfilter 22 Lambdasonden 40, 41 vorzusehen. Es
ist ebenfalls möglich, über entsprechende eingangs- und
ausgangsseitige Druckmessungen den Druckabfall innerhalb
des Dieselpartikelfilters zu messen. Die Feststellung des
"Durchzündens" des Dieselrußes ist schließlich mit einer
ausgangsseitigen Temperaturmessung möglich. Eine
entsprechende Temperaturmesseinrichtung, mittels der ein
das "Durchzünden" charakterisierender steiler
Temperaturanstieg feststellbar ist, ist in Figur 3
schematisch mit 42 bezeichnet.The
Die Temperatur des Dieselpartikelfilters 22 kann durch
Ansteuerung der Heizleistung der elektrischen Heizung 22a
oder des Fördervolumens des Gebläses 25 kontrolliert
werden. Ferner kann über die kontrollierte
Frischluftzumessung (durch Ansteuerung der Klappe 28) der
Sauerstoffgehalt der Umluft und damit die Geschwindigkeit
des Rußabbrandes gesteuert werden. Mit diesen Maßnahmen
kann wirkungsvoll ein Überhitzen und eine Beschädigung des
Dieselpartikelfilters 22 durch die beim Abbrand des
Dieselrußes frei werdende Verbrennungsenthalpie verhindert
werden.The temperature of the
Durch entsprechendes Umstellen der Klappen 24 und 27 ist es
anschließend möglich, den aus der Zuleitung 23 zugeführten
Abgasstrom im wesentlichen vollständig über den
Dieselpartikelfilter 22 abzuführen und einen geschlossenen
Umluftkreislauf bezüglich des Dieseslpartikelfilters 21 zu
erzeugen. Das Umstellen der Klappen 24 und 27 kann
unmittelbar nach Beendigung des Regenerationsverfahrens für
den Dieselpartikelfilter 22 erfolgen. Es ist ebenfalls
möglich, nach der Regeneration des Dieselpartikelfilters 22
zunächst beide Dieselpartikelfilter mit Abgas zu
beaufschlagen und die entsprechende Regeneration des
Dieselpartikelfilters 21 erst zu einem späteren Zeitpunkt
einzuleiten. Selbstverständlich ist es möglich, für den
Dieselpartikelfilter 21 analog zum Dieselpartikelfilter 22
Lambdasonden und/oder eine Temperaturmesseinrichtung
vorzusehen, welche jedoch in Figur 3 aus Gründen der
Übersichtlichkeit nicht im einzelnen dargestellt sind.By appropriately switching the
Die sich erfindungsgemäß ergebenden Vorteile seien abschließend noch einmal wie folgt zusammengefaßt:The advantages resulting according to the invention are finally summarized as follows:
Die Regeneration der Dieselpartikelfilter erfolgt im wenigstens teilweise geschlossenen Umluftkreis unabhängig von der Höhe des Abgasstromes sowie vom Restsauerstoffgehalt und Druckniveau des Abgasstromes. Ein eingesetztes Gebläse muß lediglich den Gegendruck bzw. den Druckabfall eines Dieselpartikelfilters überwinden. Ferner kann die Aufheizzeit für einen Dieselpartikelfilter stark verkürzt werden, wodurch Energie eingespart wird. Durch den kleinen Massenstrom im Umluftkreis sowie die beschränkte Frischluftzumessung können trotz geringer elektrischer Heizleistung hohe Temperaturen im Dieselpartikelfilter erreicht werden. Hierdurch kann der Dieselpartikelfilter auch ohne Additivierung des Dieselkraftstoffes wirksam regeneriert werden.The regeneration of the diesel particulate filter takes place in at least partially closed recirculation independently from the height of the exhaust stream and from Residual oxygen content and pressure level of the exhaust gas stream. One used blower only has the back pressure or the Overcome pressure drop of a diesel particulate filter. Further The heating time for a diesel particulate filter can be strong be shortened, whereby energy is saved. By the small mass flow in the circulating air circuit as well as the limited Frischluftzumessung can despite low electrical Heating power high temperatures in the diesel particulate filter be achieved. This allows the diesel particulate filter also without additive of the diesel fuel be regenerated.
Die kontrollierte Frischluft- bzw. Sauerstoffbeimengung zum Umluftstrom stellt neben der Größe des Umluftstromes, welche durch die Gebläsedrehzahl einstellbar ist, sowie der elektrischen Heizleistung ein weiteres Stellglied zur Temperaturregelung des Dieselpartikelfilters während des "Durchzündens" des Rußes dar. Hierdurch können örtliche und zeitliche Temperaturspitzen in einem Dieselpartikelfilter vermieden werden, wodurch sich dessen Lebenserwartung deutlich verlängert.The controlled addition of fresh air or oxygen to the Circulating air flow, in addition to the size of the circulating air flow, which is adjustable by the fan speed, and the electric heating power another actuator for Temperature control of the diesel particulate filter during the "Durchzündens" of soot dar. This local and temporal temperature peaks in a diesel particulate filter be avoided, thereby increasing its life expectancy significantly extended.
Claims (10)
- Method for regenerating at least one diesel particulate filter (21; 22), in which exhaust gas is introduced into the at least one diesel particulate filter (21; 22) via a feed line (23, 23a, 23b) and is discharged from it via a discharge line (26, 26a, 26b), the exhaust gas which flows through the at least one diesel particulate filter (21; 22) being heated, characterized by the creation of a closable recirculated-air circuit, via which exhaust gas which emerges from the at least one diesel particulate filter (21; 22) can be reintroduced into it, it being possible for ambient air to be added to the recirculated-air circuit.
- Method according to Claim 1, characterized in that air which circulates within the recirculated-air circuit can be blown out of the circuit in a regulated or controlled way.
- Method according to Claim 2, characterized in that the quantity of fresh air supplied corresponds to the quantity of recirculated air which is blown out.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that particulate burn-off which is produced as part of the regeneration of the at least one diesel particulate filter (21; 22) is carried out via differential oxygen measurement at the inlet and outlet sides of the at least one diesel particulate filter (21; 22).
- Method according to one of the preceding claims, characterized by at least two diesel particulate filters (21; 22) connected in parallel, with an exhaust-gas stream which acts on the two diesel particulate filters optionally being diverted in such a manner that the substantially complete exhaust-gas stream is passed via the first diesel particulate filter (21), and a closed recirculated-air circuit is provided with respect to this second diesel particulate filter (22).
- Method according to Claim 5, characterized in that the diversion of the exhaust-gas streams is effected by flaps (24, 27) which are introduced into the feed line or discharge line of the exhaust-gas stream.
- Arrangement for regenerating at least one diesel particulate filter (21; 22), which is in communication with a feed line (23, 23a; 23, 23b) for supplying exhaust gas and a discharge line (26a, 26; 26, 26b, 26) for discharging exhaust gas, means (21a; 21b) for heating the exhaust gas flowing through at least one diesel particulate filter being provided, characterized by means (24, 23a, 26a, 27, 30, 28, 32, 25, 31; 24, 23b, 26b, 27, 30, 28, 32, 25, 31) for creating a closable recirculated-air circuit, via which exhaust gas which emerges from the at least one diesel particulate filter (21; 22) can be reintroduced into it, means (28, 29) for adding ambient air to the recirculated-air circuit being provided.
- Arrangement according to Claim 7, characterized by means (27) for blowing exhaust gas out of the recirculated-air circuit in a regulated or controlled way.
- Arrangement according to Claim 7 or 8, characterized by means (40, 41) for differential oxygen measurement at the inlet and outlet sides of the at least one diesel particulate filter (21; 22).
- Arrangement according to one of Claims 7 to 9, in which two diesel particulate filters (21, 22) that are connected in parallel can be acted on by an exhaust-gas stream in such a manner that substantially the entire exhaust-gas stream can be passed via a first diesel particulate filter, and a closed recirculated-air circuit can be provided with respect to the second diesel particulate filter, flaps (24, 27) which can be introduced into the feed line and/or discharge line being provided as means for correspondingly diverting the exhaust-gas streams.
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