EP2140115A1 - Einrichtung und verfahren zur regeneration von partikelfiltern, sowie verwendung eines mediums zur regeneration von partikelfiltern, und nachfüllpackung mit dem medium - Google Patents

Einrichtung und verfahren zur regeneration von partikelfiltern, sowie verwendung eines mediums zur regeneration von partikelfiltern, und nachfüllpackung mit dem medium

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EP2140115A1
EP2140115A1 EP08733802A EP08733802A EP2140115A1 EP 2140115 A1 EP2140115 A1 EP 2140115A1 EP 08733802 A EP08733802 A EP 08733802A EP 08733802 A EP08733802 A EP 08733802A EP 2140115 A1 EP2140115 A1 EP 2140115A1
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EP
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fuel
exhaust gas
diesel
temperature
particulate filter
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EP08733802A
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HOCHSCHULE RAPPERSWIL
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • Apparatus and method for the regeneration of particulate filters, and use of a medium for the regeneration of particulate filters, and refilling with the medium are provided.
  • the invention relates to the regeneration of a particulate filter, or a method, the use of a medium and a device for the regeneration of the particulate filter.
  • Particulate filters are installed in diesel vehicles and diesel engines. Such particulate filters can become clogged. As a result, the back pressure in the exhaust system is greater. In the event of excessive pressure in the exhaust, the engine finally stops and can no longer be started.
  • the filter cake made of soot is oxidized by means of NO2 to CO2.
  • the NO2 is oxidized by means of an oxidation catalyst from the NO contained in the exhaust gas and the residual oxygen contained in the exhaust gas.
  • an oxidation catalyst is predominantly coated with platinum, but also contains proportions of palladium.
  • the oxidation catalyst is thus arranged as a component in the exhaust stream and upstream of the particulate filter.
  • Particulate filters are "continuously produce” called. Namely, formed from an exhaust temperature of about 180 0 C continuously NO2, which reacts with the soot in the particulate filter.
  • the regeneration of the particulate filter is dependent on the operating temperature. It takes place from Temperatures around 220 0 C take place, but increases exponentially with the increase in the operating temperature in the particulate filter.NO2 production, however, increases in the relevant temperature ranges in practice with the increase in temperature substantially linearly.
  • a second way to achieve the regeneration of the particulate filter is called thermal.
  • the filter cake is thermally burned off from time to time. It is usually heated to a temperature of 600 ° C. At this temperature, the soot burns off automatically.
  • the ignition temperature of the soot can be lowered from 660 0 C to 450 0 C.
  • Another possibility for reducing the ignition temperature is the addition of an additive to the diesel. This additive is mostly based on iron compounds. It passes through the engine into the exhaust gas and settles with the soot in the particulate filter.
  • This mixture of soot and additive of the filter cake deposited in the particle filter has a lower ignition temperature than soot without additive, namely around 450 ° C.
  • the filter cake built up in the particle filter is periodically burned off during thermal regeneration, usually as a function of the backpressure in the exhaust system.
  • the filter cake is ignited and then burns off usually independently. There are four ways to ignite the filter cake:
  • Ignition by interfering with engine operating conditions to increase exhaust temperature. This can be achieved, for example, by manipulating the combustion air supply (for example closing a throttle flap in the air intake nozzle).
  • Catalysts used for thermal regeneration generally contain more palladium and less platinum than the catalysts used for continuous regeneration. This suppresses NO2 production on the catalyst.
  • the catalyst used for the catalytic combustion of the fuel can be connected upstream of the particle filter as a component. But it can also be added as an additive to the diesel or the exhaust gas, so that it settles on the filter cake.
  • the particle filter itself may be coated with a catalyst layer.
  • This thermal type of regeneration required in today's commercial catalysts exhaust temperatures upstream of the catalyst of more than 200 degrees, so that the injected diesel at least half is catalytically oxidized.
  • the main constituents of the diesel fuel are predominantly alkanes, cycloalkanes and aromatic hydrocarbons having from about 9 to 22 carbon atoms per molecule and a boiling range between 15O 0 C and 390 0 C.
  • Verdü- solution in very small droplets, the evaporation temperature of diesel under the lowered nominal boiling temperature. At exhaust gas temperatures below 200 0 C, however, only a few of the diesel components volatilize.
  • the light-off temperature can be reduced to 180 0 C, however, the combustion of the diesel is then so incomplete that a cloud of unburned diesel is ejected from the exhaust ("blue smoke"), which in the It is only at temperatures above 200 ° C. in the catalytic converter that the resulting heat converts so many constituents of the diesel into a reactive brought conditions that this can be used in practice for the regeneration of particulate filters.
  • the object of the present invention is to propose a solution which allows regeneration of particulate filters to be achieved at low exhaust gas temperatures, for example below 200 ° C.
  • a more specific task is to provide a retrofittable device with which this method can also be applied to existing vehicles equipped with particulate filters and units without having to intervene in the electric motor control.
  • the invention together with the prior art comprises the steps that enriched at a supply point upstream of the particulate filter with a catalytically oxidizable medium and by catalytic at low exhaust gas for regeneration Oxidation of the medium to an extent sufficient for the regeneration of the particulate filter. temperature is heated up. While in the prior art, this medium of the fuel, especially diesel, or in tests and diesel cracking products were applied, according to the invention, the exhaust gas is enriched with a different from the diesel and its fission products fuel.
  • the invention requires a second tank for the fuel. This has the disadvantage that two media must be refueled. However, it has the advantage that such a fuel can be selected from a wide range of combustible substances.
  • fuels ranges from this inventive measure of gases such as hydrogen, propane or butane, over organic liquids such as kerosenes, gasoline or their constituents and fission products, to less common fuels.
  • gases such as hydrogen, propane or butane
  • organic liquids such as kerosenes, gasoline or their constituents and fission products
  • fuels are selected which are volatile at temperatures below 200 degrees, or oxidize on the catalyst at lower temperatures than the diesel. It is particularly advantageous if fuel oxidation does not compete with NO 2 production in the case of NO 2 regenerating particle filters.
  • Alcohols are common commercial goods in petrol station shops, so that no new distribution channels need to be created for the distribution of the fuel to be used according to the invention.
  • the exhaust gas temperature is directly on heated to the necessary temperature for regeneration. This is expedient for vehicles and units without diesel injection into the exhaust system.
  • the exhaust gas is advantageously heated by means of the additional fuel only to a temperature at which the diesel can be catalytically oxidized, e.g. to 240 ° C. Thereafter, the reaction temperature necessary for the regeneration can be achieved by enriching the exhaust gas with diesel in a conventional manner.
  • This has the advantage that only small amounts of fuel are needed to initiate the regeneration process, but can be used for maintaining the appropriate for the regeneration temperature of diesel present in larger quantities.
  • the exhaust gas can be enriched with the fuel and diesel.
  • the enrichment can take place successively or at the same time, with a mixture of fuel and diesel.
  • the process according to the invention is suitable for oxidation catalysts in general, but in particular for the commercially available platinum and / or palladium-coated catalysts. So it is neither specific for the regeneration by means of NO2, nor suitable exclusively for thermal regeneration.
  • Preferred alcohols are methanol (methyl alcohol, CH3OH) and monoethylene glycol (MEG, ethylene glycol, ethane-1,2-diol, C2H6O2). These two alcohols have a surprising effect in particle filters with nitric oxide regeneration in that they do not seem to hinder NO2 production by any means. Other fuels, however, appear to challenge the catalyst in competition with NO2 production.
  • a catalytically oxidizing additive can be admixed. This can be added to the fuel or the fuel. In any case, it should serve as catalyst in the exhaust gas / fuel mixture.
  • a catalytic converter for the catalytic oxidation of the catalytic converter is installed between the feed point and the particle filter in the exhaust gas line Fuel used.
  • Most filter pots contain a catalyst component upstream of the particulate filter component.
  • the enrichment of the exhaust gas with fuel can be carried out by measures before or in the internal combustion engine.
  • the enrichment of the exhaust gas between the engine and the particulate filter is made. This is particularly suitable for retrofit kits the appropriate place for the injection of fuel into the exhaust system. It is independent of the operating mode of the motor, so that in its control does not need to be intervened.
  • a catalytically oxidizable medium for enriching the exhaust gas of an internal combustion engine in order to heat the exhaust gas by catalytic oxidation of the medium to an exhaust gas temperature which is sufficient for the regeneration of the particulate filter is characterized in that the medium is substantially enriched by diesel, the fuel of the internal combustion engine, and its fission products contains different fuel, which is catalytically oxidizable at a lower temperature than the diesel.
  • gases can also be used as fuel.
  • the fuel is a liquid.
  • liquids which split on heating into oxidizable gases are also suitable here.
  • the fuel may be an alcohol or a mixture containing at least 40% alcohol. It may preferably be methyl alcohol or a mixture containing at least 10% of methyl alcohol. It may also be monoethylene glycol or a mixture containing at least 10% monoethylene glycol, with advantages over other fuels. It may further be propylene glycol or a mixture containing at least 10% propylene glycol, with advantages over other fuels. Glycols are inexpensive, frost-resistant, have a high flash point and are toxicologically relatively harmless. They are also water-soluble and safe to handle in this state. They are therefore particularly suitable as a fuel.
  • Further advantageous fuels are glycerines, in particular in methanol-containing glycerol solutions, which are obtained as waste materials in the production of biodiesel and are therefore particularly inexpensive.
  • the advantageous choice of fuels can also be described by the condition that the volatilization temperature of the fuel is lower than the volatilization temperature of substantial proportions of the diesel, in particular below 250 degrees Celsius.
  • At devolatilizing temperature both the decomposition temperature (as in the case of monoethylene glycol) and the boiling point (as in the case of methanol) are combined, at which the fuel becomes volatile. This has the advantage that at temperatures at which the diesel is still largely non-volatile, it can already be regenerated.
  • the volatilization temperature of the fuel is below the minimum necessary for a catalytic reaction of the diesel exhaust gas temperature, in particular below 200 degrees Celsius, preferably below 190 degrees Celsius, more preferably below 180 0 C.
  • This choice has the advantage that the fuel evaporates even if no reaction between diesel and catalyst is expected.
  • the fuel may be mixed with water, or used in aqueous solution.
  • water or used in aqueous solution.
  • a mixture of methyl alcohol and water, for example, is safe and can be traded in plastic bags.
  • the content of water can be relatively large, without this having a strong effect on the heat development in the catalyst.
  • a device comprising a fuel tank and a fuel line is used as an emergency regeneration device or regeneration start device on a device that has a diesel engine, a diesel fuel tank, an exhaust system, and a particulate filter in the exhaust system.
  • the fuel line is arranged upstream of the particulate filter in the exhaust line, so that the exhaust gas in front of the particulate filter with a fuel from the fuel tank ange- can be enriched.
  • the device is used when there are insufficient temperatures in the exhaust gas line for regeneration of the particulate filter, but the regeneration is necessary.
  • a device which has an internal combustion engine, a diesel tank for receiving a diesel fuel for the engine, and a diesel line from the diesel tank to the internal combustion engine, and in which an exhaust gas line and catalytic converter surfaces arranged therein and a particle filter are present are equipped with such a device.
  • This added device distinguishes the known system of the internal combustion engine. It comprises a fuel tank separate from the diesel tank for receiving a fuel different from the diesel and its fission products, a fuel line leading from the fuel tank to a feed point in the exhaust line upstream of the particulate filter and the catalytic surfaces, conveying means for conveying the fuel into the exhaust line Exhaust line and a circuit for activating the funding.
  • An overpressure in the fuel tank in combination with a valve, a pump or a pressure source, which presses a gas, in particular air or CO2 into the fuel tank, a liquid pump for the fuel in the fuel line or in the fuel tank, optionally in Combination with a valve in the fuel line.
  • a liquid pump in the fuel line is preferred for pumping the fuel through the fuel line.
  • An equally simple way of conveying fuel is by means of a self-priming injection nozzle in the exhaust stream (jet pipe or venturi).
  • the device may be directly connected to a controller or display device of the internal combustion engine device, which controller controls the regeneration of the particulate filter, and which display device indicates the need for regeneration of the particulate filter.
  • An emergency regeneration for example, can be triggered by this display device or the signal activating the display device.
  • the device can also be equipped with its own sensor for monitoring the pressure and / or temperature conditions in the exhaust gas line, which gives the switching signal for activating the regeneration starting fuel supply to the exhaust line.
  • the invention consists on the one hand in the use of glycol (preferably monoethylene glycol and / or propylene glycol) and / or methanol for enrichment of exhaust gases in front of a particle filter of a diesel engine in order to convert the exhaust gas by means of a catalytic oxidation of this fuel to one for regeneration. ration of the particulate filter to heat sufficient temperature. It therefore comprises commercial packings of a fuel for filling fuel tanks of a regeneration device.
  • a refill pack is advantageously characterized by a content of at least 60% of a mixture of methanol and at least one glycol. Conveniently, the refill pack contains at least 20% methanol and at least 30% water.
  • the invention consists in the device which allows this use, comprising a fuel tank and a fuel line connected to an exhaust line of a diesel engine whose fuel tank is not the diesel engine diesel tank and whose fuel line is to be arranged in the exhaust tract.
  • the invention therefore also includes the diesel engine and its tank, and the exhaust line with the particulate filter.
  • a fuel in particular methanol and / or a glycol, (preferably monoethylene glycol and / or propylene glycol) is added to the exhaust gas of a diesel engine in front of its particle filter, so that the fuel Oxidized substance in the gaseous state on the catalyst surface while the exhaust gas heated to a temperature at which the regeneration of the particulate filter is feasible. Thanks to the separate from the fuel tank fuel tank, a fuel can be used, which reacts with too low exhaust gas temperatures for diesel with the catalyst.
  • FIG. 1 shows schematically a truck with engine and exhaust system, diesel tank and fuel tank for exhaust gas heating
  • FIG. 2 is a schematic representation of a first test arrangement, with the diesel tank and internal combustion engine removed
  • FIG. 3 is a schematic representation of a second test arrangement, with the combustion engine being suppressed
  • FIG. 4 is a schematic representation of a third test arrangement, with the combustion engine being blanked out
  • FIG. 5 shows a diagram of the temperature increase by .DELTA.T an exhaust gas with temperature T via a first diesel oxidation catalyst (Her- controller: HJS) without injection (base line) and with injection of various media,
  • HJS first diesel oxidation catalyst
  • FIG. 6 shows a corresponding diagram of the NO 2 concentration without and with injection of various media
  • FIG. 7 shows a diagram of the pressure and temperature development in the exhaust gas before and during the regeneration of the oxidation catalyst according to FIG. 1 by means of monoethylene glycol
  • FIG. 7 shows a diagram of the pressure and temperature development in the exhaust gas before and during the regeneration of the oxidation catalyst according to FIG. 1 by means of monoethylene glycol
  • FIG. 10 shows a container with a fuel for the regeneration of particulate filters.
  • FIG. 11 shows a diagram of the temperature increase by ⁇ T of an exhaust gas at temperature T via a second diesel oxidation catalyst (manufacturer: Ford) without (base line) and with injection of different media,
  • the truck shown schematically in Figure 1 has a diesel engine 11, which is supplied with a diesel pump 13 diesel fuel from a diesel tank 15.
  • the diesel burns with the compressed air in the cylinders of the engine 11 lean with release of power and heat and with the formation of soot.
  • the exhaust gases from this combustion flow into the exhaust gas line 17 and finally reach the particle filter 19.
  • the particulate filter 19 is used to catch the soot particles and to filter them out of the exhaust gas. Due to the increase of soot particles in the particulate filter 19, its resistance increases. From a limiting resistance arises too high exhaust gas pressure in the exhaust line 17, so that the engine 11 turns off. Therefore, the particulate filter must be freed by a regeneration of the trapped soot before the engine 11 no longer runs economically or even turns off.
  • the particle filter 19 shown in FIG. 1 is preceded by an oxidation catalytic converter 21 in order to achieve regeneration.
  • the catalyst 21 and the particulate filter 19 are arranged in a common muffler. This can be referred to collectively as a particle filter.
  • the muffler is called together with the particulate filter 19 and the catalyst 21 in this document filter pot 23.
  • NO2 is an aggressive oxidant that is able to oxidize the soot in the particulate filter 19 to CO2. This reaction occurs even at low temperatures from 250 to 300 degrees, but increases significantly with increasing temperature.
  • this regeneration of the particulate filter is ensured continuously from a certain temperature of the exhaust gas.
  • newer filter pots 23 are dimensioned so that the excess of NO 2 on average is very low, with the result that an average necessary regeneration of the particulate filter takes place only at temperatures from 250 to 450 degrees. Under certain driving conditions, the regeneration performance is therefore below average, in others above average. If the recovery performance is below average for a longer period of time, the particulate filter must become increasingly clogged.
  • the NO2 production also depends on the exhaust gas temperature. At exhaust gas temperatures below 220 degrees before the catalyst whose effectiveness is limited or even prevented. Therefore, the filter cake increases at low exhaust gas temperatures, although only enough NO and O2 would be present in the exhaust gas to produce an excess of NO2. This is the main reason why particulate filters become clogged.
  • filter pots 23 In order to be able to install filter pots 23 in the exhaust line of an internal combustion engine, which produce only a small excess of NO 2, it is necessary to be able to regenerate even if the continuous regeneration over long periods of time is insufficient. If the filter cake becomes too thick, regeneration is therefore forced. This has hitherto been done, for example, by injecting diesel into the exhaust line or passing unburnt diesel through the engine 11.
  • this diesel then catalytically burns on the catalyst and increases the exhaust gas temperature is about 450 degrees, so that the exhaust gas is hot enough that the catalyst can produce enough NO2 and regeneration of the particulate filter is achieved quickly.
  • the fuel can now be selected so that it reacts at lower temperatures than the diesel already catalytically with the residual oxygen in the exhaust gas, and therefore increases the exhaust gas temperature.
  • This increase in the exhaust gas temperature is to be driven at least to such a temperature that allows catalytic oxidation of the diesel and therefore an effective enrichment of the exhaust gas with diesel.
  • a device for the regeneration of the particulate filter therefore necessarily comprises a fuel tank 25 separated from the diesel tank 15, a fuel line 27 and, for example, a pump as conveying means 29.
  • a control 31 shown in FIG. This control displays eg with a warning light 33 that the parameter Particle filter 23 must be regenerated.
  • a sensor is arranged in the filter cup 23, for example a counter-pressure measuring device whose signal is evaluated by the controller. Due to a signal from this controller 31, the regeneration can now be initiated with the aid of the fuel.
  • the fuel pump 29 can be activated simultaneously or with a time delay with the warning light 33 lighting up.
  • an alcohol is filled in the fuel tank 25, an alcohol is filled. This is sprayed to Ulgenerieren with the nozzle 35 into the exhaust gas. The sprayed alcohol evaporates quickly in the exhaust even if this is, for example, only 190 degrees hot. Even at these low temperatures (from 150 0 C), it reacts on the catalyst surface with the residual oxygen with release of heat, so that the exhaust gas, depending on the supplied amount of the alcohol, is heated by 100 to 300 degrees.
  • An illustration of the pressure development in the exhaust gas and the temperature after the oxidation catalyst is shown in FIG. 7 and will be discussed below. These measurements were made using a device according to FIG. 2, wherein monoethylene glycol was used to heat the exhaust gas.
  • Figure 3 shows an embodiment which is suitable for the injection of fuel and fuel.
  • the pump 29 presses depending on the position of the valves 35 and 35 'fuel, diesel or fuel and diesel in the space in front of the catalyst component 21.
  • a controller 31 operates the valves 35,35' and controls the shares of diesel and fuel for the Enrichment of the exhaust gas 37.
  • a temperature sensor between catalyst 21 and particulate filter 19 provides the necessary information.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment which is suitable for retrofitting existing vehicles and units with particle filters which can heat the exhaust gas with diesel.
  • the separate fuel tank may be a retrofit member or an existing container with a suitable fuel.
  • Such an already existing fuel tank is the cooling water tank, if there is enough antifreeze in it.
  • Another is the washerwash tank, if a detergent with sufficiently high alcohol content is used. part of it is present.
  • the injection of fuel and fuel into the exhaust gas 37 can be done independently of each other.
  • the measurements shown in FIGS. 5 to 9 originate from a test arrangement with a Euro 3 industrial diesel engine (1.91 TDI from VW with turbocharger, direct injection and exhaust gas recirculation) and a commercially available continuously regenerating particle filter system from HJS (platinum doped oxidation catalyst).
  • Various fuels were injected into the exhaust system. The injection was carried out according to the device shown in Figure 2, within the filter pot 23, upstream of the catalyst 21. The respective injection quantity was chosen so that at complete combustion, a temperature increase of about 100 ° C would be reached.
  • the exhaust gas temperatures were set by engine speed and load (power brake).
  • the regeneration of the particulate filter (HJS) used in the above experiments was also investigated.
  • the pressure curve shown in Figure 7 shows an increase in pressure during 5 3 A hours in the exhaust line 37 according to Figure 2 to a good 140 millibars.
  • the temperature of the exhaust gas after the catalyst 21 moves in this time by 200 degrees Celsius.
  • At “start” is monoethylene glycol
  • the existing Use container of a vehicle and enrich the media contained therein to enrich the exhaust gas with a catalytically oxidizable fuel In principle, the cooling system with the coolant flowing therein is available, the glycol concentration of which is typically around 50 to 60%. Also available is the disc detergent in the appropriate container. Windscreen washes usually consist of 50/50% water and an alcohol or an alcohol mixture.
  • FIG. 8 therefore shows the effect of glycol 100% up to the aqueous solution of glycol with a glycol content of only 50% on the temperature increase over the catalyst.
  • the aqueous solutions takes the
  • cooling liquid or windshield washer fluid can be used to enrich the exhaust gas a catalytic oxidizable medium to raise the exhaust gas temperature to a sufficient for the regeneration of the particulate filter temperature.
  • These liquids can be removed from the existing containers.
  • the second aspect is that apparently also an aqueous solution of a flammable alcohol, e.g. Methyl alcohol, can be used.
  • a flammable alcohol e.g. Methyl alcohol
  • a preferred embodiment of the invention is the use of the fuel to "ignite" a filter cake of soot admixed with a catalyst added by fuel additive, which is an alternative to the known methods of electrically igniting such filter cake or ignition by manipulation of the engine control
  • the exhaust gas enriched with the fuel is reacted on an oxidation catalytic converter arranged in front of the particle filter, and in this way heats the exhaust gas above the ignition temperature of the filter cake.
  • the catalyst present in the soot cake can itself be used for the oxidation of the added fuel (for example, platinum).
  • the added fuel for example, platinum
  • a preferred variant is to use a conventional iron-containing fuel additive to iron the soot deposited in the particulate filter with iron and thus to reduce the ignition temperature of the filter cake.
  • a platinum additive is added to the fuel instead of the iron additive, so that a platinum layer is formed on the surface of the filter cake. Then the required for the regeneration of fuel is injected, which reacts directly on the soot surface with the platinum catalyst and thus causes the ignition of the filter cake.
  • a device to be operated for installation in a vehicle or a unit with diesel engine and particulate filter therefore, comprises a fuel tank for, for example, an aqueous alcohol solution, a pipe and a pump, and a nozzle for atomizing the fuel in the exhaust line.
  • the line can be provided with a collar with which an exhaust pipe can be enclosed. can be.
  • the arrangement of the line with the nozzle in the exhaust pipe is thereby very simple.
  • an electrical line between the pump motor and a switch is needed. The switch can also be operated manually.
  • FIG. 10 shows a canister containing a fuel which is provided for the regeneration of particle filters.
  • the fuel may be, for example, an 80% aqueous solution of alcohol.
  • the alcohol portion may comprise various components, in particular a major proportion of methanol for an early increase in NO2, and optionally a lower level of monoethylene glycol.
  • Such a canister is available via existing distribution channels in gas station shops.
  • the inventive solution allows primarily an emergency regeneration, but can also be used for regular regeneration.
  • An emergency regeneration is not triggered more frequently than every other regeneration cycle, preferably not more frequently than every fifth regeneration cycle. It is only triggered if, given the operating conditions of the lean-burn engine, the regular regeneration can not take place and regeneration is necessary for the further operation of the engine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines von Diesel oder Dieselspaltprodukten unterschiedliches Brennstoffs, insbesondere von Monoethylenglycol und /oder Methanol, zur Abgasanreicherung vor einem Partikelfilter (19) eines Dieselmotors (11), um das Abgas mittels einer katalytischen Oxydation dieses Brennstoffs auf eine für eine Regeneration des Partikelfilters (19) ausreichende Temperatur zu erhitzen. Sie besteht auch in der Vorrichtung, die diese Verwendung erlaubt, und dazu einen Brennstofftank (25) und eine an einen Abgasstrang (17) eines Dieselmotors (11) angeschlossene Brennstoffleitung (27) umfasst, deren Brennstofftank (25) nicht der Dieseltank (15) des Dieselmotors ist. Weiter kann die Erfindung auch den Dieselmotor (11) und dessen Tank (15), sowie den Abgasstrang (17) mit dem Partikelfilter (19) umfassen. Der all diesen Aspekten der Erfindung gemeinsame Gedanke kommt in dem Verfahren zum Ausdruck, das durch die Schritte gekennzeichnet ist, dass dem Abgas eines Dieselmotors (11) vor seinem Partikelfilter (19) ein Brennstoff, insbesondere Methanol und /oder Ethylenglykol zugesetzt wird, so dass es in gasförmigem Zustand auf der Katalysatoroberfläche (21) oxydiert und dabei das Abgas auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Regeneration des Partikelfilters durchführbar ist. Dank dem vom Treibstofftank (15) separaten Brennstofftank (25) kann ein Brennstoff dazu verwendet werden, der bereits bei für Diesel noch zu tiefen Abgastemperaturen mit dem Katalysator (21) reagiert.

Description

Einrichtung und Verfahren zur Regeneration von Partikelfiltern, sowie Verwendung eines Mediums zur Regeneration von Partikelfiltern, und Nachfüllpackung mit dem Medium.
Die Erfindung betrifft die Regeneration eines Partikelfilters, bzw. ein Verfahren dazu, die Verwendung eines Mediums und eine Vorrichtung zur Regeneration des Partikelfilters.
In Dieselfahrzeugen und Aggregaten mit Dieselmotoren werden Partikelfilter eingebaut. Solche Partikelfilter können verstopfen. Dadurch wird der Gegendruck im Abgasstrang grösser. Bei einem stark überhöhten Druck im Auspuff steht der Motor schliesslich still und ist nicht mehr anzulassen.
Um dies zu vermeiden müssen Partikelfilter regeneriert werden. Zur Regeneration des Partikelfilters müssen die darin abgelagerten Russpartikel verbrannt werden. Es gibt im Wesentlichen zwei Möglichkeiten für eine solche Regeneration. Bei beiden Regenerationsalternativen ist eine minimale Betriebstemperatur erforderlich.
Bei einer ersten Art, eine Regeneration zu erreichen, wird der aus Russ bestehende Filterkuchen mittels NO2 zu CO2 oxydiert. Das NO2 wird mittels eines Oxidati- onskatalysators aus dem im Abgas enthaltenen NO und dem im Abgas enthaltenen Rest- Sauerstoff aufoxydiert. Ein solcher Oxidationskatalysator ist überwie- gend mit Platin beschichtet, enthält aber auch Anteile an Palladium.
Der Oxidationskatalysator ist also als Bauteil im Abgasstrom angeordnet und dem Partikelfilter vorgeschaltet. Solche Partikelfilter werden „kontinuierlich generierend" genannt. Es wird nämlich, ab einer Abgastemperatur von ca. 1800C kontinu- ierlich NO2 gebildet, das mit dem Russ im Partikelfilter reagiert. Die Regeneration des Partikelfilters ist dabei von der Betriebstemperatur abhängig. Sie findet ab Temperaturen um 2200C statt, nimmt aber mit der Zunahme der Betriebstemperatur im Partikelfilter exponentiell zu. Die NO2 Produktion steigt indes in den in der Praxis relevanten Temperaturbereichen mit der Temperaturzunahme im Wesentli- chen linear an.
Ein erhöhter Ausstoss des starken Oxidationsmittels und Reizgases NO2 ist jedoch nicht erwünscht. Die Produktion des NO2 muss daher bei diesen kontinuierlich regenerierenden Partikelfiltern möglichst genau auf die anfallende Menge an Russ abgestimmt sein. Durch eine Reduktion der Platindotierung der Katalysatoren wird der NO2 Ausstoss reduziert. Da jedoch je nach Betriebsweise des Dieselmotors unterschiedliche Mengen an Russ anfallen, und die temperaturabhängige Umsetzung des NO2 mit dem Russ zu CO2 und NO bei niedrigen Temperaturen gering ist, besteht die Gefahr der Verstopfung des Partikelfilters bei hohem Russanfall wie auch bei niedrigen Betriebstemperaturen, insbesondere wenn diese unter 220 °C abfällt. Der Zielkonflikt liegt bei kontinuierlich regenerierenden Partikelfiltern also darin, dass einerseits möglichst viel NO2 produziert werden muss, um eine Regeneration des Filters auch bei niedrigen Abgastemperaturen zu erreichen, andererseits ein Überschuss an NO2 aus Gründen des Umweltschutzes vermieden werden muss.
Eine zweite Art, die Regeneration des Partikelfilters zu erreichen, wird thermisch genannt. Der Filterkuchen wird von Zeit zu Zeit thermisch abgebrannt. Er wird dazu in der Regel auf eine Temperatur von 600 °C aufgeheizt. Bei dieser Temperatur brennt der Russ selbstständig ab. Durch eine katalytische Beschichtung des Partikelfilters lässt sich die Zündtemperatur des Russes von 6600C auf 4500C absenken. Eine andere Möglichkeit zur Verringerung der Zündtemperatur besteht in der Zusetzung eines Additivs zum Diesel. Dieses Additiv basiert meist auf Eisenverbindungen. Es gelangt durch den Motor hindurch in das Abgas und setzt sich damit zusammen mit dem Russ im Partikelfilter ab. Diese Mischung aus Russ und Additiv des im Partikelfilter abgelagerten Filterkuchens hat eine tiefere Zündtemperatur als Russ ohne Additiv, nämlich um 450 0C.
Der im Partikelfilter aufgebaute Filterkuchen wird bei der thermischen Regeneration, meist abhängig vom Gegendruck in der Auspuffanlage, periodisch abgebrannt. Hierzu wird der Filterkuchen gezündet und brennt dann in der Regel selbständig ab. Zur Zündung des Filterkuchens gibt es vier Möglichkeiten:
• Zündung mit einer elektrischen Heizung
• Zündung durch Eingriff in die Betriebsbedingungen des Motors, sodass die Abgastemperatur erhöht wird. Dies kann beispielsweise durch Manipulation der Verbrennungsluftzufuhr erreicht werden (z.B. Schliessen einer Drossel- klappe im Luftansaugstutzen).
• Zündung durch die Verbrennung von Treibstoff in offener Flamme. Hierzu wird ein mit Treibstoff betriebener Brenner im Abgasstrom installiert.
• Zündung durch katalytische Verbrennung von Treibstoff. Bei der katalytischen Verbrennung wird der Treibstoff entweder direkt in den Abgasstrom eingedüst oder es wird durch Manipulation der Motorensteuerung unverbrannter Treibstoff aus dem Motor ausgestossen. In beiden Fällen wird der mit Treibstoff angereicherte Abgasstrom über eine katalytisch beschichtete Oberfläche geleitet, sodass der Treibstoff katalytisch (also flammlos) oxidiert wird und so zur Abgaserwärmung führt. Das Einspritzen des Treibstoffes hat bei Dieselmotoren den Nachteil, dass der Diesel wegen seines hohen Siedepunktes mittels einer Druckluftdüse sehr fein zerstäubt werden muss. Hierzu muss also eine Druckluft- Versorgung eingerichtet werden. Die Praxis zeigt, dass die am Ende einer zuführenden Rohrleitung angeordnete Einspritzdüse durch ein Verkoken des Diesels leicht verstopft, was besondere Vorkehrungen zur Vermeidung dieser Verkokung erfordert.
Zur thermischen Regeneration eingesetzte Katalysatoren enthalten in der Regel mehr Palladium und weniger Platin als die zur kontinuierlichen Regeneration eingesetzten Katalysatoren. So wird die NO2-Produktion auf dem Katalysator unterdrückt. Der zur katalytischen Verbrennung des Treibstoffes eingesetzte Katalysator kann als Bauteil dem Partikelfilter vorgeschaltet sein. Er kann aber auch als Additiv dem Diesel oder dem Abgas beigemengt sein, so dass er sich auf dem Filterkuchen absetzt. Weiter kann der Partikelfilter selbst mit einer Katalysatorschicht beschichtet sein.
Diese thermische Art der Regeneration benötigt bei den heute handelsüblichen Katalysatoren Abgastemperaturen vor dem Katalysator von mehr als 200 Grad, damit der eingedüste Diesel wenigstens zur Hälfte katalytisch oxydiert wird. Die Hauptbestandteile des Dieselkraftstoffes sind vorwiegend Alkane, Cycloalkane und aromatische Kohlenwasserstoffe mit etwa 9 bis 22 Kohlenstoff- Atomen pro Molekül und einem Siedebereich zwischen 15O0C und 3900C. Durch eine Verdü- sung zu sehr kleinen Tröpfchen wird die Verdampfungstemperatur von Diesel unter die nominelle Siedetemperatur abgesenkt. Bei Abgastemperaturen unter 2000C verflüchtigen sich dennoch nur wenige der Dieselbestandteile. Zwar kann bei einigen Katalysatoren, zumindest im fabrikneuen Zustand, die Anspringtemperatur bis auf 1800C reduziert werden, jedoch ist die Verbrennung des Diesels dann derart unvollständig, dass aus dem Auspuff eine Wolke unverbrannten Diesels ausgestossen wird („Blaurauch"), was in der praktischen Anwendung als in- tolerabel gilt. Erst bei Temperaturen oberhalb 2000C im Katalysator werden durch die dort entstehende Hitze so viele Bestandteile des Diesels in einen reaktionsfähi- gen Zustand gebracht, dass dieser in der Praxis zur Regeneration von Partikelfiltern einsetzbar ist.
Es gibt Versuche, die Reaktionstemperatur des Katalysators durch Anreicherung des Abgases mit Spaltprodukten aus dem Diesel weiter abzusenken. Dies erfordert jedoch technisch sehr aufwändige Apparaturen zur Aufspaltung des Diesels in vor allem kürzerkettige Alkane mit niedrigeren Siedepunkten („Reformer"). Dieser Ansatz ist zurzeit nicht marktreif und es ist fraglich, ob ein solcher Ansatz zur Dieselspaltung „on-board" überhaupt praktisch durchführbar sein wird.
Im Fazit ist bei Abgastemperaturen unter 200 Grad Celsius kein System zur Regeneration von Partikelfiltern durch die katalytische Oxidation eines Brennstoffes bekannt, welches nicht durch die technisch sehr aufwändige Spaltung von Diesel bereitgestellt wurde.
Die Notwendigkeit der Regeneration von Partikelfiltern bei niedrigen Abgastemperaturen wird verschärft, wenn, z.B. aus Platzgründen, der Filter in einem grossen Abstand zum Motor angebracht werden muss. Um Temperaturverluste im Abgas zu reduzieren, müssen in einem solchen Fall die langen Auspuffrohre zwi- sehen dem Motor und dem Katalysator aufwändig isoliert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung vorzuschlagen, die es erlaubt bei niedrigen Abgastemperaturen, von beispielsweise unter 200°C, eine Regeneration von Partikelfiltern zu erreichen. Eine spezifischere Auf- gäbe besteht darin, eine nachträglich einbaubare Vorrichtung zu schaffen, mit der dieses Verfahren auch bei bereits bestehenden, mit Partikelfiltern ausgerüsteten Fahrzeugen und Aggregaten angewendet werden kann, ohne dass in die elektrische Motorensteuerung eingegriffen werden muss.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Bei einem Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters eines mit Diesel angetriebenen Verbrennungsmotors weist die Erfindung mit dem Stand der Technik gemeinsam die Schritte auf, dass bei für die Regeneration zu niedriger Abgastemperatur das Abgas an einer Zuführungsstelle stromaufwärts des Partikelfilters mit einem katalytisch oxydierbaren Medium angereichert und durch katalytische O- xydation des Mediums auf eine für die Regeneration des Partikelfilters ausrei- chende Temperatur aufgeheizt wird. Während beim Stand der Technik dieses Medium der Treibstoff, insbesondere Diesel ist, bzw. in Versuchen auch Dieselspaltprodukte angewendet wurden, wird erfindungsgemäss das Abgas mit einem vom Diesel und dessen Spaltprodukten unterschiedlichen Brennstoff angereichert.
Während der Stand der Technik den Dieseltreibstoff aus dem bereits vorhandenen Dieseltank abzweigt und dem Abgas zusetzt, benötigt die Erfindung einen zweiten Tank für den Brennstoff. Dies hat den Nachteil, dass zwei Medien aufgetankt werden müssen. Es hat aber den Vorteil, dass ein solcher Brennstoff aus einer grossen Palette von brennbaren Substanzen ausgewählt werden kann.
Die Palette von möglichen Brennstoffen reicht nach dieser erfindungsgemässen Massnahme von Gasen, wie Wasserstoff, Propan oder Butan, über organische Flüssigkeiten wie Kerosen, Benzin oder deren Bestandteile und Spaltprodukte, bis hin zu weniger verbreiteten Brennstoffen. Vorteilhaft werden Brennstoffe ausgewählt, welche bei Temperaturen unter 200 Grad flüchtig sind, bzw. auf dem Katalysator bei niedrigeren Temperaturen oxydieren als der Diesel. Besonders vorteilhaft ist, wenn bei NO2-regenerierenden Partikelfiltern die Brennstoff-Oxydation möglichst nicht in Konkurrenz zu der NO2-Produktion steht.
Es hat sich gezeigt, dass bevorzugte Brennstoffe unter den Alkoholen zu finden sind. Viele Alkohole haben Verflüchtigungstemperaturen unter 2000C und können daher ohne eine aufwändige Druckluftverdüsung in den Abgasstrom eingebracht werden. Sie verdampfen zudem rückstandsfrei, so dass keine Verkokungs- gefahr besteht, und zumindest einige reagieren bei Abgastemperaturen ab 150 0C mit den bekannten Katalysatoroberflächen. (Mono-) Ethylenglykol beispielsweise zersetzt sich ab 165 °C und setzt dabei unter anderem Glykolaldehyd, Glyoxal, Acetaldehyd, Methan, Formaldehyd, Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff frei. Das weniger giftige Propylenglykol hat einen Siedepunkt von 187 °C. Das bevor- zugte Methanol (Methylalkohol) sogar einen solchen von 65 Grad Celsius.
Alkohole sind gängige Handelswaren in Tankstellenshops, so dass zum Vertrieb des erfindungsgemäss einzusetzenden Brennstoffs keine neuen Vertriebswege geschaffen zu werden brauchen.
Mit dem Brennstoff, also z.B. durch ein Eindüsen von Methanol in den Abgasstrang und dessen katalytische Oxydation, wird die Abgastemperatur direkt auf die zur Regeneration notwendige Temperatur erhitzt. Dies ist bei Fahrzeugen und Aggregaten ohne Dieseleinspritzung in den Abgasstrang zweckmässig.
Insbesondere bei Fahrzeugen und Aggregaten mit einer Dieseleinspritzung in den Abgasstrang, wird das Abgas mittels des zusätzlichen Brennstoffes vorteilhaft lediglich auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher der Diesel katalytisch oxydiert werden kann, z.B. auf 240°C. Danach kann in herkömmlicher Weise die zur Regeneration notwendige Reaktionstemperatur durch eine Anreicherung des Abgases mit Diesel erreicht werden. Dies hat den Vorteil, dass lediglich geringe Mengen an Brennstoff benötigt werden, um den Regenerierungsprozess in Gang zu setzen, für die Aufrechterhaltung der für die Regenerierung zweckmässigen Temperatur aber der in grosseren Mengen vorhandene Diesel eingesetzt werden kann.
Das Abgas kann mit dem Brennstoff und dem Diesel angereichert werden. Die Anreicherung kann nacheinander oder zugleich, mit einem Gemisch aus Brennstoff und Diesel, erfolgen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist geeignet für Oxidationskatalysatoren im Allgemeinen, insbesondere aber für die handelsüblichen mit Platin und /oder PaI- ladium beschichteten Katalysatoren. Es ist also weder spezifisch für die Regeneration mittels NO2, noch ausschliesslich für die thermische Regeration geeignet.
Bevorzugte Alkohole sind Methanol (Methylalkohol, CH3OH) und Monoethy- lenglycol (MEG, Ethylenglycol, Ethan-l,2-diol, C2H6O2). Diese beiden Alkohohle zeigen bei Partikelfiltern mit Stickoxyd-Regeneration eine überraschende Wirkung, insofern sie die NO2- Produktion keineswegs zu behindern scheinen. Andere Brennstoffe hingegen scheinen in Konkurrenz zur NO2 Produktion den Katalysator zu beanspruchen.
Bei Abgasreinigungssystemen, die ohne eingebaute Katalysatoroberflächen auskommen, oder bei denen die katalytische Oberfläche im Partikelfilter vorliegt und zu grossen Teilen durch den Russ abgedeckt ist, kann ein katalytisch oxydierendes Additiv zugemischt werden. Dieses kann dem Brennstoff oder dem Treibstoff zugemischt sein. Jedenfalls soll es im Abgas/ Br ennstoffgemisch als Katalysator die- nen.
In der Regel wird indes ein zwischen der Zuführungsstelle und dem Partikelfilter in den Abgasstrang eingebauter Katalysator für die katalytische Oxydation des Brennstoffs verwendet. Die meisten Filtertöpfe enthalten stromaufwärts des Partikelfilter-Bauteils ein Katalysator-Bauteil.
Die Anreicherung des Abgases mit Brennstoff kann durch Massnahmen vor oder im Verbrennungsmotor vorgenommen werden. Bevorzugt wird die Anreicherung des Abgases zwischen Verbrennungsmotor und Partikelfilter vorgenommen. Dies ist insbesondere für Nachrüstbausätze der geeignete Ort für die Einspritzung von Brennstoff in den Abgasstrang. Sie ist unabhängig von der Betriebsart des Motors, so dass in dessen Steuerung nicht eingegriffen zu werden braucht.
Die erfindungsgemässe Verwendung eines katalytisch oxydierbaren Mediums zur Anreicherung des Abgases eines Verbrennungsmotors, um das Abgas durch kata- lytische Oxydation des Mediums auf eine für die Regeneration des Partikelfilters ausreichende Abgastemperatur aufzuheizen, zeichnet sich dadurch aus, dass das Medium in wesentlichen Anteilen einen vom Diesel, dem Treibstoff des Verbrennungsmotors, und dessen Spaltprodukten unterschiedlichen Brennstoff enthält, der bei einer tieferen Temperatur als der Diesel katalytisch oxidierbar ist.
Grundsätzlich können auch Gase als Brennstoff eingesetzt werden. Aus Gründen der einfacheren Handhabung wird bevorzugt, dass der Brennstoff eine Flüssigkeit ist. In Frage kommen hierbei auch Flüssigkeiten, die sich bei Erhitzung in oxidier- bare Gase aufspalten. Vorzugsweise kommen zur Ausübung unserer Erfindung als Brennstoffe organische Flüssigkeiten in Betracht, vor allem Alkohole.
Der Brennstoff kann also ein Alkohol oder ein zu wenigstens 40% Alkohol enthaltendes Gemisch sein. Er kann vorzugsweise Methylalkohol oder ein wenigstens 10% Methylalkohol enthaltendes Gemisch sein. Er kann ebenfalls mit Vorteilen gegenüber anderen Brennstoffen Monoethylenglycol oder ein wenigstens 10% Monoethylenglycol enthaltenden Gemisch sein. Er kann weiter mit Vorteilen ge- genüber anderen Brennstoffen Propylenglycol oder ein wenigstens 10% Propy- lenglycol enthaltenden Gemisch sein. Glycole sind preiswert, frostbeständig, haben einen hohen Flammpunkt und sind toxikologisch relativ unbedenklich. Sie sind zudem wasserlöslich und in diesem Zustand sicher handhabbar. Sie eignen sich daher besonders als Brennstoff. Weitere vorteilhafte Brennstoffe sind Glyceri- ne, insbesondere in methanolhaltigen Glycerinlösungen, die als Abfallstoffe bei der Herstellung von Biodiesel anfallen und daher besonders preiswert sind. Die vorteilhafte Auswahl an Brennstoffen kann auch beschrieben werden durch die Bedingung, dass die Verflüchtigungstemperatur des Brennstoffes tiefer als die Verflüchtigungstemperatur wesentlicher Anteile des Diesels, insbesondere unter 250 Grad Celsius, liegt. Unter Verflüchtigungstemperatur wird sowohl die Zerset- zungstemperatur (wie im Falle des Monoethylenglycols) als auch die Siedetemperatur (wie im Falle des Methanols) zusammengef asst, bei der der Brennstoff flüchtig wird. Dies hat den Vorteil, dass bei Temperaturen, bei denen der Diesel zu einem überwiegenden Anteil noch nicht flüchtig ist, bereits regeneriert werden kann.
Anders kann die bevorzugte Auswahl der Brennstoffe auch durch das Merkmal eingeschränkt werden, dass die Verflüchtigungstemperatur des Brennstoffs unter der für eine katalytische Reaktion des Diesels mindestens notwendigen Abgastemperatur liegt, insbesondere unter 200 Grad Celsius, vorzugsweise unter 190 Grad Celsius, besonders bevorzugt unter 1800C. Diese Auswahl hat den Vorteil, dass der Brennstoff schon dann verdunstet, wenn noch keine Reaktion zwischen Diesel und Katalysator erwartet wird.
Überraschenderweise kann der Brennstoff mit Wasser vermengt sein, bezie- hungsweise in wässriger Lösung verwendet werden. Dies macht ihn einfach zu handhaben. Eine Mischung von Methylalkohol und Wasser beispielsweise ist ungefährlich und kann in Plastikbeuteln gehandelt werden. Der Gehalt an Wasser kann relativ gross sein, ohne dass sich dies stark auf die Hitzeentwicklung im Katalysator auswirkt.
Eine erfindungsgemässe Einrichtung umfassend einen Brennstofftank und eine Brennstoffleitung wird als beispielsweise Notregenerier-Einrichtung oder Regenerationsstart-Einrichtung an einer Vorrichtung verwendet, die einen Dieselmotor, einen Dieseltank für den Diesel-Treibstoff, einen Abgasstrang, und einen Par- tikelfilter im Abgasstrang aufweist. Im Unterschied zu einer Scheibenwaschanlage, die die oben angeführten strukturelle Merkmale auch erfüllt, ist bei einer er- findungsgemässen Verwendung der Einrichtung die Brennstoffleitung stromaufwärts des Partikelfilters in den Abgasstrang mündend angeordnet, so dass das Abgas vor dem Partikelfilter mit einem Brennstoff aus dem Brennstofftank ange- reichert werden kann. Die Vorrichtung kommt dann zum Einsatz, wenn für eine Regeneration des Partikelfilters lediglich ungenügende Temperaturen im Abgasstrang vorliegen, die Regeneration aber notwendig ist. Erfindungsgemäss ist eine Vorrichtung, die einen Verbrennungsmotor, einen Dieseltank zur Aufnahme eines Dieseltreibstoffs für den Motor, und eine Dieselleitung vom Dieseltank zum Verbrennungsmotor aufweist, und bei der anschlies- send an den Verbrennungsmotor ein Abgasstrang und darin angeordnet katalyti- sehe Oberflächen und ein Partikelfilter vorhanden sind, mit einer solchen Einrichtung ausgerüstet. Diese hinzugefügte Einrichtung zeichnet erfindungsgemäss das bekannte System des Verbrennungsmotors aus. Sie umfasst einen vom Dieseltank getrennten Brennstofftank zur Aufnahme eines sich vom Diesel und dessen Spaltprodukten unterscheidenden Brennstoffs, eine in den Abgasstrang mündende Brennstoffleitung vom Brennstofftank zu einer Zuführstelle im Abgasstrang, die stromaufwärts des Partikelfilters und der katalytischen Oberflächen liegt, Fördermittel zum Fördern des Brennstoffs in den Abgasstrang und eine Schaltung zum Aktivieren der Fördermittel. Als Fördermittel können vorhanden sein: Ein Überdruck im Brennstofftank in Kombination mit einem Ventil, eine Pumpe oder eine Druckquelle, die ein Gas, insbesondere Luft oder CO2 in den Brennstofftank presst, eine Flüssigkeitspumpe für den Brennstoff in der Brennstoffleitung oder im Brennstofftank, jeweils gegebenenfalls in Kombination mit einem Ventil in der Brennstoffleitung.
Der einfachen Montage und Handhabung halber wird eine Flüssigkeitspumpe in der Brennstoffleitung zum Pumpen des Brennstoffs durch die Brennstoffleitung bevorzugt. Eine ebenso einfache Art der Brennstoffförderung geschieht mittels einer selbstansaugenden Einspritzdüse im Abgasstrom (Strahlrohr oder Venturi).
Die Einrichtung kann direkt an eine Steuerung oder eine Anzeigevorrichtung der den Verbrennungsmotor aufweisenden Vorrichtung angeschlossen sein, welche Steuerung die Regeneration des Partikelfilters steuert, und welche Anzeigevorrichtung die Notwendigkeit der Regeneration des Partikelfilters anzeigt. Eine Notregeneration beispielsweise kann durch diese Anzeigevorrichtung bzw. das die Anzeigevorrichtung aktivierende Signal ausgelöst werden. Die Einrichtung kann auch mit einem eigenen Sensor zur Überwachung der Druck- und /oder Temperaturverhältnisse im Abgasstrang ausgerüstet sein, der das Schaltsignal zur Aktivierung der die Regeneration startenden Brennstoffzufuhr zum Abgasstrang gibt.
Eng gefasst besteht die Erfindung einerseits in der Verwendung von Glycol (vorzugsweise Monoethylenglycol und /oder Propylenglycol) und /oder Methanol zur Abgasanreicherung vor einem Partikelfilter eines Dieselmotors, um das Abgas mittels einer katalytischen Oxydation dieses Brennstoffs auf eine für eine Regene- ration des Partikelfilters ausreichende Temperatur zu erhitzen. Sie umfasst daher Handelpackungen eines Brennstoffs zur Befüllung von Brennstofftanks einer Regenerationseinrichtung. Eine solche Nachfüllpackung zeichnet sich vorteilhaft durch einen Gehalt von wenigstens 60% eines Gemisches aus Methanol und we- nigstens einem Glycol aus. Zweckmässigerweise enthält die Nachfüllpackung wenigstens 20% Methanol und wenigstens 30% Wasser.
Die Erfindung besteht andererseits in der Vorrichtung, die diese Verwendung erlaubt, und dazu einen Brennstofftank und eine an einen Abgasstrang eines Die- selmotors angeschlossene Brennstoffleitung umfasst, deren Brennstofftank nicht der Dieseltank des Dieselmotors ist, und deren Brennstoffleitung in den Abgasstrang mündend anzuordnen ist. In einer den Motor und den Partikelfilter mit umfassenden Form schliesst die Erfindung deshalb auch den Dieselmotor und dessen Tank, sowie den Abgasstrang mit dem Partikelfilter ein.
Der all diesen Aspekten der Erfindung gemeinsame Gedanke kommt in dem Verfahren zum Ausdruck, dass dem Abgas eines Dieselmotors vor seinem Partikelfilter ein Brennstoff, insbesondere Methanol und /oder ein Glycol, (vorzugsweise Monoethylenglycol und /oder Propylenglycol) zugesetzt wird, so dass der Brenn- stoff in gasförmigem Zustand auf der Katalysatoroberfläche oxydiert und dabei das Abgas auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Regeneration des Partikelfilters durchführbar ist. Dank dem vom Treibstofftank separaten Brennstofftank kann ein Brennstoff dazu verwendet werden, der bei für Diesel zu tiefen Abgastemperaturen mit dem Katalysator reagiert.
Die Erfindung wird anhand von spezifischen Versuchsanordnungen und anhand der Verwendung von verschiedenen ausgewählten Brennstoffen genauer erläutert. Es zeigt: Fig. 1 schematisch einen LKW mit Motor und Abgasstrang, Dieseltank und Brennstofftank für die Abgaserhitzung
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Versuchsanordnung, unter Ausblendung von Dieseltank und Verbrennungsmotor, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Versuchsanordnung, unter Ausblendung des Verbrennungsmotors, Fig. 4 eine schematische Darstellung einer dritten Versuchsanordnung, unter Ausblendung des Verbrennungsmotors,
Fig. 5 ein Diagramm über die Temperaturerhöhung um ΔT eines Abgases mit Temperatur T über einen ersten Diesel-Oxydations-Katalysator (Her- steller: HJS) ohne Eindüsung (Base Line) und mit Eindüsung von verschieden Medien,
Fig. 6 ein entsprechendes Diagramm über die NO2-Konzentration ohne und mit Eindüsung verschiedener Medien, Fig. 7 ein Diagramm über die Druck und Temperaturentwicklung im Abgas vor und während der Regeneration des Oxydationskatalysators gemäss Figur 1 mittels Monoethylenglycol,
Fig. 8 ein Diagramm über die Temperaturerhöhung über den Oxydationskatalysator in Abhängigkeit der Abgastemperatur vor dem Oxidationskata- lysator und der Zusammensetzung des eingedüsten Mediums Wasser und
Glycol,
Fig. 9 ein Diagramm über die Temperaturerhöhung über den Oxydationskatalysator in Abhängigkeit der Abgastemperatur vor dem Oxidationskata- lysator und der Zusammensetzung des eingedüsten Mediums aus Wasser und Glycerin,
Fig. 10 einen Behälter mit einem Brennstoff zur Regeneration von Partikelfiltern.
Fig. 11 ein Diagramm über die Temperaturerhöhung um ΔT eines Abgases mit Temperatur T über einen zweiten Diesel-Oxydations-Katalysator (Her- steller: Peugeot) ohne (Base Line) und mit Eindüsung von verschieden Medien,
Fig. 12 ein entsprechendes Diagramm über die NO2-Konzentration ohne und bei Eindüsung verschiedener Medien,
Der in Figur 1 schematisch dargestellte Lastkraftwagen besitzt einen Dieselmotor 11, dem mit einer Dieselpumpe 13 Diesel-Treibstoff aus einem Dieseltank 15 zugeführt wird. Der Diesel verbrennt mit der komprimierten Luft in den Zylindern des Motors 11 mager unter Abgabe von Kraft und Wärme und unter Bildung von Russ. Die Abgase aus dieser Verbrennung strömen in den Abgasstrang 17 und erreichen schliesslich den Partikelfilter 19. Mit dem Partikelfilter 19 werden die Russpartikel aufgefangen und aus dem Abgas herausgefiltert. Durch die Zunahme von Russpartikeln im Partikelfilter 19 steigt dessen Widerstand an. Ab einem Grenzwiderstand entsteht ein zu hoher Abgasdruck im Abgasstrang 17, so dass der Verbrennungsmotor 11 abstellt. Deshalb muss der Partikelfilter durch eine Regeneration von dem aufgefangenen Russ befreit werden, bevor der Motor 11 nicht mehr wirtschaftlich läuft oder gar abstellt.
Dem in Figur 1 dargestellten Partikelfilter 19 ist, um eine Regeneration zu erreichen, ein Oxydationskatalysator 21 vorgeschaltet. In der Regel sind der Katalysator 21 und der Partikelfilter 19 in einem gemeinsamen Auspufftopf angeordnet. Dieser kann insgesamt als Partikelfilter bezeichnet werden. Um eine klare Ausdrucksweise zu erhalten, wird der Auspufftopf zusammen mit dem Partikelfilter 19 und dem Katalysator 21 in dieser Schrift Filtertopf 23 genannt. Bei ausreichender Temperatur des Abgases vor dem Oxidationskatalysator 21 wird auf der Oberfläche des Katalysators 21 im Abgas enthaltenes NO zusammen mit dem Rest- Sauerstoff im Abgas zu NO2 umgewandelt. Dieses NO2 ist ein aggressives Oxida- tionsmittel, das fähig ist, den Russ im Partikelfilter 19 zu CO2 zu oxydieren. Diese Reaktion findet auch bei niedrigen Temperaturen ab 250 bis 300 Grad statt, nimmt aber mit Zunahme der Temperatur deutlich zu. Bei einem Gleichgewicht zwischen Russproduktion bei der Verbrennung und der NO2-Produktion im Katalysator 21 ist diese Regeneration des Partikelfilters ab einer bestimmten Temperatur des Abgases kontinuierlich gewährleistet.
Für eine sichere Regeneration muss indes ein gewisser Überschuss an NO2 produziert werden. Dieser NO2-Überschuss verlässt den Abgasstrang als umweltschädliches Reizgas, das vermieden werden sollte. Daher werden neuere Filtertöpfe 23 so dimensioniert, dass der Überschuss an NO2 im Mittel sehr gering ist, was zur Folge hat, das eine durchschnittlich notwendige Regeneration des Partikelfilters lediglich bei Temperaturen ab 250 bis 450 Grad stattfindet. Unter gewissen Fahrbedingungen ist die Regenerationsleistung daher unterdurchschnittlich, in anderen überdurchschnittlich. Bei einer länger andauernden unterdurchschnittlichen Regenerationsleistung muss der Partikelfilter zunehmend verstopfen.
Auch die NO2-Produktion ist abhängig von der Abgastemperatur. Bei Abgastemperaturen unter 220 Grad vor dem Katalysator ist dessen Wirksamkeit eingeschränkt oder gar unterbunden. Daher nimmt der Filterkuchen bei niedrigen Abgastemperaturen zu, obschon genügen NO und O2 im Abgas enthalten wären um einen Überschuss an NO2 zu produzieren. Dies ist der Hauptgrund, weshalb Partikelfilter verstopfen. Um nun Filtertöpfe 23 in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors einbauen zu können, die lediglich einen geringen NO2-Überschuss produzieren, ist es erforderlich, auch dann regenerieren zu können, wenn die kontinuierliche Regeneration über längere Zeitabschnitte ungenügend ist. Sollte der Filterkuchen zu dick wer- den, wird deshalb eine Regeneration erzwungen. Dies geschah bis anhin z.B. durch Einspritzen von Diesel in den Abgasstrang oder Durchschleusen von unverbranntem Diesel durch den Motor 11. Unter der Bedingung, dass das Abgas vor dem Katalysator über 200 Grad heiss ist, verbrennt dieser Diesel dann kataly- tisch auf dem Katalysator und erhöht die Abgastemperatur auf etwa 450 Grad, so dass das Abgas genug heiss ist, dass der Katalysator ausreichend viel NO2 produzieren kann und eine Regeneration des Partikelfilters rasch erreicht wird.
Aber auch für diese katalytische Verbrennung des Diesels ist eine minimale Abgastemperatur von 200 Grad erforderlich. Bei tieferen Temperaturen ist die Verbrennung des unverbrannten Diesels nicht gewährleistet. Ohne katalytische Verbrennung aber bewirkt die Anreicherung des Abgases mit Diesel nur, dass ein erhöhter Ausstoss an Kohlenwasserstoffen generiert wird. Die Abgastemperatur steigt nicht an und der Partikelfilter wird nicht regeneriert.
Um nun bei Abgastemperaturen unter 200 Grad dennoch eine Regeneration des Partikelfilters zu erreichen wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, das Abgas mit einem Medium anzureichern, das sich von Diesel unterscheidet. Dazu ist ein vom Dieseltank getrennter Brennstofftank 25 erforderlich. Dieser Brennstofftank besitzt eine eigene Brennstoffleitung 27, die in den Abgasstrang mündet, und eine Brennstoffpumpe 29.
Der Brennstoff kann nun so ausgewählt werden, dass er bei tieferen Temperaturen als der Diesel bereits katalytisch mit dem Restsauerstoff im Abgas reagiert, und daher die Abgastemperatur erhöht. Diese Erhöhung der Abgastemperatur soll zumindest bis auf eine solche Temperatur getrieben werden, die eine katalytische Oxydation des Diesels und daher eine wirkungsvolle Anreicherung des Abgases mit Diesel ermöglicht.
Eine Einrichtung für die Regeneration des Partikelfilters umfasst daher zwingend einen vom Dieseltank 15 getrennten Brennstoffstank 25, eine Brennstoffleitung 27 und beispielsweise eine Pumpe als Fördermittel 29. Damit die Funktion dieser Einrichtung automatisiert ist, ist eine in der Figur 1 eingezeichnete Steuerung 31 vorhanden. Diese Steuerung zeigt z.B. mit einer Warnleuchte 33 an, dass der Par- tikelfilter 23 regeneriert werden muss. Dazu ist im Filtertopf 23 ein Sensor angeordnet, z.B. ein Gegendruckmessgerät, dessen Signal von der Steuerung ausgewertet wird. Aufgrund eines Signals dieser Steuerung 31 kann nun die Regeneration mit Hilfe des Brennstoffs eingeleitet werden. Beispielsweise kann die Brenn- stoffpumpe 29 gleichzeitig oder zeitverzögert mit dem Aufleuchten der Warnleuchte 33 aktiviert werden.
In Figur 2 ist lediglich ein Ausschnitt aus dem oben beschriebenen Einrichtung dargestellt, nämlich der Brennstofftank 25, die Brennstoffleitung 27 mit Brenn- stoffpumpe 29 , sowie den Filtertopf 23 mit dem Oxydationskatalysator 21 und dem Partikelfilter 19.
Im Brennstofftank 25 ist ein Alkohol eingefüllt. Dieser wird zum Notregenerieren mit der Düse 35 in das Abgas gesprüht. Der versprühte Alkohol verflüchtigt sich im Abgas auch dann rasch, wenn dieses beispielsweise lediglich 190 Grad heiss ist. Bereits bei diesen niedrigen Temperaturen (ab 1500C) reagiert es auf der Katalysatoroberfläche mit dem Restsauerstoff unter Abgabe von Wärme, so dass das Abgas, je nach zugeführter Menge des Alkohols, um 100 bis 300 Grad erhitzt wird. Eine Darstellung der Druckentwicklung im Abgas und der Temperatur nach dem Oxydationskatalysator ist in Figur 7 dargestellt und wird weiter unten diskutiert. Diese Messungen wurden anhand einer Einrichtung gemäss Figur 2 gemacht, wobei zur Erhitzung des Abgases Monoethylenglycol verwendet wurde.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das zur Einspritzung von Brennstoff und Treibstoff geeignet ist. Die Pumpe 29 drückt je nach Stellung der Ventile 35 und 35' Brennstoff, Diesel oder Brennstoff und Diesel in den Raum vor dem Katalysator-Bauteil 21. Eine Steuerung 31 bedient die Ventile 35,35' und regelt die Anteile an Diesel und Brennstoff für die Anreicherung des Abgases 37. Ein Temperatursensor zwischen Katalysator 21 und Partikelfilter 19 liefert dazu die notwendigen Informationen.
In Figur 4 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, die sich für die Nachrüstung von bestehenden Fahrzeugen und Aggregaten mit Partikelfilter eignet, die das Abgas mit Diesel erhitzen können. Der separate Brennstofftank kann bei diesen ein Nachrüstteil oder aber ein bestehender Behälter mit einem geeigneten Brennstoff sein. Ein solcher bereits vorhandener Brennstoffbehälter ist der Kühlwassertank, sofern genügend Frostschutzmittel darin ist. Ein anderer ist der Tank der Scheibenwaschenlage, sofern ein Waschmittel mit ausreichend hohem Alkoholan- teil darin vorliegt. Die Eindüsung von Brennstoff und Treibstoff in das Abgas 37 kann unabhängig von einander geschehen.
Die in den Figuren 5 bis 9 abgebildeten Messungen entstammen einer Versuchan- Ordnung mit einem Euro 3 Industriedieselmotor (1.91 TDI von VW mit Turbolader, Direkteinspritzung und Abgasrückführung) und einem handelsüblichen kontinuierlich regenerierenden Partikelfiltersystem der Firma HJS (platindotierter Oxida- tionskatalysator). Es wurden verschiedene Brennstoffe in den Abgasstrang einge- düst. Die Eindüsung erfolgte gemäss der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung, in- nerhalb des Filtertopfes 23, stromaufwärts des Katalysators 21. Die jeweilige Einspritzmenge wurde so gewählt, dass bei vollständiger Verbrennung eine Temperaturerhöhung von etwa 100°C erreicht würde. Die Abgastemperaturen wurden über Drehzahl des Motors und Last (Leistungsbremse) eingestellt.
Aus Figuren 5 und 6 ist ersichtlich, welches die Effekte unterschiedlicher organischer Flüssigkeiten auf die Temperatur-Erhöhung (Fig. 5) und auf die NO2- Produktion (Fig. 6) über einen handelsüblichen Platin-Katalysators sind. Es ist dabei erstaunlich, dass die beiden Alkohole Methanol und Monoethylenglycol bereits bei 180 °C im Abgas einen erheblichen Anstieg sowohl der Temperatur als auch der NO2-Produktion auslösen. Die Anspringtemperaturen bei Monoethylenglycol (MEG), Methanol und Propylenglycol lagen bei 1800C. Bei Methanol und MEG wurde ein vollständiger Umsatz bereits bei 190 Grad festgestellt. In Bezug auf die Temperaturentwicklung sind Methanol und Monoethylenglycol etwa gleich leistungsfähig. Methanol ist, wie aus Figur 6 ersichtlich ist, bei kontinuier- lieh regenerierenden Systemen vorzuziehen, weil die NO2-Regeneration bereits bei ca. 200C kühleren Temperaturen ansteigt im Vergleich zu Monoethylenglycol.
Ebenfalls auffällig ist, dass die NO2 Produktion bei der Verwendung von Ethanol, 2-Propanol und Cyclohexanon nicht parallel zur Temperaturentwicklung ansteigt. Im Vergleich zum Anstieg der NO2-Produktion in Abhängigkeit der Temperatur ohne Einspritzung von Brennstoffen (Base Line), ist der Anstieg mit Einspritzung dieser Brennstoffe deutlich flacher. Dies wird unter anderem auf eine Konkurrenz zwischen der Oxidation des Brennstoffs und der Oxydation des NO auf dem Katalysator zurückgeführt. Es wird auch vermutet, dass bestimmte Oxydationspro- dukte der längerkettigen Alkohole, insbesondere Essigsäure und entsprechende Aldehyde, für die Inaktivierung des Katalysators bezüglich der NO/NO2 Konversion verantwortlich sind. Zum Vergleich wurde auch Dieseltreibstoff eingedüst. Auf dem verwendeten Katalysator beginnt eine Temperaturerhöhung erst oberhalb 2200C (Fig. 5). Dabei wird jedoch die NO2-Produktion weitestgehend unterdrückt (Fig. 6).
Die Versuche mit Methanol, Monoethylenglycol, Ethanol und Diesel wurde auch auf einem anderen Filtertopf durchgeführt (Hersteller Peugeot). Dieser Filtertopf enthält einen vermutlich hoch platindotierten Katalysator, welcher NO2 produziert, und einen nachgeschalteten Partikelfilter, welcher ebenfalls mit einem Katalysator dotiert ist, vermutlich vor allem Palladium. Dieser Filter ist handelsüblich für Automobile der Firma Peugeot, bei denen ein Treibstoffadditiv zum Einsatz kommt. Der aus dem Additiv und dem Russ gebildete Filterkuchen wird in diesen Fahrzeugen angezündet, indem die Motorensteuerung so manipuliert wird, dass unverbrannter Diesel ausgestossen wird. Dieser oxidiert auf dem Katalysator sowie auf dem katalytisch dotierten Partikelfilter exotherm. Der Filtertopf von Peu- geot wurde von uns ohne Modifikationen eingesetzt, der Motor jedoch nicht mit dem additivierten Treibstoff betrieben, sondern mit Diesel. Anstatt in die Motorensteuerung einzugreifen, um unverbrannten Diesel aus dem Motor in den Filtertopf zu leiten, wurde in unseren Versuchen ein Brennstoff in den Abgasstrom eingeleitet. Bei diesen Versuchen lagen die Anspringtemperaturen für die Oxidation der Treib- bzw. Brennstoffe zwar rund 30-40 Grad tiefer, aber qualitativ ergab sich ein sehr ähnliches Bild wie bei dem ersten Katalysator (HJS). Wiederum waren nur Methanol und Monoethylenglycol in der Lage eine Temperaturerhöhung schon bei sehr tiefen Abgastemperaturen (Fig. 11) zu bewirken, ohne dabei die NO2- Produktion zu unterdrücken (Fig. 12).
Es wurde auch die Regeneration des in obigen Versuchen benutzten Partikelfilters (der Firma HJS) untersucht. Der in Figur 7 dargestellte Druckverlauf zeigt ein Ansteigen des Druckes während 53A Stunden im Abgasstrang 37 gemäss Figur 2 auf gut 140 Millibar. Die Temperatur des Abgases nach dem Katalysator 21 bewegt sich in dieser Zeit um 200 Grad Celsius. Bei „Start" wird Monoethylenglycol
(8.5g/kg Abgas) eingedüst (Düse 35). Durch die Verdampfung dieses Brennstoffs steigt der Druck um 12 mbar an. Das verdampfte MEG reagiert mit dem Sauerstoff im Abgas 37 dank der katalytischen Oberfläche des Katalysatorbauteils 21 (Fig. 2) und setzt daher Wärme frei. Dank der nun erhöhten Temperatur hinter dem Kata- lysator von ca. 3500C beginnt die Regeneration des Partikelfilters und der Druck nimmt in der Folge des Russabbaus stetig ab. Bei Eindüsung von mehr Brennstoff wird eine höhere Temperatur und ein rascherer Abbau des Russes bewirkt. Zur schnelleren Regeneration des Partikelfilters sind in der Praxis Temperaturen von über 450 Grad anzustreben. Mit dem Ende der Eindüsung bei „Stop" sinkt der Abgasdruck rapide auf einen Druck unter 100 mbar ab und beginnt von neuem anzusteigen. Der erneute Anstieg ist die Folge davon, dass die Temperatur nach dem Ende der Eindüsung des Monoethylenglycols schlagartig abfällt auf ein Ni- veau unter 220 Grad, so dass kein NO2 produziert wird und aus doppeltem
Grund (zu niedrige Temperatur und NO2-Mangel) keine Regeneration mehr stattfindet. Durch die Eindüsung von MEG wurde die NO2-Konzentration im Abgas von 60ppm auf 115ppm erhöht, womit hinreichend NO2 für die Russverbrennung zur Verfügung stand.
Zur Klärung, ob der Nachteil der Erfindung, nämlich die Notwendigkeit eines vom Treibstofftank getrennten Medientanks, dessen Inhalt als Brennstoff in den Abgasstrom eingedüst werden kann, durch die Verwendung von bei Motorfahrzeugen bereits mitgeführten Flüssigkeiten gemildert werden kann, wurden Versu- che gemacht, die bestehenden Behälter eines Fahrzeugs zu nutzen und die darin enthaltenden Medien zur Anreicherung des Abgases mit einem katalytisch oxydierbaren Brennstoff anzureichern. Zur Verfügung stehen grundsätzlich das Kühlsystem mit dem darin fliessenden Kühlmittel, dessen Glycolkonzentration typischerweise um 50 bis 60 % liegt. Weiter zur Verfügung steht auch das Scheiben- Waschmittel im entsprechenden Behälter. Scheibenwaschmittel bestehen in der Regel 50/50% aus Wasser und einem Alkohol oder einem Alkoholgemisch.
In der Figur 8 ist daher die Wirkung von Glycol 100% bis hin zur wässrigen Lösung von Glycol mit einem Glycolanteil von lediglich 50% auf den Temperaturan- stieg über den Katalysator dargestellt. Bei den wässrigen Lösungen nimmt der
Temperaturanstieg erwartungsgemäss mit zunehmendem Wasseranteil ab, da das Wasser Verdampfungsenergie aufnimmt. Bei den dargestellten Messungen wurde der Wasseranteil korrigiert und die Dosierung so angepasst, dass bei jedem Versuch die gleiche Menge an Alkohol eingespritzt wurde. Es wurden überraschend geringe Einbussen beim Temperaturanstieg verzeichnet.
Entsprechende Ergebnisse sind auch in Figur 9 bezüglich wässrigen Lösungen von Glycerin mit einem Glycerinanteil von 75% bzw. 50% dargestellt. Es zeigt sich hier das gleiche Bild, dass nämlich der Temperaturanstieg auch bei der Verwen- düng einer wässrigen Lösung ausreicht, um eine Regeneration zu ermöglichen.
Diese Erkenntnis hat zwei Aspekte. Es kann zum Einen Kühlflüssigkeit oder Scheibenwaschflüssigkeit verwendet werden zum Anreichern des Abgases mit einem kataly tisch oxydierbaren Medium, um die Abgastemperatur auf eine für die Regeneration des Partikelfilters ausreichende Temperatur anzuheben. Diese Flüssigkeiten können den vorhandenen Behältern entnommen werden.
Der zweite Aspekt besteht darin, dass offensichtlich auch eine wässrige Lösung eines leicht entflammbaren Alkohols, z.B. Methylalkohol, verwendet werden kann. Diese ist unbedenklich bezüglich Handel und Handhabung. Sie kann in speziell für die Regeneration von Partikelfiltern vorgesehene Brennstofftanks eingefüllt werden und benötigt, im Gegensatz zu beispielsweise einem Gasbehälter, keine Sicherheitsvorkehrungen.
Eine bevorzuge Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung des Brennstoffes zum „Anzünden" eines Filterkuchens aus Russ, welches im Gemisch mit einem mittels Treibstoffadditiv zugegebenen Katalysator vorliegt. Dies ist eine Alternative zu den bekannten Verfahren der elektrischen Zündung solcher Filterkuchen oder der Zündung durch Manipulation der Motorensteuerung zum Zweck der kurzzeitigen Abgastemperaturerhöhung. In einer bevorzugten Variante wird das mit dem Brennstoff angereicherte Abgas auf einem vor dem Partikelfilter angeordneten Oxidationskatalysator umgesetzt und erhitzt auf diese Weise das Abgas über die Zündtemperatur des Filterkuchens.
Je nach Auswahl des Treibstoffadditivs kann anstatt eines im Abgasstrom angeordneten Katalysatorelements der im Russfilterkuchen vorliegende Katalysator selbst zur Oxidation des zugegebenen Brennstoffes verwendet werden (z.B. PIa- tin). Eine bevorzuge Variante besteht darin ein konventionelles eisenhaltiges Treibstoffadditiv zu verwenden, um den im Partikelfilter abgelagerten Russ mit Eisen aufzudotieren und damit die Zündtemperatur des Filterkuchens zu verringern. Zur Einleitung der Regeneration wird dem Treibstoff zunächst anstatt dem Eisenadditiv ein Platinadditiv zugemischt, sodass sich auf der Oberfläche des FiI- terkuchens eine Platinschicht bildet. Dann wird der zur Regeneration erforderliche Brennstoff eingedüst, welcher direkt auf der Russoberfläche mit dem Platinkatalysator reagiert und so die Zündung des Filterkuchens bewirkt.
Eine zu handelnde Einrichtung zum Einbau in ein Fahrzeug oder ein Aggregat mit Dieselmotor und Partikelfilter, umfasst daher einen Brennstofftank für beispielsweise eine wässrige Alkohollösung, eine Leitung und eine Pumpe, sowie eine Düse zum Verdüsen des Brennstoffs im Abgasstrang. Die Leitung kann bei Nachrüst- teilen mit einer Manschette versehen sein, mit welcher ein Auspuffrohr umschlos- sen werden kann. Die Anordnung der Leitung mit der Düse im Auspuffrohr ist dadurch sehr einfach. Zudem wird eine elektrische Leitung zwischen dem Pumpenmotor und einem Schalter benötigt. Der Schalter kann auch händisch bedienbar sein.
In Figur 10 ist schliesslich ein Kanister dargestellt, der einen Brennstoff enthält, der für die Regeneration von Partikelfiltern vorgesehen ist. Der Brennstoff kann beispielsweise eine 80%ige wässrige Lösung von Alkohol sein. Der Alkoholanteil kann verschiedene Komponenten umfassen, insbesondere einen Hauptanteil an Methanol für ein frühes Ansteigen des NO2, und gegebenenfalls einen geringeren Anteil an Monoethylenglycol. Ein solcher Kanister ist über bestehende Vertriebskanäle in Tankstellenshops anbietbar.
Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht in erster Linie eine Notregeneration, kann aber auch zur regulären Regeneration genutzt werden. Eine Notregeneration wird nicht häufiger als bei jedem zweiten Regenerationszyklus ausgelöst, vorzugsweise nicht häufiger als bei jedem fünften Regenerationszyklus. Sie wird nur dann ausgelöst, wenn bei den gegebenen Betriebsbedingungen des Magermotors die reguläre Regeneration nicht stattfinden kann und eine Regeneration für das weitere Betreiben des Motors notwendig ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters (19) eines Magermo- tors(ll), insbesondere eines Dieselmotors, bei welchem Verfahren bei zu niedriger Abgastemperatur das Abgas (37) an einer Zuführungsstelle stromaufwärts des Partikelfilters (19) mit einem katalytisch oxydierbaren Medium angereichert und durch katalytische Oxydation des Mediums auf eine für die Regeneration des Partikelfilters ausreichende Abgastemperatur aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas (37) mit einem vom Treibstoff und dessen Spaltprodukten unterschiedlichen Brennstoff angereichert wird, der auf dem Katalysator bei niedrigeren Temperaturen oxydiert als der Treibstoff.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur mit dem Brennstoff auf eine erste Temperatur erhitzt wird, bei welcher der Treibstoff katalytisch oxidiert werden kann, und zugleich oder an- schliessend das Abgas (37) mit Treibstoff angereichert wird.
3. Verwendung eines katalytisch oxydierbaren Mediums zur Anreicherung des Abgases (37) eines Magermotors (11), um das Abgas (37) durch katalytische Oxydation des Mediums auf eine für die Regeneration des Partikelfilters ausreichende Abgastemperatur aufzuheizen, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium ein vom Treibstoff des Magermotors und dessen Spaltprodukten unterschiedlicher Brennstoff ist, der bei einer tieferen Temperatur als der Treibstoff katalytisch oxidierbar ist.
4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff eine organische Flüssigkeit ist oder enthält.
5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff ein Alkohol ist oder ein zu wenigstens 40%, vorzugsweise wenigstens 50% Alkohol enthaltendes Gemisch ist.
6. Verwendung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff Methylakohol oder ein wenigstens 10% Methylalkohol enthaltendes Gemisch ist.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff ein Glykol ist, vorzugsweise Monoethylenglycol oder Propylenglykol, oder dass der Brennstoff ein wenigstens 10% Glycol enthaltendes Gemisch ist.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Verflüchtigungstemperatur des Brennstoffs tiefer ist als die mittlere Verflüchtigungstemperatur des Treibstoffes, insbesondere unter 250 Grad Celsius.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verflüchtigungstemperatur des Brennstoffs unter der für eine kata- lytische Reaktion des Treibstoffes mindestens notwendigen Abgastemperaturen liegt, insbesondere unter 220 Grad Celsius, vorzugsweise unter 200 Grad Celsius, besonders bevorzugt unter 1900C.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in Wasser gelöst ist.
11. Verwendung einer Einrichtung, die einen Brennstofftank (25) und eine Brennstoffleitung (27) und ein Fördermittel (29) umfasst, als Notregenerier- Einrichtung bei einer Vorrichtung, die einen Magermotor (11), einen Treibstofftank (15), einen Abgasstrang (17), und einen Partikelfilter (19) im Abgasstrang umfasst, bei welcher Verwendung die Brennstoffleitung (27) stromaufwärts des Partikelfilters (19) in den Abgasstrang mündend angeordnet ist oder wird, so dass das Abgas (37) vor dem Partikelfilter (19) mit einem Brennstoff aus dem Brennstofftank (25) angereichert werden kann.
12. Vorrichtung umfassend:
- einen Magermotor (11), einen Treibstofftank (15) und eine Treibstoffleitung vom Treibstofftank zum Magermotor,
- anschliessend an den Magermotor (11) einen Abgasstrang (17) und darin angeordnet katalytische Oberflächen (21) und einen Partikelfilter (19), gekennzeichnet durch
- einen vom Treibstofftank getrennten Brennstofftank (25) zur Aufnahme eines sich vom Treibstoff und dessen Spaltprodukten unterscheidenden Brennstoffs, - eine in den Abgasstrang (17) mündende Brennstoffleitung (27) vom Brennstofftank (25) zu einer Zuführstelle im Abgasstrang (17), die stromaufwärts des Partikelfilters (19) und der katalytischen Oberflächen (21) liegt, und
- Fördermittel (29) zum Fördern des Brennstoffs in den Abgasstrang (17) und eine Schaltung (31) zum Aktivieren der Fördermittel (29).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Sensor (41) zur Überwachung der Druck- und/oder Temperaturverhältnisse im Abgasstrang (17) und zur Betätigung der Schaltung (31).
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Anschluss der Schaltung (31) an eine Warneinrichtung (33) des Magermotors (11), welche die Notwendigkeit einer Regeneration des Partikelfilters (19) anzeigt.
15. Nachfüllpackung für eine Einrichtung zum Regenerieren eines Partikelfilters (19) eines Dieselmotors (11), enthaltend einen von Diesel und Dieselspaltprodukten unterschiedlichen Brennstoff, insbesondere einen Alkohol.
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