SE516061C2 - Arrangemang och metod för rengöring av partikelfilter med hjälp av en tongenerator - Google Patents

Description

»nian 51.6 G61 ïlïïïfïi-e .;.-.'.3 2 För att förlänga filtrets livslängd är det därför önskvärt att filtret rengörs på något sätt utan at filtret behöver demonteras från avgaskanalen. I detta sammanhang har försök gjorts med katalytiska filter vilka är avsedda att katalytiskt förbränna sotpartiklarna. Denna typ av process avlägsnar dock inte askbeläggningen från filterytan. Vidare finns en risk för att askan bildar ett cement på filtrets yta av den vid den katalytiska förbränningsprocessen genererade värmen. f.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Ett ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en förbrärmingsmotor innefattande en avgaskanal och ett i nämnda avgaskanal beläget partikelfilter, där rengöring av partikelfiltret från sot och askpartiklar medges utan att filtret behöver avlägsnas från avgaskanalen. Detta ändamål uppnås genom en förbränningsmotor enligt den kännetecknande delen av patentkravet 1. Genom att ansluta en tongenerator till nämnda avgaskanal erhålles medel för att rengöra partikelfiltret med hjälp av en från tongeneratom genererad oscillerande luñström.

Närrmda oscillerande luftström frigör sot- och askpartiklar från nämnda filter vilka däreñer kan borttransporteras från filtret.

Ett andra ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en metod för rengöring av ett i en till en förbränningsmotor tillhörande avgaskanal beläget partikelfilter. Detta ändamål uppnås genom en metod enligt den kännetecknande delen av patentkravet 11. Genom att _ tongeneratorn genererar en oscillerande luftström frigörs sot- och askpartiklar från nämnda filter ett infraljud vilka därefter kan borttransporteras från filtret.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer nedan att närmare beskrivas i fonn av ett utföringsexempel och i anslutning till bifogade ritningsfigurer, där fig. l visar schematiskt en förbräimingsmotor innefattande en avgaskanal och ett i nämnda avgaskanal beläget filter, 2516, 06.1 3 fig. 2 visar en detalj av utformningen av ett i partikelfiltret befintligt membran fig. 3 visar en utföringsforrn av uppfinningen där tillslag av tongeneratorn sker på grundval av information om tryckfallet över filtret.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Figur 1 visar schematiskt en förbränningsmotor 1 innefattande en avgaskana12 och ett i nämnda avgaskanal beläget partikelfilter 3. Förbränningsmotorn är av i sig känt slag och kommer därför inte att beskrivas närmare. Avgaskanalen innefattar i förekommande fall ett grenrör 4 vilket förbinder utloppen från respektive cylindrar (icke visade) i förbränningsmotorn l. Avgaskanalen 2 är i sig av konventionellt slag och kan i förekommande fall vara utrustad med en eller flera avgasturbiner (icke visade) för drift av en eller flera kompressorer (icke visade) belägna i förbränningsmotorns inloppskanal (icke visad). Vidare kan i förekommande fall katalytiska reaktionskamrar (icke visade) vara placerade i avgaskanalen.

I anslutning till avgaskanalen 2 finns en tongenerator 5 monterad. Tongeneratorn, vilken är av för fackmannen välkänt slag, 5 genererar en lågfrekvent oscillerade luftström, vilken leds in i avgaskanalen företrädesvis i riktning mot filtret. I ett föredraget utföringsexempel såsom visat i figur l innefattar tongeneratorn 5 en högtalare 6a vilken kommunicerar med en resonanskammare 6 från vilken en vågledare 7 kommunicerar med avgaskanalen. I ett ytterligare föredraget utföringsexempel är en reflektor 8 monterad i avgaskanalen för att ytterligare rikta lufcströmmen eller ljudet mot filtret. För att tillse att tongeneratoms känsliga högtalare inte exponeras alltför mycket för den i avgaskanalen under nonnal drift genererade värmen kan vågledaren 7 kylas, exempelvis genom kring vågledaren monterade kylflänsar.

För att förhindra att reflektorn 8 leder partiklar in till vågledaren 7 kan reflektorn 8 vara utrustad med håligheter eller spalter i nära anslutning till reflektoms infastning till vågledarens 7 mynning eller avgaskanalens vägg beroende på montering av reflektom. På detta sätt kan partiklar falla längs reflektornß för att därefter passera nämnda spalter eller håligheter för att slutligen insamlas i uppsamlingsbehållaren. I en föredragen utföringsform utgörs nämnda reflektor av ett spjäll vilket är avsett att öppna och stänga vågledaren 7 varvid en icke störd strömning i avgaskanalen 2 medges under normaldrifi. :vasa 516. 06.1 9' I ett föredraget utföringsexempel placeras en uppsamlingsbehållare 9 för frigjorda sot- och askpartiklar i nämnda avgaskanal 2 uppströms och i omedelbar anslutning till nämnda filter 3.

Med uppströms avses i avgaskanalen och i riktning mot förbränningsmotorn. Då partiklarna frigörs från filtret 3 transporteras partiklarna från filtrets yta till uppsamlingsbehällaren. För att medge transport från filtret 3 till uppsarnlingsbehållaren 9 är filtret 3 i en föredragen ~- utföringsform av uppfinningen placerad i ett parti 10 av nämnda avgaskanal 2 uppvisande en lokal utbredningsriktning 11 vilken, bildar en vinkel överstigande 60° med horisontalplanet. I en ytterligare fóredragen utföringsfonn är den lokala utbredningsriktningen mellan 85° och 90° mot horisontalplanet. Uppmätningen är avsedd att utföras då avgaskanalen är monterad i vid användning avsett skick och i fallet att fórbränningsmotom är monterad till ett fordon, då fordonet är placerat på plan mark. Nämnda placering av filtret i nämnda parti medger att då partiklar frigjorts från filtret, nämnda partiklar transporteras mot uppsamlingsbehållaren under inverkan av gravitationen. För att tillse att partiklarna faller ned i uppsamlingsbehållaren 9 är behållaren placerad i anslutning till den lokala utbredningsriktningens fortsättning nedströms filtret.

Eftersom tongeneratom genererar en oscillerande lufiström kommer även tongeneratom medverka vid borttransporten av partiklarna när de släppt från filtrets yta. En oscillerande luftström uppvisar vid bildande av ett tidsmedelvärde över en eller flera perioder ingen medeltransportriktriing. Dock kommer den koncentration som finnes vid filterväggen vid påbörjande av rengöringsprocessen att successivt, i realtid mycket fort, utj ämnas så att partikelkoncentrationen inom det område där oscillationen pågår är huvudsakligen homogen, med undantag av de effekter som åstadkommes vid bildande av stående vågor i systemet.

Detta innebär att en borttransport av partikar från filtrets 3 yta i riktning mot uppsamlingsbehållaren 9 med hjälp av tongeneratom.

I en fóredragen utfóringsform av uppfinningen placeras uppsamlingsbehållaren därför på ett sådant sätt att en huvuddel av det ornråde 12 som är beläget nedströms uppsamlingsbehållaren 9 är uppvisar en lokal utbredningsriktning som bildar en vinkel överstigande 60° med horisontalplanet, företrädesvis mellan 85° och 90° mot horisontalplanet.

I en utföringsforrn av uppfinningen, såsom visad i figur 3, är tongeneratorns 5 mynning 13 placerad i direkt anslutning till uppsamlingsbehållaren 9 och bakom en hålig struktur 14, |»||| 516 061 S exempelvis ett nät, vilket tillåter passage av partiklarna till behållaren. Den håliga strukturen 14 minskar risken för att avgasströmmen vid normaldrift skall riva med sig partiklar från uppsamlingsbehållaren 9 och därigenom återföras till filtret 3. Genom Placeringen av mynningen 13 till tongeneratorn bakom den håliga strukturen 14 erhålles en mer skyddad plats för tongeneratorn 5 samt erhålles mindre inverkan av tongeneratom vid normal drift av förbränningsmotorn.

Borttransport av från filterväggen frigjorda partiklar utgörs i en utföringsfonn av uppfinningen såsom exemplifierad i figur 3 av en i anslutning till uppsamlings behållaren ansluten evakueringskanal 19 där ett undertryck skapas, genom exempelvis en fläkt 30.

Uppsarnlingsbehållaren 9 är företrädesvis försedd med en anordning 15 vilken medger förbränning av sotpartiklarna i uppsamlingsbehållaren. Denna anordning kan exempelvis utgöras av en elspiral.

Vidare visas i figur 1 en styrdator 16, vilken är avsedd att kontrollera till och frånslag av tongeneratorn 5, och i förekommande fall öppning och stängning av spjäll 8, anordnade för öppnande och slutande av en kommunikationskanal mellan tongenerator 5 och avgaskanal 2. I en utföringsform av uppfinningen aktiveras tongeneratom som funktion av körsträckan hos ett av törbränningsmotorn drivet fordon. I en alternativ utföringsforrn uppmäts tryckfallet över filtret 3, exempelvis genom trycksensorer 17, 18 belägna uppströms och nedströms filtret 3.

I figur 2a och 2b visas i detalj filtrets uppbyggnad. Filtret 3 innefattar ett membran penneabelt för gaskomponenter genererade vid en förbränningsprocess i förbränningsmotorn men icke permeabelt för sot- och askpaitiklar genererade vid samma förbränningsprocess. Membranet utgörs av en första uppsättning kanaler 21, var och en uppvisande ett öppet inlopp 22, sidoväggar 23 och en sluten änclvägg 24, och en andra uppsättning kanaler 25, var och en uppvisande ett öppet utlopp 26, sidoväggar 23 och en sluten ändvägg» 27, där avgasströmmen från förbränningsmotorn är avsedd att ledas från den första uppsättningen kanaler till den andra uppsättningen kanaler via närrmda sidoväggar.

Nämnda första uppsättning kanaler är företrädesvis monterade med en lokal utbredningsriktning 27 vilken, bildar en vinkel överstigande 60° med horisontalplanet. I en .faan 516 ÜÖÜl c ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen är den lokala utbredningsriktningen 27 hos den första uppsättningen kanalen vinklad mellan 85° och 90° mot horisontalplanet.

I en alternativ utföringsforrn av uppfinningen utgör tongeneratorn av enbart av en resonanskrets avstäind för önskad frekvens. Resonanskretsen matas i detta fall av förbränningsmotorns avgasström. I detta fall måste resonanskretsen vara avstängt fiån avgaskanalen vid normal drifi och kommunicera med avgaskanalen under rengöringsprocessen av filtret. För 'detta ändamål är en resonanskammare 6 ansluten till avgaskanalen via en vâgledare 7. Vidare uppbär avgaskanelen, alternativt vågledaren ett spjäll vilket medger avstängning eller öppning av kanalen mellan resonanskammare 6 och avgaskanal 2.

Kontrollenheten 16 innefattar även en inkanal 28 för informationsmottagande om driñsförhållandet av törbränningsmotorn och i förekommande fall av det av törbränningsmotom drivna fordonet. I en utföringsfoim av uppfinningen aktiveras enbart tongeneratom under bestämda driftförhållande hos fordonet. Företrädesvis under tomgång eller när motorn är avstängd. För att partiklarna skall föras från filtret 3 till uppsarnlingsbehållaren 9 är det av vikt att volymflödet i avgaskanalen inte är alltför stort. I det fall att en elektrisk tongenerator nyttjas sker rengöringsprocessen företrädesvis med motom avslagen och i det fall att tongeneratorn utgörs av en resonanskamrnare aktiverad av avgasströmmen sker rengöringsprocessen företrädesvis vid tomgång.

Rengöringsprocessen sker företrädesvis med en oscillerande luftström med en period understigande 100 Hz och i en ytterligare föredragen rengöringsprocess med en period understigande 50 Hz. Rengöringsprocessen sker företrädesvis vid ett ljudtryck mellan 50 och 150 dB.

Vidare är i en föredragen utföringsform uppsarnlingsbehållaren 9 försedd med en servicelucka 29 genom vilken aska och i förekommande fall sotpartiklar avlägsnas. Även resonanskarnmaren 6 kan vara försedd med en sådan renslucka.

Uppfinriingen är inte begränsad till ovan angivna utföringsexempel utan kan varieras inom ramen för efterföljande patentkrav. Exempelvis kan de i anslutning till figur 1 och 3 angivna trycksensorer, evakueringskanal, placering av vågledarens mynning i avgaskanalen fritt »lu /Ü .

.HU fÛ.

API: FO kombineras. Vidare kan tongeneratom även placeras nedströms partikelfiltret. n» n o nu.. 1 n o»

Claims (1)

1. :anno PATENTKRAV 516 061 XL Förbrärmingsmotor innefattande en avgaskanal och ett i nämnda avgaskanal beläget partikelfilter innefattande ett membran perrneabelt for gaskomponenter genererade vid en förbränningsprocess i iörbränningsmotom men icke permeabelt for sot- och askpartiklar genererade vid samma fórbränningsprocess k ä n n e t e c k n a d a v att en tongenerator är ansluten till nämnda avgaskanal varvid, vid en rengöringsprocess, den från tongeneratom genererade oscillerande lufiströmmen frigör sot- och askpartiklar från nämnda filter. Förbränningsmotor enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d a v att en uppsamlingsbehållare för frigjorda sot- och askpartiklar är anordnad i nämnda avgaskanal uppströms och i omedelbar anslutning till nämnda filter. Förbränningsmotor enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda membran och nämnda uppsamlingsbehållare är placerade i nämnda avgaskanal på ett sådant sätt efier en partikel frigjorts från membranet transport av nämnda partikel från membranet till uppsarnlingsbehållaren. Förbränningsmotor enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda membran är placerad i ett parti av nämnda avgaskanal uppvisande en lokal utbredningsriktning vilken, bildar en vinkel överstigande 60° med horisontalplanet. Förbränningsmotor enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att den lokala utbredningsriktningen är vinklad mellan 85° och 90° mot horisontalplanet. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att membranet utgörs av en första uppsättning kanaler, var och en uppvisande ett öppet inlopp, sidoväggar och en sluten ändvägg, och en andra uppsättning kanaler, en uppvisande ett öppet utlopp, sidoväggar och en sluten ändvägg, där avgasströmmen från törbränningsmotorn är avsedd att ledas från den forsta uppsättningen kanaler till den andra uppsättningen kanaler vis nämnda 10 11 12 13 14 516 061 Û I sidoväggar och att nämnda första uppsättning kanaler uppvisar en lokal utbredningsriktning överstigande 60° med horisontalplanet. Förbrärmingsmotor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda tongenerator är avsedd att, vid nämnda rengöringsprocess, generera ett ljud med en frekvens understigande 100 Hz. Förbränningsmotor enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda tongenerator är avsedd att, vid nämnda rengöringsprocess, generera ett ljud med en frekvens understigande 50 Hz. Förbrärmingsmotor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att närrmda tongenerator är elektriskt driven. Förbränningsmotor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda tongenerator utgörs av en resonanskrets vilken drivs av den av törbränningsmotorn genererade gasströmmen. Metod för rengöring av ett partikelfilter beläget i en till en törbränningsmotor tillhörande avgaskanal k ä n n e t e c k n a d a v att en från en tongenerator genererade oscillerande luttström frigör sot- och askpartiklar från nämnda filter ett infraljud. Metod enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d a v att de från partikelfiltret frigjorda partiklarna borttransporteras från filtret till en uppsamlingsbehållare. Metod enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d a v att transporten från partikelñltret till uppsamlingsbehållaren sker huvudsakligen genom gravitationens inverkan på partiklarna. Metod enligt krav 12 eller 13, k ä n n e t e c k n a d a v att transporten från partikelfiltret till uppsamlingsbehållaren sker åtminstone delvis med hjälp av den oscillerande luftströmmen från tongeneratorn. 11111 15 16 17 18 19 20 21 516 061 oa- nu 10 Metod enligt något av kraven 11 - 14, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda tongenerator generar ett ljud med en frekvens understigande 40 Hz. Metod enligt krav 15, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda tongenerator generar ett ljud med en frekvens understigande 20 Hz. Metod enligtnågotavkraven 11 - 16,kännetecknad av att frånoch tillslag av tongeneratorn kontrolleras av en styrdator. Metod enligt krav 17, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda styrdator erhåller infonnation avseende körsträckan hos ett av nämnda forbränningsmotor drivet fordon och att tongeneratom aktiveras med avseende på körsträckan jämna intervall. Metod enligt krav 16 eller 17, k ä n n e t e c k n a d a v att styrdatom inhämtar information om tryckfallet över filtret och att tongeneratom aktiveras när tryckfallet över filtret överstiget ett bestämt gränsvärde. Metodenligtnågotavkraven l7-l9,kännetecknad av att tongeneratorn aktiveras vid tomgång. Metod enligtnâgotavkraven 17- 19,kännetecknad av att tongeneratom aktiveras vid när fórbränningsmotom är avslagen.