DE3403505A1 - METHOD AND DEVICE FOR REGENERATING A PARTICLE SEPARATION FILTER IN THE EXHAUST PIPE OF A DIESEL ENGINE - Google Patents

Description

Anm.: Ford-Werke AG Ottoplatz 2 5ooo Köln 21Note: Ford-Werke AG Ottoplatz 2 5ooo Cologne 21

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren eines Partikelabscheidefilters in der Abgasleitung eines Dieselmotors.Description: Method and device for regenerating a particle separation filter in the exhaust pipe of a diesel engine.

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Beschreibungdescription

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelabscheidefilters in der Abgasleitung eines Dieselmotors sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention relates to a method for regenerating a particle separation filter in the exhaust pipe of a diesel engine and a device for carrying out the method according to the invention.

Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik dürfen im Abgas eines Dieselmotors bis zu o,375 g/km an Feststoffpartikeln enthalten sein. Mit den strengeren Abgasreinigungsvorschriften, wie sie beispielsweise in den Vereinigten Staaten von Amerika in den Jahren 1985 bis 1988 in Kraft treten, werden nur noch o,125 g/km zugelassen. Ein derart geringer Gehalt an Feststoffpartikeln im Abgas läßt sich nicht ohne ein Zurückhalten der Partikel auf irgendeine Weise erreichen.According to the current state of the art, the exhaust gas of a diesel engine may contain up to 0.375 g / km of solid particles be. With the stricter emission control regulations, such as those in the United States of America in the Years 1985 to 1988 come into force, only o, 125 g / km approved. Such a low content of solid particles in the exhaust gas cannot be achieved without holding back the Reaching particles in some way.

Die meisten bis heute verwendeten Rückhaltematerialien von Bedeutung bestehen aus massiven oder fasrigen keramischen Filterstoffen (s. beispielsweise US-PS 4 276 o71) oder Drahtmaschengeweben (s. US-PS 3 499 269), wobei ein jedes Material auf eigene charakteristische Weise die Partikel zurückhält.Most of the significant restraint materials used to date consist of solid or fibrous ceramic Filter cloth (see, for example, U.S. Patent 4,276,071) or wire mesh (see U.S. Patent 3,499,269), each of which holds back the particles in its own characteristic way.

Die während der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs ausgestoßenen und zurückgehaltenφn Partikel können nicht einfach gesammelt werden, da sie in der typischen Größenordnung von 353 1 für je 1oo ooo km Motorleistung anfallen. Wenn sich die Partikelansammlung aufbaut, wird die Drosselwirkung des Abgassystems erhöht, was gewöhnlich als Staudruck des Filters bezeichnet wird. Es sind deshalb Maßnahmen erforderlich, um das abgefangene Material zeitweise zu entfernen, was gemeinhin als Regenerierung des Filters bezeichnet wird. Eine der meistversprechenden Methoden, die bis heute gefunden wurden, ist die Neuaktivierung des Filters durch thermische Oxidation der kohlenstoffhaltigen Partikel, die bei etwa 593° C veraschen.The emissions emitted over the life of a motor vehicle and retained particles cannot be easily collected as they occur in the typical order of magnitude of 353 liters for every 100,000 km of engine power. When the particle accumulation builds up, the throttling effect of the exhaust system is increased, which is usually referred to as the back pressure of the filter will. Measures are therefore required to temporarily remove the intercepted material, commonly known as Regeneration of the filter is called. One of the most promising methods found to date is that Re-activation of the filter by thermal oxidation of the carbon-containing particles, which are ashed at around 593 ° C.

Normale Abgastemperaturen von Dieselmotoren erreichen während des normalen Fahrbetriebs kaum 593° C. Deshalb sind MaßnahmenNormal exhaust gas temperatures from diesel engines barely reach 593 ° C during normal driving. Therefore, measures are required

^:34O35O5 ^: 34O35O5

zur hilfsweisen Temperaturerhöhung erforderlich, um eine thermische Oxidation herbeizuführen. Die bis heute verwendeten Maßnahmen zur thermischen Oxidation lassen sich in drei Gruppen einteilen:required for an auxiliary temperature increase in order to bring about a thermal oxidation. The ones used to this day Thermal oxidation measures can be divided into three groups:

- Verwendung eines mit Brennstoff gespeisten Brenners- Use of a fuel-fed burner

(US-PS 4 167 852 und JP-PS 55-19934),(U.S. Patent 4,167,852 and Japanese Patent Publication 55-19934),

Verwendung eines elektrischen Erhitzers (US-PSen 4 27o 936, 4 276 o66, 4 319 896) undUse of an electric heater (U.S. Patents 4,270,936, 4 276 o66, 4 319 896) and

- die Anwendung von Verstimmungstechniken, die mit einer der vorstehend aufgeführten Gruppen kombiniert werden können, um die Abgastemperatur zu bestimmten Zeiten anzuheben (US-PSen 4 211 o75 und 3 499 269).- the use of detuning techniques that can be combined with one of the groups listed above, to raise the exhaust gas temperature at certain times (U.S. Patents 4,211,075 and 3,499,269).

Diese Techniken werden bisher verwendet, um die angesammelten Partikel in Anwesenheit von überschüssigem Sauerstoff zu verbrennen. These techniques have heretofore been used to burn the accumulated particulates in the presence of excess oxygen.

Eine jede dieser bekannten Maßnahmen hat mit ihnen verknüpfte Nachteile, wie sie im einzelnen in der prioritätsgleichen Patentanmeldung P ... (deutsche Nachanmeldung zur US-Patentanmeldung Ser.No. 463 686 vom 3. Februar 1983) näher erläutert sind. Von noch größerer Bedeutung ist jedoch, daß eine jede der bekannten Maßnahmen von einem Steuersystem betrieben werden muß, das vollständig vom Fahrer in Gang gesetzt und gesteuert wird, so daß es an folgenden Möglichkeiten mangelt:Each of these known measures has their associated disadvantages, as they are in detail in the same priority Patent application P ... (German subsequent application to US patent application Ser.No. 463 686 of February 3, 1983) explained in more detail are. Even more important, however, is that each of the known measures be operated by a control system must, which is completely started and controlled by the driver, so that there is a lack of the following options:

(a) Ingangsetzen des Regeneriervorgangs nur dann, wenn der Filter optimal regeneriert werden muß,(a) Start the regeneration process only when the Filter must be optimally regenerated,

(b) Aufrechterhaltung des Regeneriervorgangs für eine Zeitspanne, die eine optimale Lebensdauer des Filters, eine optimale Filtration und niedrigsten Brennstoffverbrauch für das Fahrzeug gewährleistet, und(b) Maintaining the regeneration process for a period of time, the optimal service life of the filter, optimal filtration and lowest fuel consumption guaranteed for the vehicle, and

(c) schnelles Ansprechen auf Änderungen in den Betriebsbedingungen des Motors zum Auslösen eines Regenerierzyklus unter optimalen Filtrationsbedingungen anstelle, wie beim Stand der Technik, nur dann, wenn der Motor in einem engen Bereich von Betriebszuständen arbeitet.(c) quick response to changes in operating conditions of the motor to initiate a regeneration cycle under optimal filtration conditions instead of, as in State of the art, only when the engine is working in a narrow range of operating states.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Mängeln abzuhelfen.The object of the invention is to remedy these deficiencies.

Die Erfindung löst diese Aufgabe verfahrensmäßig dadurch, daß, wenn der an einer Stelle unmittelbar stromaufwärts vom Filter gemessene Druck des Abgasstroms einen vorbestimmten maximal zulässigen Wert überschreitet, welcher in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors veränderbar ist, die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:The invention solves this problem in terms of method in that, when the pressure of the exhaust gas flow measured at a point immediately upstream of the filter has reached a predetermined maximum permissible value, which can be changed depending on the operating conditions of the engine, the following Process steps are carried out:

(a) Vorbeileiten des Abgasstroms am Filter unter Umgehung desselben und Führen eines Stroms von verbrennungsförderndem Gas zu und durch den Filter in geringer Strömungsmenge, (a) Bypassing the exhaust gas flow on the filter, bypassing the same and leading a flow of combustion-promoting Gas to and through the filter in a low flow rate,

(b) Anheben der Temperatur des verbrennungsfordernden Gases auf eine zum Zünden wenigstens des vorderen Teils der Partikelansammlung im Filter ausreichenden Höhe und(b) Raising the temperature of the combustion-promoting gas to a height sufficient to ignite at least the front part of the particle accumulation in the filter and

(c) Messen der Temperatur des erwärmten verbrennungsfördernden Gases beim Verlassen des Filters und Abschalten des Stromes von erwärmten verbrennungsfordernden Gas durch den Filter, wenn die Gastemperatur beim Verlassen des Filters einen vorbestimmten Wert überschreitet, um dadurch den Regenerierzyklus zu beenden.(c) Measuring the temperature of the heated combustion-promoting gas as it exits the filter and shutdown the flow of heated combustion-promoting gas through the filter if the gas temperature exceeds a predetermined value when leaving the filter, in order to end the regeneration cycle.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich zweckmäßig aus durchA device for carrying out the method according to the invention is appropriately characterized by

(a) Mittel zum Hindurchleiten des verbrennungsfördernden Gases durch wenigstens einen Teil des Filters,(a) means for passing the combustion-promoting gas through at least a portion of the filter,

(b) Mittel zum wahlweisen Hindurchleiten des Abgasstroms oder des verbrennungsfordernden Gases durch den Filter, wobei diese Mittel zugleich den Strom des verbrennungsfördernden Gases auf eine geringe Strömungsmenge einregeln, (b) means for selectively passing the flow of exhaust gas therethrough or the combustion-promoting gas through the filter, these means at the same time the flow of the combustion-promoting gas Regulate the gas to a low flow rate,

(c) Mittel zum Erhitzen des verbrennungsfördernden Gases(c) means for heating the combustion-promoting gas

beim Strömen zum und durch den Filter auf eine Temperatur von
folgendenwhen flowing to and through the filter to a temperature of
following

ratur von mindestens 538 C und Mittel zum aufeinander-temperature of at least 538 C and means of

(i) Betätigen der Mittel zum wahlweisen Hindurchleiten dergestalt, daß in Abhängigkeit von der Messung eines den veränderbaren vorbestimmten maximal zulässigen Druck überschreitenden Abgasdruck das Abgas am Filter vorbeigeleitet und das verbrennungsfordernde Gas durch den Filter hindurchgeleitet wird,(i) actuation of the means for optionally passing through in such a way, that depending on the measurement of one of the changeable predetermined maximum permissible Exceeding exhaust gas pressure, the exhaust gas bypasses the filter and the combustion-promoting gas through is passed through the filter,

(ii) Betätigen der Erhitzungsmittel zum Anheben der Temperatur des verbrennungsfördernden Gases auf die Entzündungstemperatur der Partikel im Filter und(ii) actuating the heating means to raise the temperature of the combustion-promoting gas to the ignition temperature the particles in the filter and

(iii) Abschalten der Erhitzungsmittel in Abhängigkeit von der im Ausgangsteil des Filters gemessenen Temperatur, die Vollendung des Regeneriervorgangs im Filter anzeigt. (iii) switching off the heating means depending on the temperature measured in the outlet part of the filter, indicates the completion of the regeneration process in the filter.

Weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zu dessen Durchführung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 11 bzw. 13 bis 15.Further features for the advantageous embodiment of the invention The method and the device for its implementation emerge from the subclaims 2 to 11 and 13 to 15.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 in einem schematischen Aufriß die wesentlichen Komponenten einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in1 shows the essential components of a first embodiment of a device in a schematic elevation to carry out the method according to the invention in

Verbindung mit einem Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Aufeinanderfolge der während eines Regenerierzyklus durchzuführenden Verfahrensschritte,Connection to a block diagram to illustrate the sequence of the during a regeneration cycle procedural steps to be carried out,

Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Kaltstrom-Druckabfalls am Filter als Funktion der Rußbelastung, wobei die untere und die obere Grenze zum Ingangsetzen der Filterregenerierung in Abhängigkeit vom gemessenen Druck eingetragen sind,2 shows a diagram to illustrate the dependency of the cold flow pressure drop across the filter as a function of Soot pollution, the lower and the upper limit for starting the filter regeneration as a function of the measured pressure are entered,

Fig. 3 eine grafische Darstellung der Abhängigkeit der Temperatur von der Zeit unter Veranschaulichung einer Temperaturkarte für den Filter während eines Regenerierzyklus bei der Vorrichtung nach Fig. 1,3 shows a graphical representation of the dependence of the temperature on the time, illustrating a temperature map for the filter during a regeneration cycle in the device according to FIG. 1,

Fig. 4 einen schematischen Aufriß ähnlich Fig. 1 von einer anderen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung eines elektrischen Erhitzers als Mittel zum Anheben der Temperatur des verbrennungsfordernden Gases,Fig. 4 is a schematic elevation similar to Fig. 1 of one Another embodiment of a device for performing the method according to the invention using an electric heater as a means of raising the temperature of the gas that requires combustion,

Fig. 5 ein Diagramm ähnlich Fig. 3 für die Vorrichtung nach Fig. 4 und5 shows a diagram similar to FIG. 3 for the device according to FIGS. 4 and

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Brennstoffverbrauchs als Funktion der Kilometerleistung des Fahrzeugs bei Verwendung eines Abscheidefilters gemäß der Vorrichtung nach Fig. 1.6 is a diagram showing the dependency of fuel consumption as a function of mileage of the vehicle when using a separation filter according to the device according to FIG. 1.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die Zum Ausführen des Erfindungsgedankens erforderlichen Komponenten der Vorrichtung werden zuerst beschrieben. Die Vorrichtung hat einen Filter 1o, ein Filtergehäuse 10a sowie Rohrleitungen 11-12-13 zum Leiten des Abgases eines Dieselmotors zu einer Staukammer 14, die zur Stirnseite 15 des Filters 1o führt. Während Zeitabschnitten der Regenerierung wird das Abgas um den Filter herum durchA preferred embodiment of the invention is shown in FIG. The necessary to carry out the inventive concept Components of the device are first described. The device has a filter 1o, a filter housing 10a and pipes 11-12-13 for conducting the exhaust gas a diesel engine to a storage chamber 14, which leads to the end face 15 of the filter 1o. During periods of time the regeneration is through the exhaust gas around the filter

eine Leitung 16 vorbeigeführt, und der Abgasstrom zum Filter wird durch den Strom eines Verbrennungsunterstützenden Gases durch die Leitung 17 ersetzt.a line 16 bypassed, and the exhaust gas flow to the filter is replaced by the flow of a combustion assisting gas through line 17.

Zur Durchführung der zeitweisen Vorbeileitung der Abgase um den Filter herum und zum Einleiten des verbrennungsfordernden Gases in den Filter während des Regeneriervorgangs dient eine Stirömungssteuereinrichtung 18, Eine Temperaturanhebeeinrichtung 19 wird verwendet, um das verbrennungsfördernde Gas während der Regenerierungszeitdauer auf ein Temperaturniveau zu bringen, bei welchem zumindest der vordere Teil der Partikelansammlung innerhalb des Filters 1o sich entzündet. Eine Folgesteuerungseinrichtung 2o dient zum Messen des Staudrucks der dem Filter bei 21 zugeführten Abgase im normalen Motorbetrieb, der fortgesetzten Messung der Filtertemperatur an einer Stelle 22 nahe dem Filterausgang, der fortgesetzten Messung der Temperatur der in den Filter bei 23 eintretenden Gase und der Messung des augenblicklichen Kraftstoffflusses zum Motor ebenso wie der Augenblicksdrehzahl des Motors. Diese gemessenen Parameter werden einem in die Steuereinrichtung eingebauten Rechner zugeführt, der die gemessenen Parameter mathematisch zur Bestimmung eines veränderlichen maximal zulässigen Druckes vergleicht,der, wenn er von dem augenblicklich gemessenen Staudruck überschritten wird, den Regenerierzyklus einleitet.To carry out the temporary bypassing of the exhaust gases around the filter and to initiate the combustion demanding Gas in the filter during the regeneration process is used by a flow control device 18, a temperature raising device 19 is used to bring the combustion-promoting gas to a temperature level during the regeneration period in which at least the front part of the particle accumulation within the filter 1o ignites. A sequencer 2o is used to measure the back pressure of the exhaust gases fed to the filter at 21 during normal engine operation, the continued measurement of the filter temperature at a point 22 near the filter outlet, the continued measurement the temperature of the gases entering the filter at 23 and the measurement of the instantaneous fuel flow to the Engine as well as the instantaneous speed of the engine. These measured parameters are entered into the control device built-in computer supplied, which mathematically the measured parameters to determine a variable maximum allowable The pressure compares the regeneration cycle if it is exceeded by the dynamic pressure measured at the moment initiates.

In Fig. 1 umfassen die Mittel zur Führung des verbrennungsfördernden Gases durch wenigstens einen Teil des Filters die Staukammer 14, in welche verdichtete Luft von einer Luftpumpe 25 eingeleitet wird, die elektrisch von der Fahrzeugbatterie betrieben wird. Die Luftzufuhr bzw. deren Unterbrechung wird von einem Luftventil 26 gesteuert.In Fig. 1, the means for guiding the combustion-promoting Gas through at least part of the filter, the storage chamber 14, in which compressed air from a Air pump 25 is initiated electrically from the vehicle battery is operated. The air supply or its interruption is controlled by an air valve 26.

Die Mittel zum Steuern des Abgasstroms vom Motor bestehen aus Rohrleitungen 12-13-16 in einer Y-Anordnung, die normalerweise den Abgasstrom durch das Zweigrohr 13 des Y in die zum Filter führende Staukammer während des normalenThe means for controlling the flow of exhaust gas from the engine consist of pipes 12-13-16 in a Y-arrangement, which is normally the flow of exhaust gas through the branch pipe 13 of the Y into the storage chamber leading to the filter during normal

Motorbetriebs und bei gewünschter Regenerierung durch den anderen Schenkel 16 des Y strömen läßt* Diese Steuereinrichtung für entweder den Abgasstrom oder den Strom des verbrennungsfördernden Gases zum Filter enthält auch ein Umgehungsventil 18, das zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung von einem Vakuummotor 27 verstellbar ist. Der Vakuummotor wird aus einem Vakuumspeicher 28 gespeist, wobei natürlich das Vakuum das Ergebnis einer Vakuumpumpe 29 ist, die von der Fahrzeugbatterie betrieben wird. Das Vakuum wird dem Vakuummotor 27 über ein Ventil 3o zugeführt.Engine operation and when regeneration is desired through the other leg 16 of the Y can flow * this control device also includes a bypass valve for either the exhaust gas flow or the combustion promoting gas flow to the filter 18, which can be adjusted between a first and a second position by a vacuum motor 27. Of the Vacuum motor is fed from a vacuum accumulator 28, whereby the vacuum is of course the result of a vacuum pump 29, which is operated by the vehicle battery. The vacuum is supplied to the vacuum motor 27 via a valve 3o.

Die Mittel zum Erwärmen des verbrennungsfördernden Gases auf eine Temperatur, die das Zünden des vorderen Teils der Partikelansammlung im Filter bewirkt, bestehen aus einer Kraftstoffleitung 31, die von einer unter Druck stehenden und durch ein Ventil 32 gesteuerten Kraftstoffversorgung gespeist wird, wobei der Kraftstoff von einer Düse 33 als Ergebnis der Einspritzung von Luft in die Düse zusammen mit dem Kraftstoff zur Vermischung darin angesaugt wird, und durch die getrennte Zuführung von Luft durch seitliche Belüftungsöffnungen 34 in einem Brennergehäuse 35. Eine mit ausreichender Energie von einer Steuerung 37 erwärmte Glühkerze 36 bewirkt das Zünden des brennbaren Kraftstoff/Luft-Gemischs.The means for heating the combustion-promoting gas to a temperature sufficient to ignite the front part of the particle accumulation causes in the filter consist of a fuel line 31, which is from a pressurized and through a Valve 32 controlled fuel supply is fed, the fuel from a nozzle 33 as a result of the injection of air is sucked into the nozzle along with the fuel for mixing therein, and through the separated Supply of air through side ventilation openings 34 in a burner housing 35. One with sufficient energy Glow plug 36 heated by a controller 37 causes the combustible fuel / air mixture to be ignited.

Das mit der vorbeschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß durchzuführende Verfahren besteht im wesentlichen aus folgenden Schritten:That which is to be carried out according to the invention with the device described above The procedure essentially consists of the following steps:

(1) Feststellung, wann der Abgasdruck (gemessen an einer Stelle unmittelbar stromaufwärts vom Filter) einen veränderlichen vorbestimmten maximal zulässigen Druck erreicht, und Ingangsetzung einer Folge von Regenerierungsmaßnahmen. In dieser Verfahrensstufe wird ein Druck-Meßwertumformer 21 in dem Schenkel 13 der zum Filter führenden Y-Verbindung benötigt, so daß der Staudruck des Abgases ständig überwacht wird. Staudruck bedeutet hier der Abgasdruck an der Vorderseite des Filters. Als(1) Determining when the exhaust pressure (measured at a point immediately upstream of the filter) is changing reached predetermined maximum allowable pressure, and initiation of a sequence of regeneration measures. A pressure transducer is used in this process stage 21 required in the leg 13 of the Y-connection leading to the filter, so that the back pressure the exhaust gas is constantly monitored. Back pressure here means the exhaust pressure at the front of the filter. as

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veränderlicher maximal zulässiger Druck wird hier der Druck bezeichnet, der mathematisch abgeleitet ist von der Messung des augenblicklichen Staudrucks, der Augenblicksdrehzahl des Motors und dem augenblicklichen Kraftstofffluß zum Motor, und der verglichen wird mit dem gemessenen Staudruck für einen sauberen Filter bei einer jeden Kombination von Motordrehzahl und Kraftstoffmenge. Wenn der vorbestimmte zulässige Druck einen spezifischen Druckabfall für irgendeine spezifische Kombination von Motordrehzahl und Kraftstofffluß überschreitet, kann der Regenerierzyklus in Gang gesetzt werden, weil damit angezeigt ist, daß eine günstigste Ansammlung von Partikeln vorliegt. Versuchsergebnisse in beträchtlichem Umfang sind gesammelt worden, um anzuzeigen, daß sich ein bestimmter Minimalbetrag an Partikeln angesammelt haben muß, um zu ermöglichen, daß ein Regeneriervorgang wirksam stattfindet und abläuft und den Abscheidefilter vollständig säubert. Dieser Minimalbetrag liegt gewöhnlich in der Größenordnung von 9-16,5 mg/cm (s. Fig. 3) und wird in Abhängigkeit von der Natur des Filtermaterials und dessen entsprechender Porosität schwanken. Es ist ferner festgestellt worden, daß ein Druckabfall von 1ooo bis 165o hPa (75 - 125 mm Hg) für 1,8 1 Volumenänderung typisch begleitet ist von der erwähnten minimalen Partikelansammlung im Fall eines aus dem Jahre 1979 , stammenden Markenfahrzeugs mit einem 2,3 1-Motor bei 64 km/h (oder 9o SCFM-Strom). Deshalb führt der eingebaute Microrechner des Fahrzeugs auf der Grundlage dieser Vorberechnungen mathematisch diese Vergleiche zwischen den Eingangsdaten durch und leitet ein elektrisches Netzsignal für den Fall ab, daß der gemessene Druckabfall den veränderlichen vorbestimmten maximal zulässigen Druck übersteigt.The variable maximum permissible pressure is here Pressure, which is mathematically derived from the measurement of the instantaneous dynamic pressure, the instantaneous speed of the engine and the instantaneous fuel flow to the engine and which is compared to the measured one Back pressure for a clean filter at any combination of engine speed and fuel quantity. When the predetermined allowable pressure is a specific pressure drop for any specific combination of Engine speed and fuel flow, the Regeneration cycle are set in motion because it indicates that a most favorable accumulation of particles is present. Significant experimental results have been gathered to indicate that a particular A minimum amount of particles must have accumulated to enable a regeneration process to be effective takes place and runs off and completely cleans the separation filter. This minimum amount is usually on the order of 9-16.5 mg / cm (see Fig. 3) and will vary depending on the nature of the filter material and its corresponding porosity. It is It has also been found that a pressure drop of 100 to 165o hPa (75 - 125 mm Hg) for 1.8 liters of volume change is typically accompanied by the mentioned minimal accumulation of particles in the case of one from 1979 , original brand vehicle with a 2.3 l engine 64 km / h (or 9o SCFM current). Therefore, the built-in microcomputer of the vehicle performs on the basis of this Pre-calculations mathematically perform these comparisons between the input data and transmit an electrical network signal in the event that the measured pressure drop exceeds the variable predetermined maximum allowable pressure exceeds.

(2) Als nächstes wird ein Strom eines verbrennungsfordernden Gases zu und durch den Filter 1o geleitet. Dies wird durch eine Anzahl aufeinanderfolgender Vorgänge zustande gebracht, die mit dem Einschalten der Vakuumpumpe 29(2) Next, a stream becomes a combustion promoting Gas passed to and through the filter 1o. this will brought about by a number of successive processes, which with the switching on of the vacuum pump 29

beginnen, welche, wenn genügend Vakuum im Vakuumspeicher 28 vorhanden ist, das Einschalten des Vakuum-Elektromagneten 27 gestattet, welcher seinerseits das Umgehungsventil 18 in eine Stellung verstellt, in welcher der Abgasstrom um den Filter herum vorbeigeleitet wird und statt dessen einem Strom aus verdichteter Luft der Eintritt in die Staukammer 14 ermöglicht wird. Als nächstes wird die Glühkerze 36 eingeschaltet. Dann wird die Luftpumpe 25 eingeschaltet und bewirkt, daß verdichtete Luft durch das Luftzufuhrsystem gepumpt wird, woraufhin das Luftmagnetventil 26 betätigt wird und eine Luftzufuhr nicht nur durch die Ansaugöffnungen 34 des Brenners, sondern auch durch den Kanal der Düse 33 gestattet. Als nächstes wird das Kraftstoffmagnetventil 32 betätigt, so daß unter Druck stehender Kraftstoff durch die Kraftstoffdüse 33 zusammen mit Luft geleitet wird, die ein feinverteiltes brennbares Kraftstoff/Luft-Gemisch in der Staukammer 14 erzeugt. Da die Glühkerze bereits eingeschaltet ist, wird das brennbare Gemisch augenblicklich gezündet und hebt den Gasstrom auf eine Temperatur voi vor dem Eintreten in.den Filter an.begin what if there is enough vacuum in the vacuum accumulator 28 is present, the switching on of the vacuum solenoid 27 allows, which in turn is the bypass valve 18 adjusted to a position in which the exhaust gas flow is bypassed around the filter and takes place whose entry into the storage chamber 14 is made possible for a stream of compressed air. Next is the Glow plug 36 switched on. Then the air pump 25 is turned on and causes compressed air to flow through the Air supply system is pumped, causing the air solenoid valve 26 is actuated and an air supply not only through the suction openings 34 of the burner, but also allowed through the channel of the nozzle 33. Next, the fuel solenoid valve 32 is operated so that under Pressurized fuel is passed through the fuel nozzle 33 together with air, which is a finely divided combustible fuel / air mixture in the storage chamber 14 generated. Since the glow plug is already switched on, the combustible mixture is instantly ignited and lifted the gas flow to a temperature before entering the filter.

den Gasstrom auf eine Temperatur von wenigstens 65o° Cthe gas stream to a temperature of at least 65o ° C

Für den Fall, daß keine solche Zündung erfolgt, mißt eine Thermokupplung 23 unmittelbar gegenüber der Vorderseite des Filters eine Temperatur, die unterhalb der normalerweise bei der Zündung auftretenden Temperatur von 593° C liegt, und sendet deshalb ein Signal aus, welches das Kraftstoffmagnetventil 32 für eine vorbestimmte Verzögerungszeitspanne schließt. Nach der Verzögerungszeitspanne wird der Kraftstoffstrom erneut mit der Absicht eingeschaltet, daß die Glühkerze nunmehr in der Lage ist, das brennbare Gemisch zu entzünden und mit der Entzündung der Partikelansammlung fortzufahren. Sobald das erwärmte Gas die Entzündungstemperatur der Partikel erreicht hat, wird die Ausbreitung der brennenden Partikel über eine erwartete Zeitspanne fortdauern, die normalerweise etwa 2 Minuten beträgt (s. Fig. 3), und die ScheiteltemperaturIn the event that no such ignition takes place, one measures Thermal coupling 23 immediately opposite the front of the filter a temperature below that normally when the ignition temperature is 593 ° C, and therefore sends a signal that the Fuel solenoid valve 32 for a predetermined delay period closes. After the delay period, the fuel flow is turned on again with the intention of that the glow plug is now able to ignite the combustible mixture and with the ignition to continue particle accumulation. As soon as the heated gas has reached the ignition temperature of the particles, the burning particles will continue to spread for an expected period of time, usually about 2 minutes (see Fig. 3), and the peak temperature

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innerhalb des Filters wird längs der Axialerstreckung desselben vorrücken.within the filter it will advance along its axial extension.

Das Verfahren führt zu einem wirtschaftlicheren Betrieb des Filtrationssystems und geringeren Kraftstoffverlusten, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist (s. Fig. 6). Das System ist empfindlicher gegenüber den Betriebsdaten des Motors über einen wesentlich weiteren Bereich als das bekannte System nach dem Stand der Technik, weil in der Regenerierphase der Partikelfilter von dem Abgasstrom des Motors isoliert und unabhängig vom Maschinenbetrieb ist.The process leads to more economical operation of the filtration system and lower fuel losses, when the vehicle is in operation (see Fig. 6). The system is more sensitive to the operating data of the engine Over a significantly wider range than the known system according to the prior art, because in the regeneration phase the particulate filter is isolated from the exhaust gas flow of the engine and independent of the engine operation.

Alternativ können die Elemente 31-32-33-34-36 des Kraftstoff Steuersystems weggelassen werden. Die Glühkerze 36 wird durch ein elektrisches Heizelement 5o ersetzt, das nahe der Einlaßseite 15 des Filters angeordnet ist (s. Fig. 4). Ein Steuersystem 51, das eine Thermokupplungssteuerung 52 verwendet, ist zusätzlich vorgesehen, um die Oberflächentemperatur des Erhitzungselements zu begrenzen. Die Temperaturkante des Erhitzerelements und für den Einlaß und den Auslaß des Filters ist für diese Art der Ausführung in Fig. 5 wiedergegeben.Alternatively, the elements 31-32-33-34-36 can be of the fuel Control system can be omitted. The glow plug 36 is replaced by an electrical heating element 5o, the is arranged near the inlet side 15 of the filter (see. Fig. 4). A control system 51 which is a thermal coupling control 52 is used in addition to limit the surface temperature of the heating element. The temperature edge of the heater element and for the inlet and outlet of the filter is for this type of Embodiment shown in Fig. 5.

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Claims (15)

PatentansprücheClaims Verfahren zum Regenerieren eines Partikelabscheidefilters in der Abgasleitung eines Dieselmotors, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn der an einer Stelle unmittelbar stromaufwärts vom Filter gemessene Druck des Abgasstroms einen vorbestimmten maximal zulässigen Wert überschreitet, welcher in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors veränderbar ist, die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden:Method for regenerating a particulate trap filter in the exhaust pipe of a diesel engine, thereby characterized in that when the pressure of the measured at a point immediately upstream of the filter Exhaust gas flow exceeds a predetermined maximum permissible value, which depends on the operating conditions of the motor can be changed, the following procedural steps must be carried out: (a) Vorbeileiten des Abgasstroms am Filter unter Umgehung desselben und Führen eines Stroms von verbrennungsförderndem Gas zu und durch den Filter in geringer Strömungsmenge ,(a) Bypassing the exhaust gas flow on the filter, bypassing the same and leading a flow of combustion-promoting Gas to and through the filter in a low flow rate, (b) Anheben der Temperatur des verbrennungsfördernden Gases auf eine zum Zünden wenigstens des vorderen Teils der Partikelansammlung im Filter ausreichenden Höhe und(b) raising the temperature of the combustion-promoting gas to one for igniting at least the front part of the Particle accumulation in the filter of sufficient height and (c) Messen der Temperatur des erwärmten verbrennungsfördernden Gases beim Verlassen des Filters und Abschalten des Stromes von erwärmten verbrennungsfördernden Gas durch den Filter, wenn die Gastemperatur beim Verlassen des Filters einen vorbestimmten Wert überschreitet, um dadurch den Regenerierzyklus zu beenden.(c) Measuring the temperature of the heated combustion-promoting gas as it exits the filter and shutdown the flow of heated combustion-promoting gas through the filter when the gas temperature is exiting of the filter exceeds a predetermined value, thereby ending the regeneration cycle. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmenge des verbrennungsfördernden Gases 142-199 l/min, beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the flow rate of the combustion-promoting Gas 142-199 l / min. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der veränderbare vorbestimmte maximal zulässige Druck einer Partikelansammlung in einem Ausmaß von 9 - 16,5 mg/cm entspricht.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the changeable predetermined corresponds to the maximum permissible pressure of a particle accumulation of 9 - 16.5 mg / cm. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß der veränderbare vorbestimmte maximal zulässige Druck eine Funktion des angefallenen Kraftstoffverbrauchs, der Kilometerleistung des Fahrzeugs und des gegenwärtig gemessenen Druckabfalls am Filter ist.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the changeable predetermined maximum allowable pressure is a function of the pressure that has occurred Fuel consumption, the mileage of the vehicle and the currently measured pressure drop on Filter is. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der vorbestimmte maximal zulässige Druck so ausgewählt wird, daß der Filter in Intervallen von etwa 233 km Fahrstrecke des Fahrzeugs regeneriert wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the predetermined maximum allowable pressure is selected so that the filter is activated at intervals of about 233 km of the Vehicle is regenerated. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasdruck unter Verwendung eines mit einer dünnwandigen Membran arbeitenden Meßwertumformers gemessen wird, der die Veränderung der elektrischen Kapazität zwischen einem festen Bauteil und der Membran erfaßt.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas pressure is measured using a transducer working with a thin-walled membrane which shows the change the electrical capacitance between a solid component and the membrane is detected. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des verbrennungsfordernden Gases durch Zufuhr von Kraftstoff und Zündung des entstehenden Gemisches angehoben wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the combustion-promoting gas is increased by supplying fuel and igniting the resulting mixture. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch von einem erhitzten Körper gezündet wird, der mit einem Katalysator zur Herabsetzung der Zündtemperatur des Gemischs überzogen ist.8. The method according to claim 7, characterized in that the mixture of a heated Body is ignited, which is coated with a catalyst to lower the ignition temperature of the mixture. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verbrennungsf ordernde Gas verdichtete Luft ist.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the combustion f ordering gas is compressed air. 1o. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß das verbrennungsfördernde Gas Abgas vom Motor ist.1o. Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the combustion-promoting Gas is exhaust from the engine. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das verbrennungsfordernde Gas die dem Motor zugeführte Verbrennungsluft ist, welcher innerhalb des Motors Kraftstoff zugeführt wird, so daß das Gas zum Abgas wird, dessen Temperatur anhebbar ist.11. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the combustion promoting Gas is the combustion air supplied to the engine, which fuel is supplied within the engine, so that the gas becomes exhaust gas, the temperature of which can be raised. 12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch12. Device for performing the method according to one of the preceding claims, characterized by (a) Mittel zum Hindurchleiten des verbrennungsfördernden Gases durch wenigstens einen Teil des Filters,(a) Means for passing the combustion promoting Gas through at least part of the filter, (b) Mittel zum wahlweisen Hindurchleiten des Abgasstroms oder des verbrennungsfördernden Gases durch den Filter, wobei diese Mittel zugleich den Strom des verbrennungsfördernden Gases auf eine geringe Strömungsmenge einregeln, (b) means for selectively passing the flow of exhaust gas therethrough or the combustion-promoting gas through the filter, these means at the same time the flow of the combustion-promoting gas Regulate the gas to a low flow rate, (c) Mittel zum Erhitzen des verbrennungsfördernden Gases(c) means for heating the combustion-promoting gas beim Strömen zum und durch den Filter auf eine Temperatur von
folgendenwhen flowing to and through the filter to a temperature of
following ratur von mindestens 538 C und Mittel zum aufeinander-temperature of at least 538 C and means of (i) Betätigen der Mittel zum wahlweise Hindurchleiten dergestalt, daß in Abhängigkeit von der Messung eines den veränderbaren vorbestimmten maximal zulässigen Druck überschreitenden Abgasdruck das Abgas am Filter vorbeigeleitet und das verbrennungsfordernde Gas durch den Filter hindurchgeleitet wird,(i) actuation of the means for selectively passing through such that, depending on the measurement, a the variable, predetermined maximum permissible pressure exceeding the exhaust gas pressure the exhaust gas at the filter bypassed and the combustion-promoting gas through is passed through the filter, (ix) Betätigen der Erhitzungsmittel zum Anheben der Temperatur des verbrennungsfördernden Gases auf die Entzündungstemperatur der Partikel im Filter und(ix) actuating the heating means to raise the temperature of the combustion-promoting gas to the ignition temperature of the particles in the filter and (iii) Abschalten der Erhitzungsmittel in Abhängigkeit von der im Ausgangsteil des Filters gemessenen Temperatur, wenn diese einen vorbestimmten Wert übersteigt, der(iii) switching off the heating means depending on the temperature measured in the outlet part of the filter, if it exceeds a predetermined value, the die Vollendung des Regeneriervorgangs im Filter anzeigt. indicates the completion of the regeneration process in the filter. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum wahlweisen Hindurchleiten aus wenigstens einem elektromagnetisch betätigbaren Wegeventil bestehen, welches zwischen der Zufuhr von Abgasen und der Zufuhr von verdichteter Luft zum Filter umschaltet. 13. Apparatus according to claim 12, characterized that the means for selectively passing through at least one electromagnetically operable There are directional control valve, which switches between the supply of exhaust gases and the supply of compressed air to the filter. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge kennzeichnet , daß die Erhitzungsmittel aus einem Brenner bestehen, welcher kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoff dem verbrennungsfordernden Gas zusetzt und das Gemisch entzündet.14. Apparatus according to claim 12 or 13, characterized ge indicates that the heating means consist of a burner which contains hydrocarbon fuel the combustion promoting gas is added and the mixture ignited. 15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Erhitzungsmittel aus15. Apparatus according to claim 12 or 13, characterized that the heating means off • einem einen Katalysator tragenden, elektrisch heizbaren Körper bestehen.• consist of an electrically heatable body carrying a catalytic converter.