DE602004002557T2

DE602004002557T2 - System zur regeneration eines partikelfilters in einer auspuffanlage

Info

Publication number: DE602004002557T2
Application number: DE602004002557T
Authority: DE
Inventors: Christine Rigaudeau; Yvan Agliany; Marion Wermester
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2024-01-07
Also published as: US7328573B2; ES2273201T3; WO2004070178A1; EP1581728B1; US20060201140A1; ATE340920T1; DE602004002557D1; EP1581728A1

Description

Die Erfindung betrifft die Automobilindustrie. Genauer betrifft sie die Regeneration von Partikelfiltern, die insbesondere in Auspuffanlagen von Dieselmotoren in Fahrzeugen moderner Bauart verwendet werden.
Kraftfahrzeuge mit Dieselmotor moderner Bauart sind in ihren Auspuffanlagen mit Partikelfiltern (FAP) ausgerüstet, die verwendet werden zur Reduzierung ihrer festen Schadstoffemissionen. Diese FAP sammeln an ihren Wänden Ruß, der regelmäßig entfernt werden muss, um zu vermeiden, dass sich der FAP zusetzt, und um seine nominale Wirksamkeit wiederzugewinnen. Zudem bewirkt die Verstopfung des FAP in zunehmendem Maße einen Gegendruck, der für die korrekte Funktionsweise des Motors schädlich ist. Diese Entfernung, die als „Regeneration des FAP" bezeichnet wird, kann durchgeführt werden, indem der Filter auf eine höhere Temperatur als die Verbrennungstemperatur des Ruß (diese beträgt normalerweise ungefähr 550°C) gebracht wird, und zwar mit Hilfe von Abgasen, die dort zirkulieren. Hierzu besteht eine technische Lösung darin:

– dem Kraftstoff, beispielsweise während des Befüllens des Tanks einen Zusatzstoff für die Regeneration zuzusetzen, dessen Funktion darin besteht die Verbrennungstemperatur des Ruß auf ungefähr 450°C abzusenken und Sauerstoff zu liefern, der dann verfügbar ist für die Ausbreitung dieser Verbrennung; in der Tat mischt sich dieser Zusatzstoff mit dem Ruß während seiner Bildung in der Brennkammer und findet sich innerhalb des Rußbettes wieder, das sich in dem Filter ablagert;
– und periodisch eine Nacheinspritzung oder Mehrfacheinspritzungen von Kraftstoff stromaufwärts des FAP vorzunehmen, insbesondere in die Zylinder des Motors während ihrer Entspannungsphase.

Die Nacheinspritzung oder die Mehrfacheinspritzungen haben den Effekt die Temperatur der Abgase und die verfügbare Menge an Kohlenwasserstoffen, die sie umschließen, zu erhöhen. Diese Kohlenwasserstoffe werden über einen stromaufwärts von dem FAP angeordneten Oxidationskatalysator gemäß einer exothermen Reaktion umgewandelt, welche die Abgase auf eine höhere Temperatur als 450°C bringt. Sie erreichen so das Rußbett und die Verbrennung des Ruß findet dank der hohen Temperatur der Abgase und der katalytischen Aktivität der Zusatzstoffpartikel statt. Sie wird durch den von dem Zusatzstoff in der Umgebung zur Verfügung gestellten Sauerstoff angefacht.
Der Zusatzstoff für die Regeneration ist beispielsweise ein Stoff auf der Basis von Cerin, CeO₂ und/oder Eisen(III)oxid Fe₂O₃ oder auch irgendein Metalloxid, das in der Lage ist Sauerstoff abzugeben. Die Dosierung dieses Zusatzstoffes liegt allgemein zwischen einigen ppm und 50 ppm Wirkstoff (Cer und/oder Eisen).
Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die periodische Regeneration des FAP im Inneren des Filtermediums unverbrennbare Verunreinigungen bestehen lässt, die von Mineralarten gebildet sind. Diese Verunreinigungen sind zu einem großen Teil Rückstände des Zusatzstoffes für die Regeneration. Sie verringern zunehmend die Wirksamkeit des FAP durch Verstopfung, weshalb regelmäßig eine gründliche Reinigung des FAP, beispielsweise alle 80.000 km oder alle 120 000 km vorgenommen werden muss.
Um die Abstände zwischen diesen gründlichen Reinigungen zu vergrößern, wäre es erforderlich dahin zu gelangen die Menge an Zusatzstoff für die Regeneration, die dem Kraftstoff zugesetzt wird, zu verringern.
Die Patentschrift DE-A-100 48 511 beschreibt ein System zur Regeneration eines in einer Auspuffanlage eingebauten Partikelfilters, wobei dieses System dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht, außer des Vorhandenseins von Zufügungsmitteln für einen Zusatzstoff, der die Verbrennungstemperatur der Rußpartikel absenkt, zu dem Kraftstoff.
Es ist das Ziel der Erfindung eine technische Lösung vorzuschlagen, die ermöglicht die Zusatzstoffmenge zu verringern, ohne dadurch die Wirksamkeit der Reduzierung der mit den Abgasen ausgestoßenen Schadstoffemissionen zu beeinträchtigen.
Hierzu hat die Erfindung ein System zur Regeneration eines Partikelfilters zum Gegenstand, der in eine Auspuffanlage eines Dieselmotors für ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, wobei der Motor mit verschiedenen Organen verbunden ist, welche umfassen:

– Vorrichtungen zum Einlassen von Luft in den Motor,
– Recyclingvorrichtungen für die Abgase des Motors an dessen Eingang,
– einen Turbokompressor,
– einen Partikelfilter der Art mit einem Filtermedium, das dafür bestimmt ist in den Abgasen des Motors vorhandene Rußpartikel einzufangen,
– einen Oxidationskatalysator, der stromaufwärts des Partikelfilters in der Auspuffanlage angeordnet oder mit diesem zusammenfallend angeordnet ist,
– ein System für die gemeinsame Versorgung der Zylinder des Motors mit Kraftstoff mit elektrisch gesteuerten Einspritzvorrichtungen, die mit diesen Zylindern verbunden sind,
– Vorrichtungen zum Hinzufügen eines Zusatzstoffes zu dem Kraftstoff, wobei der Zusatzstoff dafür bestimmt ist sich in dem Rußpartikelbett abzulagern, um die Verbrennungstemperatur der in dem Filter gefangenen Partikel abzusenken und ihre Verbrennung zu fördern,
– Vorrichtungen zum Erwerb von Informationen bezüglich verschiedener Funktionsparameter des Motors und der mit diesem verbundenen Organe, und
– Vorrichtungen zur Steuerung der Funktionsweise der Einlassvorrichtungen, der Recyclingvorrichtungen, des Turbokompressors und/oder des Versorgungssystems zur Steuerung der Funktionsweise des Motors, wobei diese Vorrichtungen außerdem dafür eingerichtet sind eine Regenerationsphase des Partikelfilters auszulösen durch Verbrennung der in diesem gefangenen Partikel, indem eine Phase von Mehrfacheinspritzungen von Kraftstoff in die Zylinder des Motors während ihrer Entspannungsphase eingeleitet wird,

Der Stoff kann aus Ceroxid bestehen.
Der Stoff kann aus einem Cer- und Zirkoniummischoxid bestehen.
Der Partikelfilter kann ebenfalls mit zumindest einem Katalysator beschichtet und/oder imprägniert sein, welcher das Auslösen von Reaktionen begünstigt, die dazu neigen die Schadstoffemissionen des Motors zu verringern.
Der Partikelfilter kann ebenfalls mit zumindest einem Katalysator beschichtet und/oder imprägniert sein, welcher das Auslösen der Rußverbrennung begünstigt.
Der Katalysator kann ein Metall aus der Gruppe VIII sein, wie Platin, Palladium oder Rhodium oder ein Gemisch solcher Metalle.
Der Katalysator, welcher das Auslösen der Rußverbrennung begünstigt, kann vorzugsweise in dem Bereich stromaufwärts der Eingangskanäle des Filters angeordnet sein.
Der Endbereich des stromabwärts liegenden Bereiches des Filters kann frei sein von dem Stoff, der eine Sauerstoffreserve bildet, und frei sein von einem Katalysator.
Der eine Sauerstoffreserve bildende Stoff kann vorzugsweise in dem Umgebungsbereich des Querschnitts des Filters angeordnet sein.
Der Katalysator, welcher das Auslösen der Rußverbrennung begünstigt, kann vorzugsweise in dem zentralen Bereich des Querschnitts des Filters angeordnet sein.
Wie zu verstehen ist, besteht die Erfindung darin, eine Beschichtung und/oder Imprägnierung des Filtermediums des FAP mit einer Verbindung durchzuführen, welche die Rolle eines Sauerstoffreservoirs spielt, das die Ausbreitung der Rußverbrennungsreaktion während des Regenerationsvorgangs ermöglicht, wobei die Anordnung dieser Verbindung in dem Bereich stromabwärts der Eingangskanäle des Filters bevorzugt wird. Diese Verbindung kann ebenfalls eine katalytische Rolle bei der Initiierung der Rußverbrennung spielen, aber es muss klar sein, dass es die Ausbreitungsfunktion dieser Verbindung ist, welche den wesentlichen Gedanken der Erfindung bildet.
Die Erfindung wird besser bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung verstanden werden, die unter Bezugnahme auf die nachfolgenden beigefügten Abbildungen gegeben ist:
1, welche schematisch einen Dieselmotor für ein Kraftfahrzeug und die verschiedenen, mit diesem verbundenen Organe darstellt;
die 2 bis 4, die in Längsschnittansicht verschiedene Beispiele für im Rahmen der Erfindung verwendbare Partikelfilter schematisieren und verschiedene Möglichkeiten zur Verteilung der Verbindungen, die sie umschließen, aufzeigen;
die 5 und 6, die in Querschnittsansicht zwei Beispiele für die radiale Verteilung der von einem im Rahmen der Erfindung verwendbaren Partikelfilter umschlossenen Verbindungen schematisieren.
In 1 ist ein Dieselmotor für ein Kraftfahrzeug dargestellt, der mit der allgemeinen Bezugszahl 1 bezeichnet ist.
Dieser Dieselmotor ist mit Vorrichtungen zum Einlassen von Luft an dessen Eingang verbunden, die mit der allgemeinen Bezugszahl 2 bezeichnet sind.
Am Ausgang ist dieser Motor mit einer Auspuffanlage verbunden, die mit der allgemeinen Bezugszahl 3 bezeichnet ist.
Recyclingvorrichtungen für Abgase des Motors an dessen Eingang sind ebenfalls vorgesehen und mit der allgemeinen Bezugszahl 4 bezeichnet.
Diese Vorrichtungen sind somit beispielsweise zwischen dem Ausgang des Motors und den Vorrichtungen 2 zum Einlassen von Luft in diesen angeordnet.
Die Auspuffanlage kann ebenfalls in klassischer Weise mit einem mit der allgemeinen Bezugszahl 5 bezeichneten Turbokompressor und genauer mit dessen Turbinenbereich verbunden sein.
Schließlich umfasst die Auspuffanlage einen mit der allgemeinen Bezugszahl 6 bezeichneten Oxidationskatalysator, der stromaufwärts von einem Partikelfilter angeordnet ist, welcher mit der allgemeinen Bezugszahl 7 bezeichnet und in der Auspuffanlage angeordnet ist.
Der Motor ist ebenfalls mit einem System zur gemeinsamen Kraftstoffversorgung seiner Zylinder verbunden. Dieses System ist in dieser Abbildung mit der allgemeinen Bezugszahl 8 bezeichnet und weist beispielsweise mit diesen Zylindern verbundene Einspritzvorrichtungen mit elektrischer Steuerung auf.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Motor ein Motor mit vier Zylindern und weist somit vier Einspritzvorrichtungen mit elektrischer Steuerung auf, die jeweils mit 9, 10, 11 und 12 bezeichnet sind.
Diese verschiedenen Einspritzvorrichtungen sind mit einer Rampe zur gemeinsamen Kraftstoffversorgung verbunden, die mit der allgemeinen Bezugszahl 13 bezeichnet und mit Zufuhrvorrichtungen für den Kraftstoff verbunden ist, die mit der allgemeinen Bezugszahl 14 bezeichnet sind und beispielsweise eine Hochdruckpumpe aufweisen.
Diese Zufuhrvorrichtungen sind mit einem Kraftstofftank verbunden, der mit der allgemeinen Bezugszahl 15 bezeichnet ist, und mit Vorrichtungen zum Hinzufügen eines Zusatzstoffes zu diesem Kraftstoff, beispielsweise auf der Basis von Cerin und/oder Eisen(III)oxid (oder irgendeinem Metalloxid, das in der Lage ist Sauerstoff abzugeben), der dafür bestimmt ist sich auf dem Partikelfilter abzusetzen, um die Verbrennungstemperatur der in diesem gefangenen Partikel abzusenken.
In der Tat kann dieser Zusatzstoff beispielsweise in einem Nebentank enthalten sein, der mit der allgemeinen Bezugszahl 16 bezeichnet und mit dem Kraftstofftank 15 verbunden ist, um das Einspritzen einer bestimmten Menge dieses Zusatzstoffes in den Kraftstoff zu ermöglichen.
Schließlich sind dieser Motor und die soeben beschriebenen, verschiedenen Organe ebenfalls mit Vorrichtungen zur Steuerung ihrer Funktionsweise verbunden, welche in dieser Abbildung mit der allgemeinen Bezugszahl 17 bezeichnet sind und welche beispielsweise irgendeinen geeigneten Rechner 18 aufweisen, der mit Informationsspeichervorrichtungen 19 verbunden und am Eingang an verschiedene Vorrichtungen zum Erwerb von Informationen bezüglich verschiedener Funktionsparameter dieses Motors 1 und dieser Organe angeschlossen ist, wobei dieser Rechner 18 dafür eingerichtet ist die Funktionsweise der Einlassvorrichtungen 2, der Recyclingvorrichtungen 4, des Turbokompressors 5 und/oder des Versorgungssystems 14 zu steuern, um die Funktionsweise des Motors 1 und insbesondere das von ihm erzeugte Drehmoment in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen des Fahrzeugs in klassischer Weise zu steuern.
Daher ist dieser Rechner 18 beispielsweise mit einem Differentialdrucksensor 20 an den Anschlussklemmen der von dem Katalysator 6 und dem Partikelfilter 7 gebildeten Anordnung, mit Temperaturfühlern 21, 22 und 23 jeweils stromaufwärts des Katalysators 6, zwischen diesem Katalysator 6 und dem Partikelfilter 7 und stromabwärts dieses Partikelfilters 7 in der Auspuffanlage 3 verbunden.
Der Rechner 18 kann ebenfalls eine Information bezüglich des Sauerstoffgehaltes der Abgase von einer Lambda-Sonde λ erhalten, die in dieser Abbildung mit der allgemeinen Bezugszahl 24 bezeichnet ist, und die in die Auspuffanlage 3 eingebaut ist.
Am Ausgang ist dieser Rechner 18 dafür eingerichtet die Vorrichtungen 2 für den Lufteinlass, die Vorrichtungen 4 zum Recyceln von Abgasen, den Turbokompressor 5, die Vorrichtungen 16 zum Hinzufügen eines Zusatzstoffes zu dem Kraftstoff, die Vorrichtungen 14 zur Versorgung mit Kraftstoff der gemeinsamen Rampe 8 und der verschiedenen mit den Zylindern des Motors 1 verbundenen Einspritzvorrichtungen 9– 12 fernzusteuern.
Insbesondere ist dieser Rechner 18 dafür eingerichtet eine Regenerationsphase des Partikelfilters 7 durch Verbrennung der in diesem gefangenen Partikel auszulösen, indem eine Phase von Mehrfacheinspritzungen von Kraftstoff in die Zylinder des Motors 1 während ihrer Entspannungsphase eingeleitet wird.
Die von dem Motor 1 im Verlauf seines Betriebes ausgestoßenen Partikel werden in der Tat in dem Partikelfilter gefangen. Es ist somit angebracht diesen regelmäßig durch Verbrennung dieser Partikel zu regenerieren.
Eine erfindungsgemäße Auspuffanlage 3 des Verbrennungsmotors 1 weist somit in bekannter Weise einen Reaktor 6 auf, der einen Oxidationskatalysator (beispielsweise ein Metall wie Platin) umschließt, der durch eine exotherme Reaktion die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe und des CO, die von den Abgasen umschlossen sind, in CO₂ und Wasserdampf sicherstellt.
Dann weist die Auspuffanlage 3 erfindungsgemäß einen FAP 7 auf, der die Besonderheit aufweist, über seine gesamte Fläche oder einen Teil seiner Fläche und/oder über sein gesamtes Volumen oder einen Teil seines Volumens mit einer Verbindung beschichtet und/oder imprägniert zu sein, wie einem Stoff, der beispielsweise zu der Gruppe des Ceroxids und/oder Cer- und Zirkoniummischoxids gehört. Diese Verbindung muss in der Lage sein eine Sauerstoffreserve zu bilden, welche die Verbrennung des Ruß, die während eines Regenerationsvorgangs des FAP 7 eingeleitet wird, ausbreiten kann. Es heißt somit, dass die Verbindung eine „OSC-Funktion" (für „oxygen storage capacity) aufweist.
Zugleich trägt diese Verbindung dazu bei die Verbrennungstemperatur des Ruß abzusenken, genau wie es der gewöhnlich dem Kraftstoff zugesetzte Zusatzstoff für die Regenration macht. Allerdings bleibt die Zugabe dieses Zusatzstoffes auch bei Verwendung eines erfindungsgemäßen FAP 7 erforderlich. In der Tat stellt die Verbindung, die eine OSC-Funktion aufweist, und die auf dem FAP 7 angeordnet ist und/oder ihn imprägniert (dieser letzte Ausdruck bedeutet, dass sie auf der Oberfläche der Poren vorhanden ist, die im Inneren der die Wände des FAP bildenden Filterelemente angeordnet sind), nur einen Oberflächenkontakt mit dem Ruß sicher. Diese Wirkung kann möglicherweise nicht ausreichen, um allein die Verbrennungstemperatur des Ruß in dem Ausmaß abzusenken, dass eine so schnelle Regeneration des FAP 7 wie für die beabsichtigten Anwendungen erwünscht sichergestellt wird. Von diesem Standpunkt aus ermöglicht die Zugabe von Cerin und/oder Eisenoxid (beispielsweise) zu dem Kraftstoff, den Zusatzstoff für die Regeneration in das Zentrum des Ruß selbst einzubringen, was ihm eine optimale Wirksamkeit verleiht. Nichtsdestotrotz liefert die Verwendung eines erfindungsgemäßen FAP 7 in Verbindung mit der Verwendung eines Zusatzstoffes für die Regeneration ein zusätzliches Absenken der Verbrennungstemperatur des Ruß, was offensichtlich sehr günstig vom energetischen Standpunkt aus ist. In der Praxis ist es anzustreben, dass man die Verbrennungstemperatur des Ruß auf 400°C dort absenkt, wo zuvor bei gleicher oder sogar größerer Menge an Zusatzstoff für die Regeneration eine Verbrennungstemperatur von 450°C erreicht wurde.
Es versteht sich von selbst, dass wenn die eine OSC-Funktion aufweisende Verbindung nicht gleichmäßig über die Gesamtheit des Filtermediums verteilt ist, sie vorzugsweise in den Bereichen des Filtermediums vorhanden sein soll, wo der Ruß hauptsächlich eingefangen wird. Dies ist beispielsweise der Fall der Fläche des Filtermediums, welche den Eingang des FAP 7 bildet, insbesondere aber der Flächen, welche die Eingangskanäle des FAP 7 definieren, wenn dieser eine wabenförmige Struktur aufweist, wie es klassisch bekannt ist.
Die eine OSC-Funktion aufweisende Verbindung muss nicht die einzige Verbindung sein, die den FAP 7 beschichtet und/oder imprägniert. Sie kann gemeinsam mit einem oder mehreren Katalysatoren eingesetzt werden, welche dafür bestimmt sind das Auslösen der Verbrennung des Ruß und/oder anderer Reaktionen, die dazu neigen die Schadstoffemissionen des Motors zu verringern, zu begünstigen, beispielsweise ein Metall wie Platin, um die Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des CO zu katalysieren, ein Katalysator zur Behandlung der Stickoxide etc. Man kann so vorsehen, dass die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe und des CO teilweise oder insgesamt innerhalb des FAP 7 selbst und nicht unbedingt in einer getrennten Umgebung 6 stromaufwärts des FAP 7 stattfindet. In diesem Fall würde die 1 modifiziert insofern als die Bereiche 6 und 7 zusammenfallen würden und der Temperaturfühler 22 weggelassen würde.
Man kann beispielsweise die eine OSC-Funktion aufweisende Verbindung mit einem auf dem FAP 7 angeordneten „washcoat" verbinden. Das Aufbringen eines Washcoat auf dem aus Ceroxid oder Ce/Zr-Mischoxid bestehenden Filter, das in der Lage ist während einer Verbrennung Sauerstoff zu verbreiten, trägt zur Verbesserung der Oxidation des Ruß bei, indem die Anfangstemperatur für die Verbrennung abgesenkt wird, sowie zu der Ausbreitung der Verbrennung.
Die eine OSC-Funktion aufweisende Verbindung kann außerdem mit einem Katalysator verbunden werden, der aus einem Metall der Gruppe VIII des Periodensystems oder aus einem Gemisch solcher Metalle, wie Platin und/oder Palladium und/oder Rhodium besteht. So oxidiert sie direkt den Ruß (durch Verfügbarkeit von aktiviertem Sauerstoff) oder indirekt durch exotherme Reaktionen, die auf dem Platin, Palladium oder Rhodium stattfinden (durch Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des CO). So werden die Schadstoffemissionen verringert und örtlich wird die Temperatur erhöht, was indirekt der Oxidation des Ruß hilft.
Das Platin und/oder das Palladium und/oder das Rhodium können nur auf einem Al₂O₃-Washcoat angeordnet oder mit dem Washcoat oder der Verbindung mit OSC-Funktion vermischt werden.
Der auf dem FAP angeordnete Washcoat kann aus Aluminiumoxid bestehen (katalytischer Träger mit großer Oberfläche), das durch Ceroxid (CeO₂) und/oder das Mischoxid Ce_xZr_yO₂ in variabler Menge vervollständigt ist, wobei diese Oxide eng mit dem Aluminiumoxid verbunden sein können. Die Menge an Washcoat kann zwischen einigen Gramm/Liter bis zu einigen g/l im zweistelligen Bereich variieren.
Die Menge an Edelmetallen muss ausreichend verteilt und stabil sein, um zugänglich und wirksam für die Umwandlung der Schadstoffe zu bleiben. Die Menge an Edelmetallen hängt ab von der Washcoatmenge und kann zwischen einigen Zehntelgramm und mehreren Gramm über die Gesamtheit des Partikelfilters variieren entsprechend der diesen Edelmetallen zuzuweisenden Rolle. Zur Behandlung der Abgase sind allgemein mehrere Gramm erforderlich.
Die 2 bis 5 zeigen schematisch verschiedene mögliche Verteilungsformen der unterschiedlichen Verbindungen, von denen gesprochen wurde, über die Länge der Eingangskanäle 25 des FAP 7. In den dargestellten Beispielen sind die Ausgangskanäle 26 des FAP 7 frei von einer Imprägnierung, aber es versteht sich von selbst, dass dort eine Imprägnierung aufgebracht werden könnte, falls dies als nützlich bewertet werden würde, um die Reaktionen, die in den Eingangskanälen 25 angefangen haben, dort zum Abschluss zu bringen.
In dem Fall der 2 besteht eine Imprägnierung der gesamten Fläche der Eingangskanäle 25 des FAP 7 mit einer einzigen Schicht 27, die zugleich den Stoff mit OSC-Funktion, einen Metallkatalysator und einen Washcoat aufweist. Diese Schicht 27 kann über die Länge der Kanäle 25 homogen in Menge und Zusammensetzung sein. Man kann auch vorsehen, diese Eigenschaften entlang der Kanäle 25 variieren zu lassen:

– die Menge an metallischem Katalysator kann in dem stromaufwärts liegenden Bereich 28 größer sein als in dem stromabwärts liegenden Bereich 29 jedes Kanals 25, wobei der stromaufwärts liegende Bereich 10 bis 50% (beispielsweise) der Länge des Kanals 25 darstellt; so wird darauf abgezielt, die Oxidation der Kohlenwasserstoffe und des CO schneller durchzuführen; der Gehalt an Katalysator in dem stromaufwärts liegenden Bereich 28 kann beispielsweise 1,5 bis 5 mal so groß sein wie derjenige in dem stromabwärts liegenden Bereich 29;
– die Menge an Stoff mit OSC-Funktion kann erfindungsgemäß in dem stromabwärts liegenden Bereich 29 größer sein als in dem stromaufwärts liegenden Bereich 28 jedes Kanals 25, wobei der stromabwärts liegende Bereich 10 bis 50% (beispielsweise) der Länge des Kanals 25 darstellt; so wird darauf abgezielt, den Beginn der Verbrennung des Ruß hauptsächlich in dem stromabwärts liegenden Bereich 29 zu begünstigen, d.h. dort, wo der Ruß dazu neigt sich bevorzugt anzusammeln.

In dem Fall der 3 gibt es eine Imprägnierung des stromaufwärts liegenden Bereiches 28 der Kanäle 25 mit einer Schicht 30, welche zugleich den Stoff mit OSC-Funktion, den metallischen Katalysator und den Washcoat aufweist, und eine Imprägnierung des stromabwärts liegenden Bereiches 29 mit einer Schicht 31, die nur den Stoff mit OSC-Funktion und den Washcoat aufweist. In einer Variante könnte der OSC-Stoff in dem stromaufwärts liegenden Bereich fehlen.
In dem Fall der 4 gibt es eine Imprägnierung des stromaufwärts liegenden Bereiches 28 der Kanäle 25 mit einer Schicht 32, die den Stoff mit OSC-Funktion und den Washcoat aufweist, wobei die Schicht 32 selbst mit einer Schicht 33 beschichtet ist, die den metallischen Katalysator und den Washcoat aufweist. Der stromabwärts liegende Bereich 29 der Kanäle 25 ist nur mit der Schicht 32 aus dem Stoff mit OSC-Funktion und dem Washcoat imprägniert.
Bei allen Konfigurationen, die dargelegt wurden, kann ebenfalls gewählt werden keine Beschichtung und/oder Imprägnierung des stromabwärts liegenden Bereiches 29 oder zumindest seines Endbereiches vorzusehen. In der Tat neigen die Verunreinigungen, Aschen und verschiedenen Reststoffe, die nach der Verbrennung des Ruß übrig bleiben, dazu sich dort anzusammeln, und diese Verunreinigungen verschlechtern die Funktionsweise der Katalysatoren. Diese Katalysatoren in Bereichen wegzulassen, wo sie auf jeden Fall von geringerer Wirksamkeit als in dem Rest des FAP 7 wären, erlaubt Materialeinsparungen vorzunehmen und die Verluste an Gaslasten im Inneren des FAP 7 zu begrenzen.
Ebenso kann man, wie in den 5 und 6 zu sehen, die Verteilung der Katalysatoren gemäß dem Querschnitt des FAP 7 verändern.
5 zeigt einen FAP 7 im Querschnitt. Die seitlichen Module 34 sind beispielsweise mit einer größeren Menge an Stoff mit OSG-Funktion als die weiter zur Mitte liegenden Module 35 imprägniert.
In dieser Variante ist die Verteilung des Stoffes mit OSC-Funktion praktisch homogen im Inneren jedes Moduls. Dies muss nicht immer der Fall sein, beispielsweise wie in 6 dargestellt, wo Bereiche der Seitenmodule 34 ebenfalls in dem Bereich mit geringerer Imprägnierung derart eingeschlossen sind, dass dem Bereich mit geringerer Imprägnierung ein praktisch kreisförmiger Querschnitt verliehen wird.
Typischerweise stellt der Bereich mit der stärksten Imprägnierung zwischen 30 und 80% der Fläche des Querschnitts des FAP 7 dar. In diesem Bereich liegt die Menge an Stoff mit OSC-Funktion typischerweise in der Größenordnung von 1,5 bis 5 mal der Menge, die in den Bereichen mit geringerer Imprägnierung vorhanden ist.
Das Ziel einer solchen Verteilung des Stoffes mit OSC-Funktion besteht darin, den Sauerstoff vorzugsweise an der Stelle zu liefern, wo es am schwierigsten ist den Ruß umzuwandeln, d.h. am Umfang des FAP 7, wo die Wärmebedingungen die ungünstigsten sind.
Die Verteilung der anderen den FAP 7 imprägnierenden Stoffe kann ebenfalls über den Querschnitt des FAP 7 verändert werden, aber nicht unbedingt in der gleichen Weise wie der Stoff mit OSC-Funktion. So ist vorzuziehen, die mittigsten Module 35 für die Imprägnierung mit dem metallischen Katalysator vorzuziehen, um die Kohlenwasserstoffe und das CO vorzugsweise dort umzuwandeln, wo die Abfließbedingungen und die Wärmebedingungen hierfür die günstigsten sind. Auch hier können die Bereiche mit stärkerer Imprägnierung typischerweise 1,5 bis 5 mal mehr metallischen Katalysator aufweisen als die Bereiche mit geringerer Imprägnierung.
In der Praxis ist es vorteilhaft von dem Einsatz eines erfindungsgemäßen FAP 7 zu profitieren, um die eingesetzte Menge an Zusatzstoff für die Regeneration (in der Größenordnung von 50% oder mehr) zu verringern. Dies hat den Effekt, die Menge an unverbrennbaren Reststoffen, die sich in dem FAP 7 absetzen, zu verringern und somit seine gründliche Reinigung weniger oft erforderlich zu machen.
Es ist klar, dass der Einsatz eines erfindungsgemäßen FAP 7 in Auspuffanlagen von Dieselmotoren nur eine bevorzugte Anwendung ist. Ein erfindungsgemäßer FAP 7 ist auch in einer Auspuffanlage irgendeiner Art Verbrennungsmotor, für welchen ein FAP 7 seine Nützlichkeit hat, verwendbar.

Claims

System zur Regeneration eines Partikelfilters, der in eine Auspuffanlage (3) eines Dieselmotors für ein Kraftfahrzeug eingebaut ist, wobei der Motor (1) mit verschiedenen Organen verbunden ist, welche umfassen: – Vorrichtungen (2) zum Einlassen von Luft in den Motor, – Recyclingvorrichtungen (4) für die Abgase des Motors an dessen Eingang, – einen Turbokompressor (5), – einen Partikelfilter (7) der Art mit einem Filtermedium, das dafür bestimmt ist in den Abgasen des Motors (1) vorhandene Rußpartikel einzufangen, – einen Oxidationskatalysator (6), der stromaufwärts des Partikelfilters (7) in der Auspuffanlage (3) angeordnet oder mit diesem zusammenfallend angeordnet ist, – ein System (8) für die gemeinsame Versorgung der Zylinder des Motors mit Kraftstoff mit elektrisch gesteuerten Einspritzvorrichtungen (9, 10, 11, 12), die mit diesen Zylindern verbunden sind, – Vorrichtungen (16) zum Hinzufügen eines Zusatzstoffes zu dem Kraftstoff, wobei der Zusatzstoff dafür bestimmt ist sich in dem Rußpartikelbett abzulagern, um die Verbrennungstemperatur der in dem Filter (7) gefangenen Partikel abzusenken und ihre Verbrennung auszubreiten, – Vorrichtungen (20, 21, 22) zum Erwerb von Informationen bezüglich verschiedener Funktionsparameter des Motors und der mit diesem verbundenen Organe, und – Vorrichtungen (17) zur Steuerung der Funktionsweise der Einlassvorrichtungen, der Recyclingvorrichtungen, des Turbokompressors und/oder des Versorgungssystems zur Steuerung der Funktionsweise des Motors, wobei diese Vorrichtungen außerdem dafür eingerichtet sind eine Regenerationsphase des Partikelfilters auszulösen durch Verbrennung der in diesem gefangenen Partikel, indem eine Phase von Mehrfacheinspritzungen von Kraftstoff in die Zylinder des Motors während ihrer Entspannungsphase eingeleitet wird, wobei das Filtermedium des Partikelfilters (7) mit einem Stoff beschichtet und/oder imprägniert ist, der in der Lage ist eine Sauerstoffreserve zu bilden, welche die Verbrennung des Ruß während eines Regenerationsvorgangs des Partikelfilters ausbreiten kann, und wobei die Verteilung der verschiedenen Materialien in dem Filter (7) nicht gleichmäßig ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff, der in der Lage ist eine Sauerstoffreserve zu bilden, in bevorzugter Weise in dem Bereich (29) stromabwärts der Eingangskanäle (25) des Filters (7) angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff aus Ceroxid besteht.
System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoff aus einem Cer- und Zirkoniummischoxid besteht.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (7) ebenfalls mit zumindest einem Katalysator beschichtet und/oder imprägniert ist, welcher das Auslösen von Reaktionen begünstigt, die dazu neigen die Schadstoffemissionen des Motors zu verringern.
System gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (7) ebenfalls mit zumindest einem Katalysator beschichtet und/oder imprägniert ist, welcher das Auslösen der Rußverbrennung begünstigt.
System gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator ein Metall aus der Gruppe VIII ist, wie Platin, Palladium oder Rhodium oder ein Gemisch solcher Metalle.
System gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator, welcher das Auslösen der Rußverbrennung begünstigt, vorzugsweise in dem Bereich stromaufwärts (28) der Eingangskanäle (25) des Filters (7) angeordnet ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich des stromabwärts liegenden Bereiches (29) des Filters (7) frei ist von dem Stoff, der eine Sauerstoffreserve bildet, und frei ist von einem Katalysator.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Sauerstoffreserve bildende Stoff vorzugsweise in dem Umgebungsbereich (34) des Querschnitts des Filters (7) angeordnet ist.
System gemäß Anspruch 5 und einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator, welcher das Auslösen der Rußverbrennung begünstigt, vorzugsweise in dem zentralen Bereich (35) des Querschnitts des Filters (7) angeordnet ist.