EP1304455A1 - Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen - Google Patents

Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen Download PDF

Info

Publication number
EP1304455A1
EP1304455A1 EP02023261A EP02023261A EP1304455A1 EP 1304455 A1 EP1304455 A1 EP 1304455A1 EP 02023261 A EP02023261 A EP 02023261A EP 02023261 A EP02023261 A EP 02023261A EP 1304455 A1 EP1304455 A1 EP 1304455A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating means
particle
particulate filter
particle filter
filter according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP02023261A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1304455B1 (de
Inventor
Peter Dr.-Ing. Zima
Roman Dr.Rer.Nat. Baican
Ronny Dipl.-Ing. Mönnig
Bruce Dr. Peter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
Adam Opel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Adam Opel GmbH filed Critical Adam Opel GmbH
Publication of EP1304455A1 publication Critical patent/EP1304455A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1304455B1 publication Critical patent/EP1304455B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0821—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents combined with particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871—Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
    • F01N3/0885—Regeneration of deteriorated absorbents or adsorbents, e.g. desulfurization of NOx traps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/04—Sulfur or sulfur oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/10—Carbon or carbon oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/12—Hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides

Definitions

  • the present invention relates to a particle filter for cleaning engine exhaust, with cup-shaped trained inlet channels, the end with are provided with an inlet channel floor and into which particle-laden ones Exhaust gases flow in, as well as adjacent in parallel arranged to the inlet channels and vice versa pot-shaped outlet channels, each are provided at the end with an outlet channel floor and which derive the cleaned exhaust gases, whereby the filtering on the porous, flowed through wall sections deposits a particle layer from the inlet channel, the regeneration of the particle filter electrical heating means is burnable.
  • Particle filters of this type are commonly used for this used, the particle emission in exhaust gases from Internal combustion engines - especially diesel engines - too to reduce.
  • the technical effort to meet stricter Emissions standards are significant with the current possibilities. So does a prescribed reduction in Particle emissions by over 90%, for example Diesel vehicles with particle filters are essential and also requires active measures for suffocation. This is based on realistic estimates Allow more fuel consumption of over 5% because the required to be switched on in the exhaust gas flow Filter arrangement cause an increased energy requirement.
  • the energy requirement increases with increasing sootiness of the Particle filter, i.e. with an increasing particle layer. However, the particle layer is burned off can be removed in order to regenerate the particle filter again.
  • a generic particle filter is from the US 6,101,793 known.
  • the one made of a porous ceramic material existing particle filter has elongated cup-shaped trained inlet channels into which the from Intake of particle-laden exhaust gases generated by the diesel engine.
  • Outlet channels are parallel to the inlet channels arranged which the cleaned by filtering Discharge exhaust gases to the atmosphere.
  • the outlet channels are also cup-shaped, but vice versa aligned with the inlet channels. With this arrangement the filtering takes place when the porous common flows through Wall sections, being on the part of the inlet duct forms a particle layer.
  • the inlet channels as well the outlet channels here have a square Cross section on.
  • the bottom areas of the pot-shaped channels are formed by various plugs, which are the channels according to their orientation described above close at one end.
  • the particle filter is made of an outer tubular filter part built, in which an inner, smaller tubular Filter part is used coaxially.
  • This second filter part is on the flow of the exhaust gases laden with particles Side closed and thus forms a pot-shaped Outlet channel.
  • the one between the second filter part and the area formed by the first filter part also to be regarded as a pot-shaped inlet duct.
  • a cylinder tube-shaped and with openings provided sieve-like heating means is provided sieve-like heating means.
  • the particle-laden exhaust gases flowing past transport during regeneration of the particle filter the heat generated by the electrical heating medium to the Particle layer continues, which thereby burns.
  • the electrical heating medium according to this state of the Technology integrated directly into the exhaust gas flow, so that no additional means to generate a heated Airflow are required; nevertheless required the operation of the large-area cylindrical Heating means a very high amount of energy.
  • the invention closes the technical teaching a, the electrical heating means of a particle filter in at least some of the outlet channels in the area of the outlet duct floor that the by the Heat emitted by electrical heating means burns off the one located in the adjacent inlet ducts Particle layer triggers.
  • Electric heating means is that this Exhaust gas flow when entering the particle filter is not is disturbed. Because the electrical heating means in one Area of the exhaust ducts are not in the area the exhaust gas flow is located, the introduced electrical energy for heat generation clearly better used. As a result, the electrical Heat given off mainly by Transfer heat radiation to the neighboring filter walls become.
  • the ignition temperature for the particle layer depends on the soot distribution, especially on the Layer thickness and the packing density as well as the soot quality about the filter length. Since with the exhaust gas flow the the heat generated by the electrical heating means is transported further As a result, the particle layers are heated Wall sections what regeneration of the particle filter supported.
  • the cleaned exhaust gas can also cause corrosion processes avoided as a result of soot and ash deposits become.
  • the particle filter designed according to the invention enables self-sustaining regeneration, too immediately after an engine cold start in idle mode.
  • the electrical heating means radiate because of their high surface temperature heat from the adjacent Wall sections is added. This amount of heat regeneration starts on the inlet side of the Particulate filter. Some of the heat is turbulent Currents in the outlet channels to those there Wall sections released, whereby heating takes place. This will produce that generated by the electrical heating means Heat better used for regeneration and one Interruption of soot burning with a very high probability prevented.
  • the self-supporting oxidation the particle layer then moves in the direction of flow of the exhaust gas up to the gas outlet side and thus represents the original exhaust back pressure of the particle filter in the unloaded state, i.e. without a particle layer, again.
  • each outlet duct has an electrical Heating medium is equipped. With a square Channel cross section can thus the number of required electric heating medium to 25% of the number of outlet channels be reduced.
  • the electrical heating means with a pulse width modulated Supply voltage operated.
  • This pulse width modulated Supply voltage only needs one short defined period of time are maintained, which burning of the particle layer starts. After this Start triggered via the electrical heating means the further burning process due to the exothermic reaction automatically continue. Through the minimization thus achieved of the electrical energy requirement becomes the on-board electrical system vehicle powered by a diesel engine.
  • the Electric heating means are advantageously at least partly connected in series. Consequently leads to the burning of individual electrical heating means not to the failure of the entire particle filter. Separate Groups of heating means connected in series enable the particle filter to be heated in sectors.
  • the electrical heating means are preferred starting from the assigned outlet duct floor into the outlet duct arranged protruding, to the extent that optimal blasting into the neighboring edge areas the inlet channels can be achieved.
  • the electrical In this respect, heating agents do not need to go very far into the outlet duct protrude to their function according to the invention to fulfill.
  • the particle filter is made up of two parts. This consists of a disc-shaped outlet channel bottom Particulate filter cover part, on its contact side attached the heating medium to a particle filter main part are.
  • the particle filter cover part thus fulfills on the one hand the function of a carrier for the electrical On the other hand also serves to form the Auslasskanalböden.
  • Both parts of the particle filter are preferably made made of the same filter material and can Detachment are generated.
  • the outlet duct floors can by correspondingly introduced into the particle filter cover part Plug elements are formed.
  • the electrical Heating means are preferred on the particle filter cover part by gluing with a temperature resistant Adhesive attached. Alternatively, it is also conceivable the heating means releasably into the outlet channel floors of the Particulate filter cover part, which is an easier one Interchangeability guaranteed in case of repair.
  • the attached to the contact side of the particle filter cover part Heating means are preferably in corresponding Recesses, so that a overall flat contact side to the particle filter main part there arises.
  • the Heating medium also in the outlet duct sections of the particle filter cover part protruding towards the inlet side arranged and therefore entirely on the part of the thicker particle filter cover part.
  • the heating means do not necessarily have to in a certain direction along an outlet duct be arranged.
  • the length of the outlet duct sections of the particle filter cover part should be slightly larger than the length of the heating elements themselves.
  • a flow gap can also be maintained, whereby the duct in the main part of the particle filter compared to the Particulate filter cover part by appropriately inserted Plug elements should be offset to be a cheap one To create flow guidance.
  • Over the existing Flow gap can advantageously be the electrical Wiring of the heating elements can be realized. in this respect can be a sealed combination of both Filter parts can be dispensed with.
  • the particle filter designed according to the invention can according to another improve the invention Measure to be used as part of a filter arrangement, in which the particulate filter has a nitrogen oxide separator module is connected downstream.
  • the nitrogen oxide separator module comes directly on the gas outlet side of the particle filter to the system.
  • the nitrogen oxide separator module is used for the final embroidery of the exhaust gas, including one Desulfation can be carried out advantageously. This modular arrangement enables significant savings on platinum-containing coating materials.
  • the filter arrangement described above another particle filter can be added which in turn is followed by another nitrogen oxide separator module can.
  • This further particle filter is preferred unheated and provided with a catalytic coating.
  • the multiple arrangement increases the efficiency of the Filtering significantly.
  • the modular structure of the filter arrangement also offers significant energetic benefits. So is due to the compact design, heat integration for Reduction of energy requirements possible and at the same time can the regeneration of uncoated particle filters emerging gas components CO and HC immediately for Regeneration of the subsequent nitrogen oxide separator module used and thus dismantled.
  • the particle filter 2 is with electrical heating means 4 equipped for regeneration, which is shown below Position to be described in more detail.
  • the nitrogen oxide separator module 5 is with a provided suitable catalyst material and serves Elimination of harmful substances contained in the exhaust gases Nitrogen oxides.
  • the nitrogen oxide separator module 5 a further particle filter 6 downstream, but here unheated is.
  • the regeneration of this unheated particle filter 6 is on the heating means 4 of the front particle filter 2 by the heat from the particle oxidation in the particle filter 2 taken over. The heat required for this is forwarded accordingly via the exhaust gas flow.
  • the unheated particle filter 6 is with a catalytic Provide coating.
  • modular design follows the unheated particle filter 6 finally another nitrogen oxide separator module 7.
  • the filter arrangement alternating over this cleaned exhaust gases 8 after leaving the Housing 1 to the atmosphere.
  • FIG. 2 there is the heatable particle filter 2 from cup-shaped inlet channels 9, and arranged in parallel adjacent to the inlet channels 9 Outlet channels 10.
  • the inlet channels 9 at the end with an inlet channel floor 11 provided; the outlet channels 10 are on the input side an outlet channel floor 12 closed.
  • the particle-laden flow into the inlet channels 9 Exhaust gases 3 for filtering.
  • the porous wall sections 13 settles on the part of the inlet channel 9 shows a particle layer 14 on the wall sections 13 from.
  • Electric heating means 15a, 15b provided in the Outlet channels 10 in the area of the outlet channel bottom 12 are arranged.
  • the electric heating means 15a, 15b with a pulse width modulated Supply voltage operated by a generator unit 16, starting from the voltage source 17 is generated.
  • the electrical heating means 15 are designed in the manner of a coiled cantal wire and are based on the assigned outlet duct floor 12 arranged protruding into the outlet channel 10.
  • the output from the electrical heating means 15 Heat radiation penetrates the wall sections 13 in Area of the associated outlet channel floors 12, heated the coating up to the activation temperature and triggers the burning of the in the adjacent inlet channels 9 located particle layer 14.
  • outlet channels 10a each unheated outlet channels 10b.
  • the unheated outlet channels 10b are opposite the heated outlet channels 10a not provided with an electrical heating means 15.
  • the outlet channels 10 and 10 have the inlet channels 9 have a square cross-section, so that with the arrangement of the electrical heating means shown 15 only 25% of the outlet channels 10 with one Electric heating means 15 are to be provided to enable complete regeneration of the particle filter 2.
  • the particulate filter 2 constructed in two parts and consists of an inlet side disk-shaped particle filter cover part 18, which has a contact side 20 which with a Particulate filter main part 19 comes into contact.
  • the particle filter cover part 17 serves primarily for attachment or inclusion of the heating means 15.
  • the heating means 15 are in this embodiment by gluing with a temperature resistant Adhesive with the particle filter cover part 18 connected. To in the attached state of the Heating means 15 a flat contact side 20 to the particle filter main part To form 19, the heating means 15 are within corresponding recesses on the contact side 20 of the particle filter cover part 18 inserted.
  • the length of the outlet duct sections 10a of the particle filter cover part 18a is somewhat larger than the length of the heating elements 15a.
  • the channel guide in the particle filter main part 19a compared to the particle filter cover part 18a by appropriately introduced Plug elements 21a are offset so as to be inexpensive To create flow guidance. Over the existing flow gap 22 the electrical wiring of the Heating elements 15a.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

Um bei einem Partikelfilter zum Reinigen von Abgasen mit topfförmig ausgebildeten Einlasskanälen (9) sowie parallel benachbart zu den Einlasskanälen (9) angeordneten und hierzu umgekehrt topfförmig ausgebildeten Auslasskanälen (10) mit sich in Folge der Filterung an den dazwischenliegenden porösen und partikelbeladenen Abgasen (3) durchströmten Wandabschnitten (13) seitens des Einlasskanals (9) sich absetzenden Partikelschicht (14) auf einfache Weise eine wirkungsvolle Regeneration mittels elektrischer Heizmittel (15) zu schaffen, wird vorgesehen, dass die elektrischen Heizmittel (15) in zumindest einem Teil der Auslasskanäle (10) derart im Bereich des Auslasskanalbodens (12) angeordnet sind, dass die von den elektrischen Heizmitteln (15) abgegebene Wärmestrahlung das Abbrennen der in den angrenzenden Einlasskanälen (9) befindlichen Partikelschicht (14) auslöst. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen, mit topfförmig ausgebildeten Einlasskanälen, die endseitig mit einem Einlasskanalboden versehen sind und in welche partikelbeladene Abgase einströmen, sowie parallel benachbart zu den Einlasskanälen angeordnete und hierzu umgekehrt topfförmig ausgerichtete Auslasskanäle, welche je endseitig mit einem Auslasskanalboden versehen sind und welche die gereinigten Abgase ableiten, wobei sich durch die Filterung an den porösen, durchströmten Wandabschnitten seitens des Einlasskanals eine Partikelschicht absetzt, die zur Regeneration des Partikelfilters über elektrische Heizmittel abbrennbar ist.
Partikelfilter dieser Art werden gewöhnlich dafür eingesetzt, den Partikelausstoß bei Abgasen von Verbrennungsmotoren - insbesondere von Dieselmotoren - zu reduzieren. Der technische Aufwand zur Erfüllung strenger Abgasnormen ist mit den gegenwärtigen Möglichkeiten erheblich. So macht eine vorgeschriebene Reduzierung des Partikelausstoßes um über 90 % die Ausrüstung von beispielsweise Dieselfahrzeugen mit Partikelfiltern unerlässlich und erfordert zudem aktive Maßnahmen zur Erstickung. Hierfür ist nach realistischen Schätzungen ein Kraftstoffmehrverbrauch von über 5% einzuplanen, weil die in den Abgasstrom erforderlicherweise einzuschaltende Filteranordnung einen erhöhten Energiebedarf verursachen. Der Energiebedarf steigt mit zunehmender Verrußung des Partikelfilters, das heißt mit anwachsender Partikelschicht. Die Partikelschicht ist jedoch durch Abbrennen beseitigbar, um den Partikelfilter insoweit wieder zu regenerieren.
Ein gattungsgemäßer Partikelfilter ist aus der US 6,101,793 bekannt. Der aus einem porösen Keramikmaterial bestehende Partikelfilter weist langgestreckte topfförmig ausgebildete Einlasskanäle auf, in welche die vom Dieselmotor erzeugten partikelbeladenen Abgase einströmen. Parallel benachbart zu den Einlasskanälen sind Auslasskanäle angeordnet, welche die durch Filtern gereinigten Abgase an die Atmosphäre ableiten. Die Auslasskanäle sind ebenfalls topfförmig ausgebildet, jedoch umgekehrt zu den Einlasskanälen ausgerichtet. Bei dieser Anordnung erfolgt die Filterung bei Durchströmen der porösen gemeinsamen Wandabschnitte, wobei sich seitens des Einlasskanals eine Partikelschicht bildet. Die Einlasskanäle sowie die Auslasskanäle weisen hier einen quadratischen Querschnitt auf. Die Bodenbereiche der topfförmigen Kanäle sind durch diverse Stopfen gebildet, welche die Kanäle entsprechend ihrer vorstehend beschriebenen Ausrichtung an einem Ende verschließen.
Zur Regeneration des Partikelfilters weist dieser weiterhin elektrische Heizmittel auf, die filterausgangsseitig im Bereich der Öffnungen der Auslasskanäle angeordnet sind. Ein in der nachfolgenden Abgasleitung zwischen dem Partikelfilter und der Atmosphäre eingeschaltetes Gebläse wirkt zur Regeneration des Partikelfilters mit den elektrischen Heizmitteln zusammen. Das Gebläse wird bei Stillstand des Dieselmotors während einer definierten Zeitdauer eingeschaltet, so dass ein Luftstrom rückwärts über die aufgeheizten elektrischen Heizmittel strömt, wodurch sich der Luftstrom erhitzt, so dass ein Abbrennen der Partikelschicht einsetzt. Diese bekannte Lösung zur Regeneration des Partikelfilters weist jedoch den Nachteil auf, dass zur Erzeugung des aufgeheizten Luftstromes ein relativ hoher technischer Aufwand erforderlich ist.
Ein weiterer gattungsgemäßer Partikelfilter ist aus der US 5,782,941 bekannt, wobei hier zur Regeneration ein anderer technischer Weg beschritten wird. Der Partikelfilter ist aus einem äußeren rohrförmigen Filterteil aufgebaut, in welches ein inneres, kleineres rohrartiges Filterteil koaxial eingesetzt ist. Dieses zweite Filterteil ist auf der von den partikelbeladenen Abgasen angeströmten Seite verschlossen und bildet somit einen topfförmigen Auslasskanal. Der zwischen dem zweiten Filterteil und dem ersten Filterteil gebildete Bereich ist ebenfalls als ein topfförmiger Einlasskanal anzusehen. Hierin ist ein zylinderrohrartig geformtes und mit Durchbrüchen versehendes siebartiges Heizmittel angeordnet. Die hieran vorbeiströmenden partikelbeladenden Abgase transportieren bei einer Regeneration des Partikelfilters die vom elektrischen Heizmittel erzeugte Wärme an die Partikelschicht weiter, welche hierdurch abbrennt. Zwar ist das elektrische Heizmittel gemäß diesem Stand der Technik direkt in den Abgasstrom integriert, so dass keine zusätzlichen Mittel zur Erzeugung eines aufgeheizten Luftstromes erforderlich sind; gleichwohl erfordert der Betrieb des großflächigen zylinderförmig ausgebildeten Heizmittels ein recht hohen Energieaufwand.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Partikelfilter zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors zu schaffen, welcher auf einfache Weise energiesparend und mit hohem Wirkungsgrad regenerierbar ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einem Partikelfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, die elektrischen Heizmittel eines Partikelfilters in zumindest einem Teil der Auslasskanäle derart im Bereich des Auslasskanalbodens anzuordnen, dass die von den elektrischen Heizmitteln abgegebene Wärmstrahlung ein Abbrennen der in den angrenzenden Einlasskanälen befindlichen Partikelschicht auslöst.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung der elektrischen Heizmittel liegt darin, dass hierdurch die Abgasströmung beim Eintritt in den Partikelfilter nicht gestört wird. Da sich die elektrischen Heizmittel in einem Bereich der Auslasskanäle befinden, der nicht im Bereich der Abgasströmung gelegen ist, wird die eingebrachte elektrische Energie zur Wärmeerzeugung deutlich besser genutzt. In Folge dessen kann die von den elektrischen Heizmitteln abgegebene Wärme hauptsächlich durch Wärmestrahlung auf die benachbarten Filterwände übertragen werden. Die Zündtemperatur für die Partikelschicht hängt ab von der Rußverteilung, insbesondere von der Schichtdicke und der Packungsdichte sowie der Rußqualität über die Filterlänge. Da mit der Abgasströmung die von den elektrischen Heizmitteln erzeugte Wärme weitertransportiert wird, erwärmen sich hierdurch die partikelschichtbehafteten Wandabschnitte, was die Regenerierung des Partikelfilters unterstützt. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der elektrischen Heizmittel auf der Seite des gereinigten Abgases können zudem Korrosionsprozesse als Folge von Ruß- und Ascheablagerungen nachhaltig vermieden werden. Der erfindungsgemäß ausgebildete Partikelfilter ermöglicht eine selbsttragende Regeneration, auch unmittelbar nach einem Motorkaltstart bei Leerlaufbetrieb. Die elektrischen Heizmittel strahlen aufgrund ihrer hohen Oberflächentemperatur Wärme ab, die von den angrenzenden Wandabschnitten aufgenommen wird. Diese Wärmemenge startet die Regeneration auf der Einlassseite des Partikelfilters. Zu einem Teil wird die Wärme durch turbulente Strömungen in den Auslasskanälen an die dortigen Wandabschnitte abgegeben, wodurch eine Erwärmung erfolgt. Dadurch wird die von den elektrischen Heizmitteln erzeugte Wärme für die Regeneration besser genutzt und eine Unterbrechung des Rußabbrandes mit einer sehr hohen Wahrscheinlichkeit verhindert. Die sich selbst tragende Oxidation der Partikelschicht schreitet dann in Strömungsrichtung des Abgases bis zur Gasauslassseite fort und stellt damit den ursprünglichen Abgasgegendruck des Partikelfilters im unbeladenen Zustand, das heißt ohne Partikelschicht, wieder her.
Um die Gesamtzahl der benötigten elektrischen Heizmittel zu reduzieren, grenzen gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme an die mit elektrischen Heizmitteln ausgerüsteten Auslasskanäle jeweils unbeheizte - dass heißt ohne elektrische Heizmittel ausgerüstete Auslasskanäle - an. Um eine vollständige Regeneration des Partikelfilters zu erzielen, ist es nicht erforderlich, dass jeder Auslasskanal mit einem elektrischen Heizmittel ausgestattet ist. Bei einem quadratischen Kanalquerschnitt kann so die Anzahl der benötigten elektrischen Heizmittel auf 25 % der Anzahl der Auslasskanäle reduziert werden.
Vorzugsweise werden zur Einsparung elektrischer Energie die elektrischen Heizmittel mit einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung betrieben. Diese pulsweitenmodulierte Versorgungsspannung braucht nur über eine kurze definierte Zeitdauer aufrecht erhalten werden, welche das Abbrennen der Partikelschicht startet. Nach dem über die elektrischen Heizmittel ausgelösten Start läuft der weitere Abbrennprozess wegen der exothermen Reaktion selbsttätig weiter. Durch die somit erzielte Minimierung des elektrischen Energiebedarfs wird das Bordnetz eines dieselmotorisch betriebenen Fahrzeuges minimal belastet.
Um eine effektive Wärmeabstrahlung der elektrischen Heizmittel sicherzustellen, sind diese vorzugsweise nach Art eines gewendelten Kantal-Drahts ausgebildet. Die elektrischen Heizmittel sind vorteilhafter Weise zumindest teilweise in Serie zueinander geschalten. Somit führt ein Durchbrennen einzelner elektrischer Heizmittel nicht zum Ausfall des gesamten Partikelfilters. Einzelne Gruppen von in Serie zueinander geschalteten Heizmitteln ermöglichen eine sektorenweise Beheizung des Partikelfilters.
Die elektrischen Heizmittel sind vorzugsweise ausgehend vom zugeordneten Auslasskanalboden in den Auslasskanal hineinragend angeordnet, und zwar soweit, dass ein optimales Abstrahlen in die benachbarten Randbereiche der Einlasskanäle erzielt werden kann. Die elektrischen Heizmittel brauchen insoweit nicht sehr weit in den Auslasskanal hineinragen, um ihre erfindungsgemäße Funktion zu erfüllen.
Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist der Partikelfilter zweiteilig aufgebaut. Dieser besteht aus einem scheibenförmigen auslasskanaibodenseitigen Partikelfilterdeckelteil, an dessen Kontaktseite zu einem Partikelfilterhauptteil die Heizmittel befestigt sind. Damit erfüllt das Partikelfilterdeckelteil zum Einen die Funktion eines Trägers für die elektrischen Heizmittel und dient zum Anderen auch zur Bildung der Auslasskanalböden.
Beide Teile des Partikelfilters bestehen vorzugsweise aus demselben Filterwerkstoff und können durch Abtrennen erzeugt werden. Die Auslasskanalböden können durch entsprechend in das Partikelfilterdeckelteil eingebrachte Stöpselelemente ausgebildet werden. Die elektrischen Heizmittel sind am Partikelfilterdeckelteil vorzugsweise durch Kleben mit einem temperaturbeständigen Klebstoff angebracht. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, die Heizmittel lösbar in die Auslasskanalböden des Partikelfilterdeckelteils einzustecken, was eine leichtere Austauschbarkeit im Reparaturfall gewährleistet. Die an der Kontaktseite des Partikelfilterdeckelteils befestigten Heizmittel liegen vorzugsweise in korrespondierenden Ausnehmungen, so dass bei montierten Heizmitteln eine insgesamt ebene Kontaktseite zum Partikelfilterhauptteil hin entsteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Heizmittel auch in Auslasskanalabschnitte des Partikelfilterdeckelteils in Richtung der Einlassseite hineinragend angeordnet und damit gänzlich seitens des entsprechend dickeren Partikelfilterdeckelteils platziert werden. Damit wird eine bessere Führung der Heizmittel erzielt. Die Heizmittel müssen nämlich nicht notwendigerweise in eine bestimmte Richtung entlang eines Auslasskanals angeordnet sein. Die Länge der Auslasskanalabschnitte des Partikelfilterdeckelteils sollte etwas größer sein als die Länge der Heizelemente selbst. Zwischen dem Partikelfilterdeckelteil und dem Partikelfilterhauptteil kann zudem ein Strömungsspalt beibehalten werden, wobei die Kanalführung im Partikelfilterhauptteil gegenüber dem Partikelfilterdeckelteil durch entsprechend eingebrachte Stöpselelemente versetzt erfolgen sollte, um eine günstige Strömungsführung zu schaffen. Über den bestehenden Strömungsspalt kann in vorteilhafter Weise die elektrische Verdrahtung der Heizelemente realisiert werden. Insoweit kann auf ein abgedichtetes Zusammenfügen beider Filterteile verzichtet werden.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Partikelfilter kann gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme im Rahmen einer Filteranordnung eingesetzt werden, bei welcher dem Partikelfilter direkt ein Stickoxid-Abscheidermodul nachgeschaltet ist. Das Stickoxid-Abscheidermodul kommt dabei direkt an der Gasauslassseite des Partikelfilters zur Anlage. Das Stickoxid-Abscheidermodul dient der Endstickung des Abgases, wobei auch eine Desulfatation vorteilhaft durchgeführt werden kann. Diese modulare Anordnung ermöglicht eine deutliche Einsparung an platinhaltigen Beschichtungsmaterialien.
Durch die direkte Nachschaltung eines Stickoxid-Abscheidermoduls an einen beheizten Partikelfilter kann die im Verlauf der Regeneration des Partikelfilters frei werdende exotherme Energie gleichzeitig auch zur Regeneration des nachgeschalteten Stickoxid-Abscheiders verwendet werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der gesamten Filteranordnung deutlich verbessert. Durch diesen simultanen Regenerierungsprozess von Partikelfilter und Stickoxid-Abscheider wird darüber hinaus auch der steuerungstechnische Aufwand deutlich verringert. Die den beheizten Partikelfilter verlassenden gereinigten Abgase weisen eine Temperatur von bis zu 700 C° auf. Mit der Abgasströmung wird diese Wärme zum Stickoxid-Abscheidermodul weitertransportiert und leitet dort eine Regeneration in Form einer Desulfatation ein. Mit der Desulfatation werden Sulfatablagerungen im Stickoxid - Abscheidermodul beseitigt, die auf ein relativ hohen Schwefelgehalt des Dieselkraftstoffes und schwefelhaltige Bestandteile des Öls zurückzuführen sind.
Der vorstehend beschriebenen Filteranordnung kann ein weiterer Partikelfilter nachgeschaltet werden, dem wiederum ein weiteres Stickoxid-Abscheidermodul folgen kann. Dieser weitere Partikelfilter ist vorzugsweise unbeheizt und mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Die mehrfache Anordnung erhöht den Wirkungsgrad der Filterung erheblich. Der modulare Aufbau der Filteranordnung bietet auch erhebliche energetische Vorteile. So ist durch die kompakte Bauweise eine Wärmeintegration zur Senkung des Energiebedarfs möglich und gleichzeitig können die bei der Regeneration unbeschichteter Partikelfilter entstehenden Gaskomponenten CO und HC unmittelbar zur Regeneration des nachfolgenden Stickoxid-Abscheidermoduls eingesetzt und damit abgebaut werden.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer aus Partikelfiltern und Stickoxid-Abscheidermodulen bestehende Filteranordnung,
Fig. 2
eine Prinzipdarstellung der Funktionsweise eines erfindungsgemäß ausgebildeten Partikelfilters,
Fig. 3
eine schematische Draufsicht auf die eingangsseitige Stirnfläche des Partikelfilters,
Fig. 4
eine schematische Seitenansicht eines geteilt aufgebauten Partikelfilters mit hieran angebrachten elektrischen Heizmitteln.
Fig. 5
eine schematische Seitenansicht eines geteilt aufgebauten Partikelfilters mit hieran angebrachten elektrischen Heizmitteln in einer anderen Ausführungsform.
Eine gemäß Fig. 1 aufgebaute Partikelfilteranordnung zum Reinigen von Abgasen eines Dieselmotors umfasst einen in einem Gehäuse langeordneten beheizten Partikelfilter 2. Eingangsseitig in den Partikelfilter 2 gelangen partikelbeladene Abgase 3, welche beim Betrieb eines - hier weiter nicht dargestellten - Dieselmotors entstehen.
Der Partikelfilter 2 ist mit elektrischen Heizmitteln 4 zur Regeneration ausgestattet, welche an nachstehender Stelle eingehender beschrieben werden. Die den beheizten Partikelfilter 2 verlassenden gereinigten Abgase werden einem angrenzenden Stickoxid-Abscheidermodul 5 zugeführt. Das Stickoxid-Abscheidermodul 5 ist mit einem geeigneten Katalysatormaterial versehen und dient der Beseitigung von in den Abgasen enthaltenen schädlichen Stickoxiden. Gemäß des dargestellten Ausführungsbeispiels ist dem Stickoxid-Abscheidermodul 5 ein weiterer Partikelfilter 6 nachgeschaltet, der hier allerdings unbeheizt ist. Die Regeneration dieses unbeheizten Partikelfilters 6 wird über die Heizmittel 4 des vorderen Partikelfilters 2 durch die Wärme aus der Partikeloxidation im Partikelfilters 2 mit übernommen. Die hierfür benötigte Wärme wird über den Abgasstrom entsprechend weitergeleitet. Der unbeheizte Partikelfilter 6 ist mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Entsprechend des hier dargestellten modulartigen Aufbaus folgt dem unbeheizten Partikelfilter 6 schließlich wiederum ein weiteres Stickoxid-Abscheidermodul 7. Die über diese alternierende Filteranordnung gereinigten Abgase 8 gelangen nach Verlassen des Gehäuses 1 an die Atmosphäre.
Gemäß Fig. 2 besteht der beheizbare Partikelfilter 2 aus topfförmig ausgebildeten Einlasskanälen 9, sowie parallel benachbart zu den Einlasskanälen 9 angeordneten Auslasskanäle 10. Zur Bildung der Topfform sind die Einlasskanäle 9 endseitig mit einem Einlasskanalboden 11 versehen; die Auslasskanäle 10 sind eingangsseitig mit einem Auslasskanalboden 12 verschlossen. Durch ihre Ausrichtung strömen in die Einlasskanäle 9 die partikelbeladenen Abgase 3 zur Filterung ein. Diese durchströmen die porösen Wandabschnitte 13, welche durch die benachbarte Anordnung der Einlasskanäle 9 zu den Auslasskanälen 10 gebildet werden, und gelangen durch die Auslasskanäle 10 hindurch als gereinigte Abgase 8 an die Atmosphäre. In Folge der Filterung der partikelbeladenen Abgase 3 durch die porösen Wandabschnitte 13 setzt sich seitens des Einlasskanals 9 eine Partikelschicht 14 an den Wandabschnitten 13 ab.
Zur Regeneration des Partikelfilters 2 sind elektrische Heizmittel 15a, 15b vorgesehen, die in den Auslasskanälen 10 im Bereich des Auslasskanalbodens 12 angeordnet sind.
Zur Einsparung elektrischer Energie werden die elektrischen Heizmittel 15a, 15b mit einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung betrieben, welche durch eine Generatoreinheit 16, ausgehend von der Spannungsquelle 17 erzeugt wird. Die elektrischen Heizmittel 15 sind nach Art eines gewendelten Kantal-Drahts ausgebildet und sind ausgehend vom zugeordneten Auslasskanalboden 12 in den Auslasskanal 10 hineinragend angeordnet.
Die von den elektrischen Heizmitteln 15 abgegebene Wärmestrahlung durchdringt die Wandabschnitte 13 im Bereich der zugeordneten Auslasskanalböden 12, erwärmt die Beschichtung bis auf die Aktivierungstemperatur und löst damit das Abbrennen der in den angrenzenden Einlasskanälen 9 befindlichen Partikelschicht 14 aus.
Durch die den Partikelfilter 2 durchströmenden Abgase wird die Wärme entlang der Partikelschicht 14 in Richtung der Einlasskanalböden 11 zum Abbrennen der gesamten Partikelschicht 14 weitertransportiert, wobei das Abbrennen nach dem Start selbsttätig erfolgt (exotherme Reaktion).
Gemäß Fig. 3 grenzen an die mit elektrischen Heizmitteln 15 ausgerüsteten Auslasskanäle 10a jeweils unbeheizte Auslasskanäle 10b an. Die unbeheizten Auslasskanäle 10b sind gegenüber den beheizten Auslasskanälen 10a nicht mit einem elektrischen Heizmittel 15 versehen. Wie hier dargestellt, besitzen die Auslasskanäle 10 sowie die Einlasskanäle 9 einen quadratischen Querschnitt, so dass bei der gezeigten Anordnung der elektrischen Heizmittel 15 lediglich 25 % der Auslasskanäle 10 mit einem elektrischen Heizmittel 15 zu versehen sind, um eine vollständige Regeneration des Partikelfilters 2 zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 ist der Partikelfilter 2 zweiteilig aufgebaut und besteht aus einem einlassseitigen scheibenförmigen Partikelfilterdeckelteil 18, das eine Kontaktseite 20 aufweist, welche mit einem Partikelfilterhauptteil 19 in Kontakt tritt. Das Partikelfilterdeckelteil 17 dient vornehmlich der Befestigung oder Aufnahme der Heizmittel 15. Die Heizmittel 15 sind in diesem Ausführungsbeispiel durch Kleben mit einem temperaturbeständigen Klebstoff mit dem Partikelfilterdeckelteil 18 verbunden. Um im befestigten Zustand der Heizmittel 15 eine ebene Kontaktseite 20 zum Partikelfilterhauptteil 19 zu bilden, sind die Heizmittel 15 innerhalb korrespondierender Ausnehmungen an der Kontaktseite 20 des Partikelfilterdeckelteils 18 eingelegt. Nach Zusammenfügen des Partikelfilterdeckelteils 18 mit dem Partikelfilterhauptteil 19 entsteht der erfindungsgemäße beheizbare Partikelfilter 2.
Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 5 sind die Heizmittel 15a in die einzelnen Auslasskanalabschnitte 10a des Partikelfilterdeckelteils 18a in Richtung der Einlassseite hineinragend angeordnet und damit gänzlich seitens des entsprechend dickeren Partikelfilterdeckelteils 18a platziert. Die Länge der Auslasskanalabschnitte 10a des Partikelfilterdeckelteils 18a ist etwas größer als die Länge der Heizelemente 15a. Zwischen dem Partikelfilterdeckelteil 18a und dem Partikelfilterhauptteil 19a besteht zudem ein Strömungsspalt 22, wobei die Kanalführung im Partikelfilterhauptteil 19a gegenüber dem Partikelfilterdeckelteil 18a durch entsprechend eingebrachte Stöpselelemente 21a versetzt erfolgt, um eine günstige Strömungsführung zu schaffen. Über den bestehenden Strömungsspalt 22 erfolgt die elektrische Verdrahtung der Heizelemente 15a.
Bezugszeichenliste
1
Gehäuse
2
Partikelfilter, beheizt
3
Abgase, partikelbeladen
4
Heizmittel
5
Stickoxid-Abscheidermodul
6
Partikelfilter, unbeheizt
7
Stickoxid-Abscheidermodul
8
Abgase, gereinigt
9
Einlasskanal
10
Auslasskanal
11
Einlasskanalboden
12
Auslasskanalboden
13
Wandabschnitt
14
Partikelschicht
15
Heizmittel
16
Generatoreinheit
17
Spannungsquelle
18
Partikelfilterdeckelteil
19
Partikelfilterhauptteil
20
Kontaktseite
21
Stöpselelement
22
Strömungsspalt

Claims (13)

  1. Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen, mit topfförmig ausgebildeten Einlasskanälen (9), die endseitig mit einem Einlasskanalboden (11) versehen sind und in welche partikelbeladene Abgase (3) einströmen, sowie parallel benachbart zu den Einlasskanälen (9) angeordnete und hierzu umgekehrt topfförmig ausgerichtete Auslasskanäle (10), welche endseitig mit einem Auslasskanalboden (12) versehen sind und welche die gereinigten Abgase (8) ableiten, wobei sich infolge der Filterung an den dazwischenliegenden porösen, durchströmten Wandabschnitten (13) seitens des Einlasskanals (9) eine Partikelschicht (14) absetzt, die zur Regeneration über elektrische Heizmittel (15) abbrennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Heizmittel (15) in zumindest einem Teil der Auslasskanäle (10) derart im Bereich des Auslasskanalbodens (12) angeordnet sind, dass die von den elektrischen Heizmitteln (15) abgegebene Wärmestrahlung das Abbrennen der in den angrenzenden Einlasskanälen (9) befindlichen Partikelschicht (14) auslöst.
  2. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die mit elektrischen Heizmitteln (15) ausgerüsteten Auslasskanäle (10a) jeweils unbeheizte Auslasskanäle (10b) angrenzen, um die Gesamtzahl der elektrischen Heizmittel (15) zu reduzieren.
  3. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einsparung elektrischer Energie die Heizmittel (15) mit einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung betrieben werden, welche zum Auslösen des Abbrennens der Partikelschicht (14) während einer definierten Zeitdauer bereitgestellt wird.
  4. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (15) nach Art eines gewendelten Kantal-Drahts ausgebildet sind.
  5. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen den Auslasskanalböden (12) zugeordneten Heizmittel (15) zumindest teilweise in Serie zueinander geschalten sind.
  6. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (15) ausgehend vom zugeordneten Auslasskanalboden (12) in den Auslasskanal (10) hineinragend angeordnet sind.
  7. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein scheibenförmiges einlassseitiges Partikelfilterdeckelteil (18) vorgesehen ist, an dessen Kontaktseite (20) zu einem Partikelfilterhauptteil (19) die Heizmittel (15) angeordnet sind.
  8. Partikelfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (15) durch Kleben mit einem temperaturbeständigen Klebstoff unlösbar mit dem Partikelfilterdeckelteil (18) verbunden sind.
  9. Partikelfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (15) die Auslasskanalböden (11) des Partikelfilterdeckelteils (18) lösbar eingesteckt sind.
  10. Partikelfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Stöpselelemente (21) vorgesehen sind, welche zur Bildung der Auslasskanalböden (11) die Auslasskanäle (10) verschließen.
  11. Partikelfilter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (15c) in Auslasskanalabschnitte (10a) des Partikelfilterdeckelteils (18a) in Richtung der Einlassseite hineinragend angeordnet sind, wobei die Länge der Auslasskanalabschnitte (10a) des Partikelfilterdeckelteils (18a) zumindest der Länge der Heizelemente (15c) entspricht.
  12. Partikelfilter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Partikelfilterdeckelteil (18a) und dem Partikelfilterhauptteil (19a) ein Strömungsspalt (22) besteht, wobei die Kanalführung im Partikelfilterhauptteil (19a) gegenüber dem Partikelfilterdeckelteil (18a) versetzt erfolgt.
  13. Partikelfilter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die versetzte Kanalführung zwischen dem Partikelfilterhauptteil (19a) und dem Partikelfilterdeckelteil (18a) über in der Stirnfläche des Partikelfilterhauptteils (19a) entsprechend eingebrachte Stöpselelemente (21a) erfolgt.
EP02023261A 2001-10-18 2002-10-17 Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen Expired - Lifetime EP1304455B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10151425A DE10151425A1 (de) 2001-10-18 2001-10-18 Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen
DE10151425 2001-10-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1304455A1 true EP1304455A1 (de) 2003-04-23
EP1304455B1 EP1304455B1 (de) 2009-09-30

Family

ID=7702906

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP02023261A Expired - Lifetime EP1304455B1 (de) 2001-10-18 2002-10-17 Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1304455B1 (de)
AT (1) ATE444437T1 (de)
DE (2) DE10151425A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004079170A1 (en) * 2003-03-08 2004-09-16 Johnson Matthey Public Limited Company EXHAUST SYSTEM FOR LEAN BURN IC ENGINE INCLUDING PARTICULATE FILTER AND NOx ABSORBENT
EP1496212A1 (de) * 2003-07-08 2005-01-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Abgasreinigungsanlage für einen Verbrennungsmotor
EP1902202A1 (de) * 2005-05-21 2008-03-26 Umicore AG & Co. KG Verstopfungsfreies filteraggregat mit hohem wirkungsgrad
DE102016110527A1 (de) * 2016-06-08 2017-12-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10308675A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-09 Adam Opel Ag Regenerierbares Partikelfilter
US7469532B2 (en) * 2005-09-22 2008-12-30 Gm Global Technology Operations, Inc. Diesel particulate filter (DPF) regeneration by electrical heating of resistive coatings
DE102006059966A1 (de) * 2006-12-19 2008-06-26 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Partikelfilter
US8146350B2 (en) 2007-10-04 2012-04-03 GM Global Technology Operations LLC Variable power distribution for zoned regeneration of an electrically heated particulate filter
DE102008050019B4 (de) * 2007-10-04 2020-07-09 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) System und Verfahren zur variablen Leistungsverteilung für zonenweise Regeneration eines elektrisch beheizten Partikelfilters

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4512786A (en) * 1982-04-21 1985-04-23 Mazda Motor Corporation Exhaust gas purifying device
US4519820A (en) * 1982-08-05 1985-05-28 Nippondenso Co., Ltd. Fitter apparatus for purifying exhaust gases
US4872889A (en) * 1987-04-11 1989-10-10 Fev Motorentechnik Gmbh & Co., Kg Filter system for the removal of engine emission particulates
JPH05163929A (ja) * 1991-12-12 1993-06-29 Nippondenso Co Ltd 排気微粒子浄化装置
EP0632189A1 (de) * 1993-06-03 1995-01-04 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Abgasreiniger
US5782941A (en) 1996-09-23 1998-07-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Particulate trap for diesel engine
US6101793A (en) 1997-04-22 2000-08-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Exhaust gas filter, method of producing the same, and exhaust gas purification apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3838589C1 (de) * 1988-11-14 1989-12-28 Voest-Alpine Automotive Ges.M.B.H., Linz, At
JPH04179818A (ja) * 1990-11-14 1992-06-26 Nippon Soken Inc 排気ガス微粒子浄化装置
JPH10121941A (ja) * 1996-10-18 1998-05-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 排気ガス浄化装置
FR2779177B1 (fr) * 1998-05-29 2000-06-30 Renault Dispositif d'echappement a filtre a particules

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4512786A (en) * 1982-04-21 1985-04-23 Mazda Motor Corporation Exhaust gas purifying device
US4519820A (en) * 1982-08-05 1985-05-28 Nippondenso Co., Ltd. Fitter apparatus for purifying exhaust gases
US4872889A (en) * 1987-04-11 1989-10-10 Fev Motorentechnik Gmbh & Co., Kg Filter system for the removal of engine emission particulates
JPH05163929A (ja) * 1991-12-12 1993-06-29 Nippondenso Co Ltd 排気微粒子浄化装置
EP0632189A1 (de) * 1993-06-03 1995-01-04 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Abgasreiniger
US5782941A (en) 1996-09-23 1998-07-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Particulate trap for diesel engine
US6101793A (en) 1997-04-22 2000-08-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Exhaust gas filter, method of producing the same, and exhaust gas purification apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004079170A1 (en) * 2003-03-08 2004-09-16 Johnson Matthey Public Limited Company EXHAUST SYSTEM FOR LEAN BURN IC ENGINE INCLUDING PARTICULATE FILTER AND NOx ABSORBENT
US7930881B2 (en) 2003-03-08 2011-04-26 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust system for lean burn IC engine including particulate filter and NOx absorbent
US8752367B2 (en) 2003-03-08 2014-06-17 Johnson Matthey PLLC Exhaust system for lean burn IC engine including particulate filter and NOx absorbent
EP1496212A1 (de) * 2003-07-08 2005-01-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Abgasreinigungsanlage für einen Verbrennungsmotor
US7338642B2 (en) 2003-07-08 2008-03-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device for engine
EP1902202A1 (de) * 2005-05-21 2008-03-26 Umicore AG & Co. KG Verstopfungsfreies filteraggregat mit hohem wirkungsgrad
DE102016110527A1 (de) * 2016-06-08 2017-12-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE10151425A1 (de) 2003-04-30
ATE444437T1 (de) 2009-10-15
DE50213879D1 (de) 2009-11-12
EP1304455B1 (de) 2009-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3842282C2 (de) Vorrichtung zur Verminderung der Abgasemission eines Dieselmotors
EP0395840B1 (de) Russfilter zur Reinigung des Abgasstroms einer Brennkraftmaschine
US6572682B2 (en) Self-cleaning filter system using direct electrically heated sintered metal fiber filter media
EP0238916B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration von Abgas-Filtersystemen
DE60218082T2 (de) Abgasreinigungsanlage für eine Dieselbrennkraftmaschine
EP0630681B1 (de) Verfahren zur Entfernung unerwünschter Beimengungen eines Gases
DE102006044503A1 (de) Regenerierung eines Dieselpartikelfilters (DPF) durch elektrisches Erwärmen von Widerstandsbeschichtungen
DE102005025045A1 (de) Abgasanlage
DE2137818A1 (de) Vorrichtung zur Reinigung von Fahrzeugabgasen
EP1567753A1 (de) Kraftfahrzeug mit einem diesel-antriebsmotor
DE60101837T2 (de) Abgaspartikelfilter für Dieselmotor
EP1304455B1 (de) Partikelfilter zum Reinigen von motorischen Abgasen
DE102008030307A1 (de) Katalysatoranordnung zur Reinigung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors
DE102017222235A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Aufheizung einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine
DE60125204T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines gasstroms
DE10242303A1 (de) Abgasreinigungsanlage und Verfahren zur Reinigung von Absagen
WO2019170388A1 (de) Verfahren zum betreiben eines partikelfilters eines fahrzeugs, sowie partikelfilter für eine verbrennungskraftmaschine eines fahrzeugs
WO1990012950A1 (de) Dieselrussfilter mit zusätzlicher einrichtung zur reduktion von stickoxyden und/oder oxydation von kohlenmonoxyd
EP1399239B1 (de) Mit russabbrennung arbeitender partikelfilter für dieselmotoren
DE102006041284B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Regenerieren von durchströmten Parikelfiltern
DE10120973A1 (de) Abgasreinigungsanlage mit Partikelfiltermitteln und Regenerationsverfahren für Partikelfiltermittel
EP1888887B1 (de) Russpartikelfilter mit katalytisch beschichtetem heizelement
DE102009014371A1 (de) Beheizbarer Vorfilter für Abgasreinigungsanlagen bei Dieselmotoren
EP1026380B1 (de) Brennkraftmaschine mit einer Versorgungseinrichtung für ein Verbrennungsmedium
DE102005023580A1 (de) Wärmeerzeuger

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20031010

AKX Designation fees paid

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SK TR

17Q First examination report despatched

Effective date: 20040121

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC.

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE SK TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

REF Corresponds to:

Ref document number: 50213879

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20091112

Kind code of ref document: P

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

NLV1 Nl: lapsed or annulled due to failure to fulfill the requirements of art. 29p and 29m of the patents act
BERE Be: lapsed

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC.

Effective date: 20091031

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20100201

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20100110

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20091031

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20100701

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20091031

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20091231

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20091031

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20091031

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20091017

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20091031

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20091017

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 50213879

Country of ref document: DE

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US

Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US

Effective date: 20110323

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20090930

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20121018

Year of fee payment: 11

Ref country code: DE

Payment date: 20121010

Year of fee payment: 11

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20121017

Year of fee payment: 11

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20131017

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20131017

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20140630

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 50213879

Country of ref document: DE

Effective date: 20140501

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20131031

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20140501