DE3542996A1 - Apparatus for regenerating a soot filter, in particular in the exhaust gas system of a diesel combustion engine - Google Patents
Apparatus for regenerating a soot filter, in particular in the exhaust gas system of a diesel combustion engineInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zum Regenerieren eines Rußfilters, insbesondere Device for regenerating a soot filter, in particular
im Abgassystem einer Diesel-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. in the exhaust system of a diesel internal combustion engine The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
Bekanntlich hat der Einsatz von Dieselmaschinen zum Antrieb von Kraftfahrzeugen nicht nur den Vorteil eines geringen Kraftstoffverbrauchs, sondern ist auch hinsichtlich der Abgaszusammensetzung günstig. Ein Nachteil von Dieselmaschinen gegenüber Otto-Brennkraftmaschinen ist in der Rußentwicklung zu sehen, die aus Gründen des Umweltschutzes den Einsatz eines Rußfilters im Abgassystem erforderlich macht. Wie bekannt, verstopft der Ruß durch Ablagerung auf den Wänden des Filters dieses mehr und mehr, so daß sich ein zunehmender Abgasgegendruck aufbaut, der die Leistungsabgabe der mit dem Rußfilter ausgerüsteten Brennkraftmaschine so weit mindern kann, daß der Antrieb des Fahrzeugs nicht mehr sichergestellt ist.It is known that the use of diesel engines to drive motor vehicles not only has the advantage of low fuel consumption, but is also in terms of the exhaust gas composition favorable. A disadvantage of diesel engines compared to Otto internal combustion engines can be seen in the development of soot, which is used for reasons of environmental protection makes a soot filter in the exhaust system necessary. As is known, the soot clogs by deposition on the walls of the filter this more and more, so that a increasing exhaust back pressure builds up, which reduces the power output with the soot filter equipped internal combustion engine can reduce so far that the drive of the vehicle is no longer guaranteed.
Aus diesen Gründen ist bereits eine Vielzahl von Verfahren zum Regenerieren von Rußfiltern vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise die Zusammenstellung im SAE Technical Paper 830087), die auf einer zeitweisen Erhitzung des Filters und/ oder des niedergeschlagenen Rußes auf eine Temperatur abzielen, die oberhalb der Zündtemperatur des Rußes liegt. Abgesehen von Verfahren, bei denen diese Temperaturerhöhung durch eine besondere Betriebsweise der Brennkraftmaschine (Drosseln der Luftzufuhr, Vollastbetrieb) in den Fahrbetrieb beeinträchtigender Weise erzeugt wird, erfordern diese bekannten Verfahren einen relativ hohen Energieaufwand, der beispielsweise bei einem Fahrzeug durch entsprechende Auslegung der Bordbatterie und/oder eines Bordgenerators bereitgestellt werden muß.For these reasons there is already a large number of methods of regeneration of soot filters have been proposed (see, for example, the compilation in SAE Technical Paper 830087), which is based on temporary heating of the filter and / or the deposited soot to a temperature above that Ignition temperature of the soot is. Apart from procedures in which this temperature increase by a special mode of operation of the internal combustion engine (throttling of the air supply, Full load operation) in the driving operation impairing manner generated require these known methods require a relatively high amount of energy for example in a vehicle by appropriate design of the on-board battery and / or one On-board generator must be provided.
Aus dem SAE Technical Paper 840077 ist auch bereits bekannt, daß es grundsätzlich genügt, niedergeschlagenen Ruß punkt- oder stellenweise auf die Zündtemperatur zu bringen; diese Stellen sind dann der Ausgang für eine sich auch über die anderen Rußablagerungen erstreckende Regenerationsausbreitung. Diese Erkenntnis geht aus von der Beobachtung, daß in manchen Fällen Funken, die offenbar in der Brennkammer des Motors erzeugt wurden, beim Auftreffen auf Rußablagerungen, die mit Kraftstoff-Additiven (zur Verringerung der Zündtemperatur des Rußes) vermischt waren, eine Zündungseinleitung des Rußes bewirkten. In der zitierten Druckschrift wird im einzelnen die Verwendung eines auf einen Bereich der Eintrittsfläche des Filters gerichteten Propanbrenners angeführt, der periodisch nach Zurücklegung einer vorgegebenen Fahrstrecke mittels eines Zündfunkens für zehn Sekunden gezündet wird. Dieser Vorschlag verringert zwar den Bedarf an elektrischer Energie, erfordert aber den zusätzlichen Aufwand eines Propantanks, der bei den beengten Platzverhältnissen in einem Fahrzeug nur schwer unterzubringen ist. Außerdem muß bezweifelt werden, daß dieses Verfahren mit Erzeugung nur einer einzigen Zündungsausgangsstelle in allen Betriebsweisen der Brennkaftmaschine (also auch mit relativ niedriger Abgastemperatur) ausreicht, um durch anschließende Zündungsausbreitung alle oder auch nur einen großen Teil der Oberflächen des Filters durch Rußabbrennung zu regenerieren.It is also already known from SAE Technical Paper 840077 that it Basically, it is sufficient to bring the deposited soot to the ignition temperature at certain points or in places bring to; these points are then the exit for one and the other Regeneration propagation extending soot deposits. This realization goes out from the observation that in some cases sparks apparently in the combustion chamber of the engine when hitting soot deposits made with fuel additives (to reduce the ignition temperature of the soot) were mixed, an ignition initiation of soot. The use of a propane burner directed towards an area of the inlet surface of the filter listed, which periodically after covering a specified distance by means of an ignition spark is ignited for ten seconds. This suggestion diminishes though the need for electrical energy, but requires the additional effort of a Propane tanks, which are difficult in the tight spaces in a vehicle is to be accommodated. In addition, it must be doubted that this process involves production only one ignition output point in all modes of operation of the internal combustion engine (also with a relatively low exhaust gas temperature) is sufficient to pass through subsequent Ignition propagation all or even a large part of the surfaces of the filter regenerate by burning off soot.
Dies gilt übrigens auch für ein im SAE-Paper 830087 beschriebenes Verfahren mit in den Filterkanälen angeordneten Heizdrähten, wobei außerdem der Energieaufwand beträchtlich ist. Hier muß nämlich die Zündung der Rußschichten sich auch entgegen der Strömungsrichtung der Abgase in den Kanälen in Richtung auf die Eingangsfläche des Filters ausbreiten.Incidentally, this also applies to one described in SAE paper 830087 Method with heating wires arranged in the filter channels, wherein the Energy expenditure is considerable. The soot layers must ignite here also against the direction of flow of the exhaust gases in the channels in the direction of the Spread the input surface of the filter.
Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die ohne Beeinträchtigung des Betriebs der Brennkraftmaschine, also bei einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine ohne Beeinträchtigung des Fahrbetriebs, mit nur geringem äußeren Energieaufwand eine Filterregeneration durch Abbrennen des niedergeschlagenen Rußes sicherstellt.The invention is therefore based on the object of a device according to the preamble of claim 1 to create that without prejudice the operation of the internal combustion engine, i.e. in the case of a vehicle internal combustion engine without impairing driving operations, with only little external energy expenditure ensures a filter regeneration by burning off the deposited soot.
Die erfindungsgemäße Lösung dleser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the characterizing Features of claim 1, describe advantageous embodiments of the invention the subclaims.
Die Erfindung nutzt unter Einsatz an sich erprobter, einfacher Zündmittel gleichsam die Abgasströmung vor dem Filter dazu aus, durch direktes Entzünden einer nur kleinen, auf einer Oberfläche dieser Zündmittel, beispielsweise einer Glühkerze oder eines Heizdrahts, niedergeschlagenen Rußmenge erzeugte Funken gleichsam über den gesamten Abgasströmungsquerschnitt, d.h. über die gesamte Eintrittsfläche des Filters, mehr oder weniger gleichmäßig zu verteilen, so daß dort eine Vielzahl von Zündausgangsstellen entsteht, die ihrerseits sowohl zur direkten Zündungspropagation als auch zur Erzeugung weiterer Zündstellen durch Aussenden weiterer Funken führen.The invention uses simple ignition means that have been tried and tested as it were, the exhaust gas flow in front of the filter is eliminated by directly igniting a only small ones on a surface of this ignition means, for example a glow plug or a heating wire, the amount of deposited soot generated sparks, as it were the entire exhaust gas flow cross-section, i.e. over the entire inlet area of the Filters to distribute more or less evenly, so that there is a large number of Ignition output points arise, which in turn both for direct ignition propagation as well as lead to the generation of further ignition points by sending out further sparks.
Ein Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit ihres motorfernen Einbaus.One advantage of the invention is that it can be removed from the engine Installation.
Wie beispielsweise Patentanspruch 5 zum Ausdruck bringt, brauchen diese Mittel - abgesehen von ihrer geringen Größe - bei geeigneter Anordnung in der Abgasströmung diese nicht störend zu beeinflussen, insbesondere keinen Abschattungseffekt bestimmter Bereiche der Eingangsfläche des Filters hervorzurufen. Wie beispielsweise in Fig. 2 des zitierten SAE-Papers 830087 dargestellt, enthält ein Rußfilter Längskanäle, die in abwechselnder Folge über den Querschnitt an ihren Eintritts-oder Austrittsseiten verteilt sind, so daß die mit Ruß versetzte Abgasströmung poröse Querwände zwischen den Kanälen im Filter durchsetzen muß. In Draufsicht auf oie Ein- oder Austrittsfläcne des Filters ergibt sich demgemäß eine schachbrettartige Anordnung von eingangsseitig oder ausgangsseitig geschlossenen Filterkanälen.As, for example, claim 5 expresses need these funds - apart from their small size - when appropriately arranged in the exhaust gas flow not to interfere with this, in particular no shadowing effect cause certain areas of the input surface of the filter. Like for example shown in Fig. 2 of the cited SAE paper 830087, a soot filter contains longitudinal channels, which alternate across the cross-section at their entry or exit sides are distributed so that the soot-offset exhaust gas flow porous transverse walls between enforce the channels in the filter. In plan view of the entry or exit area of the filter results in a checkerboard-like arrangement from the input side or filter channels closed on the output side.
Bei Verwendung von Heizdrähten zur Zündungseinleitung ist es zwecks Vermeidung des beschriebenen Abschattungseffekts dann zweckmäßig, die Heizdrähte vor eingangsseitig verschlossenen Kanälen anzuordnen, so daß die Eingangsbereiche der eingangsseitig offenen Kanäle ungenindert von rußbeaufschlagtem Abgas erreicht werden können.When using heating wires to initiate ignition, it is for the purpose Avoiding the shadowing effect described then expediently, the heating wires to be arranged in front of closed channels on the input side, so that the input areas the ducts open on the inlet side are reached unaffected by soot-laden exhaust gas can be.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel mit einer Glühkerze im Längsschnitt und deren Fig. 2 ebenfalls schematisch ein Ausführungsbeispiel mit Heizdrähten in einem die Eintrittsfläche des Filters wiedergebenden Querschnitt zeigt.Two embodiments of the invention are based on the following the drawing explains whose Fig. 1 schematically shows an embodiment with a glow plug in longitudinal section and FIG. 2 also schematically shows an embodiment with heating wires in a cross section showing the entry surface of the filter shows.
Betrachtet man zunächst Fig. 1, so erkennt man in dem allgemein mit 1 bezeichneten Filtergehäuse das Rußfilter 2 üblichen Aufbaus, d.h. mit Längskanälen parallel zur Achse 3, die durch poröse Wände voneinander getrennt und abwechselnd an ihren Eingangs- und Ausgangsbereichen verschlossen sind, so daß die rußbehaftete Abgasströmung diese porösen Zwischenwände durchsetzen muß. In ebenfalls an sich bekannter Weise weist das Filtergehäuse 1 vor und hinter dem Filter 2 kegelförmige Bereiche auf, von denen im Zusammenhang mit der Erfindung nur der Eingangskegel 4 interessiert. Das Abgas durchströmt die Anordnung also in Fig. 1 von links nach rechts.If one first looks at FIG. 1, one recognizes in general with 1 marked filter housing the soot filter 2 of the usual design, i.e. with longitudinal channels parallel to axis 3, separated and alternating by porous walls are closed at their entrance and exit areas, so that the sooty Exhaust gas flow must penetrate these porous partitions. In itself too As is known, the filter housing 1 is conical in front of and behind the filter 2 Areas of which, in connection with the invention, only the input cone 4 interested. The exhaust gas flows through the arrangement in Fig. 1 from the left to to the right.
Zum Einleiten der Filterregenerierung durch Rußabbrand ist in der rußbehafteten Abgasströmung im Eingangskegel 4 in diesem Ausführungsbeispiel die Glühkerze 5 angeordnet (es können auch mehrere Glühkerzen in vorzugsweise rotationssymmetrischer Anordnung vorgesehen sein), die durch das Steuergerät 6 beim Erreichen eines vorgegebenen, mittels des Drucksensors 7 erfaßten Abgasgegendrucks, beim Vorliegen einer über die Sensorleitung 8 als elektrisches Signal zugeführten Maschinendrehzahl und/oder eines über die Sensorleitung 9 als elektrisches Signal zugeführten Kilometerstands für eine vorbestimmte Zeit mit Strom beaufschlagt wird, so daß der auf ihrer der Abgasströmung zugekehrten Oberfläche niedergeschlagene Ruß über seine Zündtemperatur gebracht und demgemäß unter Abgabe von Funken gezündet wird. Diese Funken gelangen unter der Wirkung des zum Filter 2 strömenden Abgases, also unter Ausnutzung der den Strömungsquerschnitt erweiternden Gestalt des Eingangskegels 4, zumindest auf einen großen Bereich der Eintrittsfläche 10 des Filters 2, so daß sich eine Vielzahl von Zündstellen ergibt, die sich vergrößern und ihrerseits Funken erzeugen, so daß schließlich im Idealfall alle Rußablagerungen auf der Eingangsfläche 10 und auf den Zwischenwänden zwischen den Filterkanälen über ihre Zündtemperatur gebracht werden und demgemäß abbrennen. Der Erfolg dieser Maßnahme kann durch die Verringerung des Abgasgegendrucks am Ort des Drucksensors 7 kontrolliert werden.To initiate filter regeneration by burning off the soot, see the sooty exhaust gas flow in the inlet cone 4 in this embodiment Glow plug 5 arranged (there can also be several glow plugs in preferably rotationally symmetrical Arrangement can be provided), which are activated by the control unit 6 when a predetermined, exhaust gas back pressure detected by means of the pressure sensor 7, if an over the sensor line 8 as an electrical signal supplied machine speed and / or a kilometer reading supplied as an electrical signal via the sensor line 9 is applied for a predetermined time with current, so that the on their der Exhaust gas flow facing surface deposited soot above its ignition temperature is brought and ignited accordingly giving off sparks. These sparks arrive under the action of the exhaust gas flowing to the filter 2, that is, by taking advantage of the the shape of the inlet cone 4 widening the flow cross-section, at least a large area of the entrance surface 10 of the filter 2, so that a plurality of ignition points that enlarge and in turn generate sparks, so that Finally, in the ideal case, all soot deposits on the input surface 10 and on brought the partition walls between the filter channels above their ignition temperature and burn down accordingly. The success of this measure can be achieved by reducing the exhaust back pressure at the location of the pressure sensor 7 can be checked.
Während in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine Glühkerze Einsatz findet, ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 angenommen, daß mehrere stromdurchflossene Heizdrähte 20 in Strömungsrichtung vor der Eingangsfläche 21 des allgemein mit 22 bezeichneten, wiederum in einem Gehäuse 23 angeordneten Rußfilters quer ausgespannt sind. Man erkennt in dem Rußfilter Kanäle 24, die sich in Achsrichtung des Filters, d.h. senkrecht zur Zeichenebene, erstrecken und an ihren rückwärtigen Enden verschlossen sind; diese Kanäle 24, die also an ihrer Eingangsseite offen sind, sind durch weiße Felder angedeutet. Außerdem erkennt man in der Zeichnung besonders hervorgehobene Kanäle 25, die im Bereich der Eintrittsfläche 21 des Filters 22 verschlossen sind. Diese beiden Arten von Kanälen bilden also in Draufsicht auf die Filtereintrittsfläche 21 eine schachbrettartige Anordnung. Die Heizdrähte 20 zum Einleiten der F ilterregenerierung erstrecken sich über eingangsseitig verschlossenen Kanälen 25, so daß sie die Beaufschlagung eingangsseitig offener Kanäle 24 durch das anströmende rußhaltige Abgas nicht beeinträchtigen.While in the embodiment of FIG. 1, a glow plug is used finds, it is assumed in the embodiment of FIG. 2 that several current-carrying Heating wires 20 in the direction of flow in front of the input surface 21 of the generally indicated 22 designated, again arranged in a housing 23 soot filter spanned transversely are. One recognizes channels 24 in the soot filter, which extend in the axial direction of the filter, i.e. perpendicular to the plane of the drawing, and closed at their rear ends are; these channels 24, which are therefore open on their input side, are white Fields indicated. In addition, you can see particularly highlighted in the drawing Channels 25 which are closed in the area of the inlet surface 21 of the filter 22. These two types of channels thus form the filter inlet surface when viewed from above 21 a checkerboard-like arrangement. The heating wires 20 for initiating the filter regeneration extend over channels 25 which are closed on the input side, so that they are acted upon channels 24 open on the inlet side are not impaired by the inflowing soot-containing exhaust gas.
Statt über den Abgasgegendruck kann man das Einschalten der Zündmittel auch durch Messung der Stärke der Rußschicht, beispielsweise infolge Anderung des elektrischen Leitwerks eines dem Ruß ausgesetzten elektrischen Leiters, steuern.Instead of using the exhaust gas back pressure, you can switch on the ignition means also by measuring the thickness of the soot layer, for example as a result of a change in the electrical control unit of an electrical conductor exposed to soot.
Zweckmäßigerweise enthalten die Zündmittel eine der Strömung zugekehrte abgeflachte Oberfläche, auf der sichRuß niederschlagen kann.The ignition means expediently contain one facing the flow Flattened surface on which soot can deposit.
infolge der Tatsache, daß die erfindungsgemäß vorgesehenen Mittel zur Einleitung der Filterregenerierung nur eine sehr kleine, auf ihnen niedergeschlagene Rußmenge auf aie Zündtemperatur bringen müssen, während zur erforderlichen Temperaturerhöhung der auf den Filterflächen niedergeschlagenen Rußmenge gleichsam der Brennwert des Rußes ausgenutzt wird, ist der Energiebedarf der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr gering, insbesondere dann, wenn die Zündung nur im Bedarfsfall eingeleitet wird.due to the fact that the means provided according to the invention to initiate the filter regeneration only a very small one, which was deposited on them Have to bring the amount of soot to the ignition temperature while increasing the temperature required the amount of soot deposited on the filter surfaces is the calorific value of the Soot is exploited, the energy requirement of the device according to the invention is very high low, especially if the ignition is only initiated when necessary.
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Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19853542996 DE3542996A1 (en) | 1984-12-12 | 1985-12-05 | Apparatus for regenerating a soot filter, in particular in the exhaust gas system of a diesel combustion engine |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE3445204 | 1984-12-12 | ||
| DE19853542996 DE3542996A1 (en) | 1984-12-12 | 1985-12-05 | Apparatus for regenerating a soot filter, in particular in the exhaust gas system of a diesel combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3542996A1 true DE3542996A1 (en) | 1986-06-12 |
Family
ID=25827266
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19853542996 Withdrawn DE3542996A1 (en) | 1984-12-12 | 1985-12-05 | Apparatus for regenerating a soot filter, in particular in the exhaust gas system of a diesel combustion engine |
Country Status (1)
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| DE (1) | DE3542996A1 (en) |
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1985
- 1985-12-05 DE DE19853542996 patent/DE3542996A1/en not_active Withdrawn
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