DE3139565A1 - "METHOD FOR TREATING A HOT EXHAUST FLOW FROM AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE" - Google Patents
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Description
Verfahren zur Behandlung eines heißen Abgasstromes einer VerbrennungskraftmaschineProcess for the treatment of a hot exhaust gas stream an internal combustion engine
Bei jeder Verbrennungskraftmaschine ist eine Behandlung der Abgase erwünscht, so daß sie ohne weiteres in die ümgebungsatmosphäre entlassen werden können. Bei manchen Maschinen, so insbesondere bei den Dieselmotoren, besteht indessen eines der hauptsächlichen betrieblichen Probleme darin, daß in dem Abgasstrom noch (verbrennbaiE) Teilchen enthalten sind, bei denen es sich primär um Kohlenstoff handelt, der aus einer unvollständigen Verbrennung des Kohlenwasserstoff-Brennstoffes unter bestimmten betrieblichen Bedingungen der Maschine resultiert. Dabei ist die Menge an erzeugtem Kohlenstoff auch abhängig von dem betrieblichen Wirkungsgrad der Maschine.In any internal combustion engine, a treatment of the exhaust gases is desirable so that they can easily be in the ambient atmosphere can be discharged. With some machines, especially with the diesel engines, however, one of the main operational problems is that there is still (combustible) Particles are included, which are primarily carbon from an incomplete Combustion of the hydrocarbon fuel under certain operating conditions of the machine results. The amount of carbon produced is also dependent on the operational efficiency the machine.
Die Anwesenheit verhältnismäßig großer Menge an Kohlenstoff teilchen in dem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine ist an einem dunklen Rauch erkenntlich. Dieser Rauch ist nicht nur für das Auge äußerst unerwünscht, er kann vielmehr in großen Mengen auch ungesund sein. Es sind daher bereits Vorkehrungen getroffen worden, um solche Teilchen aus dem Abgasstrom auszuscheiden oder ihren Gehalt auf ein Minimum zu begrenzen, wozu beispielsweise geeignete Filter verwendet wurden, für die sich aber zeigte, daß sie als Folge einer übermäßigen Sammlung der Teilchen mit der ZeitThe presence of a relatively large amount of carbon Particles in the exhaust gas flow of an internal combustion engine can be recognized by a dark smoke. Not only is this smoke extremely undesirable to the eye, it can also be unhealthy in large quantities be. Precautions have therefore already been taken to remove such particles from the exhaust gas flow to be eliminated or to limit their content to a minimum, for example using suitable filters but for which it was found that they were the result of an excessive collection of the particles over time
■*■ gesättigt und/oder unbrauchbar wurden.■ * ■ have become saturated and / or unusable.
Es ist bekannt, daß der gesamte heiße Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine behandelt werden kann, indem die Abgase durch einen einen Katalysator enthaltenden Filter hindurchgeleitet werden, der die Verbrennung der zurückgehaltenen Teilchen fördert. Dabei kann als bekannt vorausgesetzt werden, daß bei einem Dieselmotor die Erzeugung der Kohlenstoffteilchen unter allen Betriebsbedingungen stattfindet, wobei allgemein für jede Verbrennungskraftmaschine gilt, daß die Menge und die Zusammensetzung des Äbgasstromes von diesen Betriebsbedingungen abhängig ist und sich mit diesen ändert. So kann sich die Temperatur des Abgasstromes eines Dieselmotors zwischen etwas oberhalb der Umgebungstemperatur und etwas mehr als 6700C ändern. Wenn der Abgasstrom genügend heiß ist, werden, die in einem Filter zurückgehaltenen Kohlenstoffteilchen verbrannt. Diese Auffrischung oder Erholung des Filters ist jedoch nichtIt is known that the entire hot exhaust gas stream of an internal combustion engine can be treated by passing the exhaust gases through a filter containing a catalyst which promotes combustion of the trapped particulates. It can be assumed as known that in a diesel engine the production of carbon particles takes place under all operating conditions, whereby it generally applies to every internal combustion engine that the amount and the composition of the exhaust gas flow depends on these operating conditions and changes with them. Thus, the temperature of the exhaust gas stream can change and a diesel engine between slightly above ambient temperature a little over 670 0 C. When the exhaust gas stream is hot enough, the carbon particles retained in a filter are burned off. However, this refreshing or recovery of the filter is not
^O immer unter den Betriebsbedingungen für den Dieselmotor eines Personenkraftfahrzeuges erreichbar.^ O always under the operating conditions for the diesel engine of a passenger vehicle.
Wenn eine Verbrennungskraftmaschine kontinuierlich unter solchen Bedingungen betrieben wird, daß die (verunreinigenden) Teilchen kontinuierlich erzeugt und in dem Filter gesammelt werden, dann muß das die Teilchen zurückhaltende Filterbett mit einer gewissen Konsequenz aufgefrischt werden. Wenn der Abgasstrom genügend heiß ist, dann besteht diese Auffrischung ledig-When an internal combustion engine is continuously operated under such conditions that the (contaminating) particles are continuously generated and collected in the filter, then the particles must restrained filter bed can be refreshed with a certain consistency. When the exhaust gas flow is sufficient is hot, then this refreshment is only
lieh in der Einleitung des genügend Sauerstoff enthaltenden heißen Abgasstromes in das Filterbett, wodurch die in diesem zurückgehaltenen Kohlenstoffteilchen als Folge der Berührung mit dem Abgasstrom verbrannt werden. Die Verbrennung jeder größeren Ansammlung an Kohlenstoffteilchen erzeugt jedoch Temperaturen höher als diejenige des Abgasstromes. Durch solche übermäßigen Temperaturen kann das Filterbett einen thermischen Schock, eine Beschädigung oder eine Verwerfung erfahren.borrowed in the introduction of sufficient oxygen-containing hot exhaust gas stream into the filter bed, whereby the carbon particles retained in this as As a result of contact with the exhaust gas flow, they are burned. The combustion of any major accumulation of carbon particles however, it generates temperatures higher than that of the exhaust gas flow. From such excessive temperatures the filter bed can experience thermal shock, damage, or warping.
Um eine befriedigende oder kontrollierte Rate der Entfernung des Kohlenstoffs aus einem Abgasstrom ohne eine Beschädigung des Filters zu erreichen, wird nach der vorliegenden Erfindung im wesentlichen eine Reaktionskammer oder ein Filterbett bereitgestellt, das teilweise aus einem katalytischen Segment besteht, durch welches hindurch zumindest eine Teilmenge des Abgasstromes strömt. Diese Katalysatoroberfläche kann gleichmäßig in das die Teilchen zurückhaltende Bett einverleibt werden, oder sie kann eine Anordnung nur am stromaufwärtigen Ende des Bettes finden. Damit das Hauptfilterbett oder mehrere Betten trotz der Betriebsbedingungen für die Maschine funktionsfähig bleiben, kann der Abgasstrom oder wenigstens eine Teilmenge vorgewärmt werden. Eine anfängliche Vorwärmung kann auch innerhalb des katalytischen Segments erreicht werden, durch welches der Abgasstrom hindurchgeleitet wird.To get a satisfactory or controlled rate of removal of carbon from an exhaust gas stream without damaging the filter is achieved according to the present invention essentially provides a reaction chamber or filter bed, which is partially consists of a catalytic segment through which at least a portion of the exhaust gas flow passes flows. This catalyst surface can be uniformly incorporated into the bed retaining the particles, or it can be placed only at the upstream end of the bed. So that the main filter bed or several beds can remain functional for the machine despite the operating conditions, the exhaust gas flow or at least a partial amount are preheated. An initial preheating can also take place within the catalytic Segments are achieved through which the exhaust gas flow is passed.
Die anfängliche Erwärmung des Abgasstromes auf eine Temperatur, die wenigstens der "Ablicht"-Temperatur (lightoff" temperature) des Katalysators entspricht, kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Nachdem die "Ablicht"— Temperatur des Katalysators erreicht ist, wird zusätzlicher Brennstoff zugeführt. Sobald die Oxidation des zusätzlichen Brennstoffes beginnt, kann die Vorwärmung des Abgasstromes abgeschwächt oder unterbrochen werden, ohne daß dadurch die Oxidation gelöscht wird.The initial heating of the exhaust gas flow to a temperature which corresponds to at least the "lightoff" temperature of the catalytic converter, can on can be achieved in different ways. After the "Ablicht" temperature of the catalyst is reached, additional Fuel supplied. As soon as the oxidation of the additional fuel begins, preheating can take place of the exhaust gas flow can be weakened or interrupted without the oxidation being quenched.
Nach der Erfindung wird folglich das HauptfilterbettAccording to the invention, therefore, the main filter bed
regelmäßig und in periodischen Zeitabständen gereinigt oder aufgefrischt. Wenn diese Behandlung zu vorbestimmten Zeiten wiederholt wird, dann wird dadurch eine Kohlenstoff ansammlung verhindert, die sonst im Falle eines Unterbleibens ihrer Entfernung zu thermischen Spannungen in dem Filterbett oder zu dessen Beschädigung zu dem . Zeitpunkt führen würde, an welchem eine solche Ansammlung verbrannt wird.cleaned or refreshed regularly and at periodic intervals. If this treatment is too predetermined Repeated times, this prevents carbon build-up that would otherwise occur in the case of a Failing to remove them to thermal stresses in the filter bed or to its damage to the. Point in time at which such an accumulation would be burned.
Nach der Erfindung ist folglich ein Filter der vorgenannten Art bereitgestellt, der die in einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen verbrennbaren Teilchen zurückhalten kann und durch ein Verbrennen dieser Teilchen periodisch erholt oder aufgefrischt wird. Die periodische Erholung oder Auffrischung des Filterelements ist dabei gekoppelt an die Entfernung solcher fester Elemente aus dem Abgasstrom durch die Zuleitung von zusätzlichem Brennstoff in das Filterbett während des Betriebs der Maschine unter solchen Bedingungen, daß die Abgastemperaturen nicht dazu ausreichen, die Verbrennung des zusätzlichen Brennstoffes einzuleiten. Die Entfernung der Teilchen aus dem Abgasstrom findet dabei statt ohne eine Gefährdung der Unversehrtheit des Filterbettes mit der Unterwerfung eines thermischen Schocks oder einer sonstigen Beschädigung.According to the invention, a filter of the aforementioned type is thus provided, which is in an exhaust gas flow an internal combustion engine can retain combustible particles contained and by burning this particle is periodically recovered or refreshed. The periodic recovery or refreshment of the The filter element is linked to the distance such solid elements from the exhaust gas flow through the Feeding additional fuel into the filter bed during operation of the machine under such conditions, that the exhaust gas temperatures are not sufficient for the combustion of the additional fuel initiate. The removal of the particles from the exhaust gas flow takes place without endangering the integrity of the filter bed subject to thermal shock or other damage.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: 20An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows: 20th
Figur 1 eine Schemadarstellung eines Dieselmotors, der zur Behandlung eines Abgasstromes ein erfindungsgemäßes Filtersystem aufweist,Figure 1 is a schematic representation of a diesel engine that is used to treat an exhaust gas flow has the filter system according to the invention,
Figur 2 eine vergrößerte Ansicht im Querschnitt desFigure 2 is an enlarged view in cross section of the
bei dem Dieselmotor gemäß Figur 1 verwendeten Filterelements,filter element used in the diesel engine according to FIG. 1,
Figur 3 eine graphische Darstellung zur Veranschauli- °^ chung der Behandlung des Abgasstromes bei demFIG. 3 shows a graphic representation to illustrate the treatment of the exhaust gas flow in the
Dieselmotor gemäß Figur 1 undDiesel engine according to Figure 1 and
Figur 4 eine der Figur 2 entsprechende Ansicht eines Filterelomen ta, bei dem noch /.usüL/..l ich eine elektrische Heizeinrichtung verwendet ist.FIG. 4 shows a view corresponding to FIG Filterelomen ta, where I still have /.usüL/..l one electric heater is used.
Für die Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist ein Dieselmotor 10 als die Quelle eines heißen Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt. Bei einem Dieselmotor wird die Luft über einen Luftfilter 11 sowie ein Verteilerrohr 12 an die einzelnen Verbrennungskammern verteilt. Der Dieselbrennstoff wird dann in kontrollierten Menge in jede einzelne dieser Verbrennungskammern durch eine Brennstoffpumpe 13 eingespritzt, wobei seine Fließrate mittels eines Betatigungsgestanges 14 geregelt wird.For the description of the exemplary embodiment, a diesel engine 10 is used as the source of a hot exhaust gas flow an internal combustion engine taken into account. In the case of a diesel engine, the air is passed through an air filter 11 as well a manifold 12 distributed to the individual combustion chambers. The diesel fuel is then controlled in Amount is injected into each one of these combustion chambers by a fuel pump 13, its Flow rate regulated by means of an actuation linkage 14 will.
Der heiße Abgasstrom wird über den Auspuffkrümmer 16 abgeleitet und über ein Auspuffrohr 18 einem Rauchfilter 17 zugeführt. Obwohl in das Auspuffrohr auch noch ein Auspufftopf als Schalldämpfer eingesetzt sein könnte, ist ein solches Element nicht unbedingt erforderlich und auf keine Fälle wesentlich für das vorliegende Verfahren der Behandlung des hfeißen Abgasstromes und die dabei einzuhaltenden Betriebsbedingungen.The hot exhaust gas flow is diverted via the exhaust manifold 16 and a smoke filter 17 through an exhaust pipe 18 fed. Although a muffler could also be used as a silencer in the exhaust pipe such an element is not absolutely necessary and in no way essential to the present process of the Treatment of the hot exhaust gas flow and those to be observed Operating conditions.
Wenn der Abgasstrom den Auspuffkrümmer 16 verläßt, dann hat er gewöhnlich eine Temperatur von etwa 95 bis 6500C. Die genaue Temperatur ist dabei abhängig von den Betriebsbedingungen der Maschine. Im Leerlauf der Maschine und unter einer geringen Belastung sind die Abgase noch relativ kalt oder nur mäßig erwärmt. Die in dem Abgasstrom enthaltenen Teilchen werden folglich durch das Filterbett 19 des Filters 17 längs zahlreicher unterschiedlicher Passagen zurückgehalten, wenn der diese Teilchen enthaltende Abgasstrom dem Filter 17. zugeleitet wird. Obwohl die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine primär aus mehreren Gasen zusammengesetzt sind, enthalten sie gewöhnlich eine ausreichende Sauerstoffmenge, um wenigstens eine begrenzte Verbrennung innerhalb der Strömung der Abgase zu unterhalten.When the exhaust gas flow leaves the exhaust manifold 16, it usually has a temperature of about 95 to 650 ° C. The exact temperature depends on the operating conditions of the engine. When the engine is idling and under a low load, the exhaust gases are still relatively cold or only moderately heated. The particles contained in the exhaust gas stream are consequently retained by the filter bed 19 of the filter 17 along numerous different passages when the exhaust gas stream containing these particles is fed to the filter 17. Although the exhaust gases from an internal combustion engine are primarily composed of multiple gases, they usually contain a sufficient amount of oxygen to sustain at least limited combustion within the flow of the exhaust gases.
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In der Ausführungsform gemäß Figur 2 besteht der Filter 17 aus einem langgestreckten metallischen Gehäuse 21, das mit gegenüberliegenden Wänden 22 und 23 versehen ist und eine innere Reaktionskammer 24 begrenzt. Die Reaktionskammer 24 ist in der Hauptsache mit wenigstens einem Filterbett 19 ausgefüllt, das aus einem Material besteht, welches sich insbesondere für die Bereitstellung einer Vielzahl von unregelmäßigen Strömungskanälen eignet. Das Filterbett 19 oder ähnliche, zur Anordnung in der Reaktionskammer 24 vorgesehene Betten ergibt eine Reihe von Kanälen, entlang welcher das Abgas strömt. Während der Strömung durch diese Kanäle werden die in dem Abgasstrom enthaltenen Feststoffteilchen an den einzelnen Kanalwänden zurückgehalten.In the embodiment according to FIG. 2, the filter 17 consists of an elongated metallic housing 21, which is provided with opposing walls 22 and 23 and defines an inner reaction chamber 24. the Reaction chamber 24 is mainly filled with at least one filter bed 19 made of a material exists, which is particularly suitable for providing a large number of irregular flow channels. The filter bed 19 or the like, for arrangement in the The beds provided in the reaction chamber 24 provide a series of channels along which the exhaust gas flows. While the flow through these channels, the particulate matter contained in the exhaust gas flow to the individual Canal walls held back.
Das Filterbett 19 kann vorzugsweise aus einer metallischen, maschenähnlichen Masse, wie Stahlwolle, Metallfasern oder dgl. bestehen, die für eine wesentliche Füllung der Reaktionskammer 24 angeordnet und geformt ist. Das Filterbett 19 kann an seinen beiden stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden durch perforierte Panele 26 und 27 oder andere ähnlich steife Querwände abgestützt sein. Die Panele 26, 27 sind an der Wand des Gehäuses 21 für eine Abstützung des Filterbetts 19 oder mehrerer solcher Betten angeordnet, wenn das oder die Filterbetten bei der Erwärmung eine Schwächung erfahren. The filter bed 19 can preferably be made of a metallic, Mesh-like mass, such as steel wool, metal fibers or the like. Are made for an essential Filling the reaction chamber 24 is arranged and shaped. The filter bed 19 can be upstream at both of them and downstream ends by perforated panels 26 and 27 or other similarly rigid transverse walls be supported. The panels 26, 27 are on the wall of the housing 21 to support the filter bed 19 or more such beds are arranged if the filter bed or beds experience a weakening when heated.
Die stromaufwärtige Wand 22 des Filters 17 ist mit einer Einlaßöffnung 28 bzw. einem Einlaßkanal versehen, über welchen die Abgase der stromaufwärtigen Seite des Filterbettes 19 zugeleitet werden. Gleichartig ist an die stromabwärtige Wand 23 des Filters 17 ein Auslaßkanal angeschlossen, über welchen die dann teilchenfreien Abgase aus dem Filterbett 19 abgeleitet werden. Um das Filter der Abgase am besten zu erreichen, kann das Filterbett 19 aus einem geeigneten gasdurchlässigen Medium oder einer Matrix bestehen, welche die in dem Abgasstrom enthaltenenThe upstream wall 22 of the filter 17 is provided with a Inlet port 28 or an inlet channel provided over which the exhaust gases from the upstream side of the filter bed 19 can be forwarded. Similarly, on the downstream wall 23 of the filter 17 is an outlet channel connected, via which the particle-free exhaust gases are then derived from the filter bed 19. To the filter The best way to reach the exhaust gases is through the filter bed 19 from a suitable gas-permeable medium or a Matrix exist, which are contained in the exhaust gas stream
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Feststoffteilchen zurückhält. Um die Verbrennung der zurückgehaltenen Teilchen zu erleichtern oder zu fördern, werden die in das Filterbett zugeleiteten Abgase zunächst das den Katalysator enthaltende Segment des Filterbettes durch Berührung erwärmen. Sobald der Katalysator auf die "Ablichf-Temperatur erwärmt ist, wird zusätzlicher Brennstoff zugeleitet.Retains solid particles. In order to facilitate or promote the combustion of the retained particles, the exhaust gases fed into the filter bed are initially the segment of the filter bed containing the catalyst warm by touch. As soon as the catalyst is warmed up to the "Ablichf" temperature, additional Fuel fed.
Das Katalysatorbett hat dann eine Temperatur von etwa 230 bis 2900C, wenn die Einspritzung des zusätzlichen Brennstoffes beginnt. Das entweder flüssige oder, gasförmige Brennstoffgemisch wird durch die Berührung mit der katalytisehen Oberfläche gezündet, wobei seine folgende Verbrennung durch den in dem Abgasstrom enthaltenen Sauerstoff unterstützt wird. Sobald diese Verbrennung des Brennstoffgemisches beginnt, benötigt das Katalysatorbett keine weitere Aufwärmeenergie. Als Folge der anhaltenden Verbrennung des Brennstoffgemisches erhöht sich die Temperatur des Bettes allmählich auf etwa 570 bis 9250C. Wenn der Abgasstrom aus dem Katalysatorsegment in das Hauptfilterbett 19 eintritt, dann weist er etwa die erhöhte Temperatur des Katalysatorbettes auf. Bei dieser erhöhten Temperatur des Abgasstromes werden die in dem Hauptfilterbett zurückgehaltenen Feststoffteilchen verbrannt, so daß in dem Filterbett 19 dann im wesentlichen keine Feststoffteilchen mehr enthalten sind.The catalyst bed then has a temperature of about 230 to 290 ° C. when the injection of the additional fuel begins. The fuel mixture, either liquid or gaseous, is ignited by contact with the catalytic surface, its subsequent combustion being supported by the oxygen contained in the exhaust gas flow. As soon as this combustion of the fuel mixture begins, the catalyst bed does not require any further warm-up energy. As a result of the continued combustion of the fuel mixture, the temperature of the bed rises gradually to about 570 to 925 ° C. When the exhaust gas flow from the catalyst segment enters the main filter bed 19, it has approximately the same temperature as the catalyst bed. At this increased temperature of the exhaust gas flow, the solid particles retained in the main filter bed are burned, so that the filter bed 19 then essentially no longer contains any solid particles.
Zur Durchführung des Verfahrens kann ein Filter verwendet werden, bei dem das vordere oder stromaufwärtige Ende des Filterbettes 19 ein Katalysatorsegment oder ein Katalysatorbett 21 aufweist. Ein solches Katalysatorsegment oder Katalysatorbett umfaßt eine Matrix oder ein Filtermedium mit einer dünnen Schicht eines oxidierenden Katalysatormaterials, das an einer Oberfläche der Matrix angebracht ist. Durch diese Schicht wird die Oxidation des zusätzlichen Brennstoffs bei dessen Vermischung mitA filter with the front or upstream end can be used to perform the method of the filter bed 19 has a catalyst segment or a catalyst bed 21. Such a catalyst segment or the catalyst bed comprises a matrix or filter medium with a thin layer of an oxidizing agent Catalyst material attached to a surface of the matrix. This layer causes oxidation of the additional fuel when it is mixed with
dem Auspuffgas gefördert. Dieses vorwärmende Segment oder die Kammern 31 des Filters bildet physikalisch vorzugsweise einen Teil des Bettes 19, wobei es vorzugsweise weniger als die Hälfte des Volumens ausfüllt.promoted the exhaust gas. This preheating segment or chambers 31 of the filter physically forms preferably part of the bed 19, wherein it preferably fills less than half the volume.
Es kann sich dabei alternativ auch um ein von dem Bett getrenntes Segment handeln.As an alternative, it can also be a segment that is separate from the bed.
Das Vorwärmesegment 31 ist in dem vorderen oder stromaufwärtigen Teil des Gehäuses 21 angeordnet und erstreckt sich quer zu diesem, damit der gesamte herangeführte Abgasstrom sofort eine Berührung erfährt, wenn er in die Reaktionskammern 24 eintritt. Um ein kontrolliertes Vorwärmen des Abgasstromes zu erreichen, ist ein Brennstoffeinspritzsystem vorgesehen, das hauptsächliche eine Quelle 32 für zusätzlichen Brennstoff sowie eine Einrichtung umfaßt, die eine gemessene Menge des zusätzlichen Brennstoffes in das Vorwärmesegment 31 des Filterbettes 19 einführen läßt. Die Brennstoffquelle kann den zusätzlichen Brennstoff entweder als fein atomisierte Flüssigkeit oder als Gas enthalten, um die erwünschte Vorwärmung zu erreichen. Es kann sich dabei einmal um einen Vorrat an Dieselbrennstoff handeln, der zum Antrieb des Dieselmotors 10 benutzt wird. Alter-, nativ kann es sich dabei auch um eine komprimiertes Kohlenwasserstoffgas, wie Propan, Wasserstoff od.dgl., handeln, das auf dem Kraftfahrzeug mitgeführt wird, um in das Vorwärmesegment 31 periodisch eingespritzt zu werden. Der zusätzliche Brennstoff kann ganz allgemein jede beliebige flüchtige Substanz sein sowie auch Kohlen-The preheating segment 31 is in the front or upstream Part of the housing 21 is arranged and extends transversely to this so that the entire brought up The exhaust gas flow is immediately touched when it enters the reaction chambers 24. To a controlled A fuel injection system is used to preheat the exhaust gas stream provided, primarily a source 32 of additional fuel and equipment comprises a measured amount of the additional fuel in the preheating segment 31 of the Filter bed 19 can be introduced. The fuel source can either use the additional fuel as fine contain atomized liquid or gas to achieve the desired preheating. It can turn out to be act once to a supply of diesel fuel that is used to drive the diesel engine 10. Age-, native it can also be a compressed hydrocarbon gas, such as propane, hydrogen or the like., act that is carried on the motor vehicle, in order to be injected periodically into the preheating segment 31 will. The additional fuel can generally be any volatile substance as well as carbon
°0 wasserstoff, Kerosin oder verschiedene Alkohole, wobei jedoch vorausgesetzt sein sollte, daß der jeweils verwendete Brennstoff innerhalb der Katalysatorkainmern 31 reagieren kann, um die erwünschte Verbrennung zu erreichen. ° 0 hydrogen, kerosene or various alcohols, but it should be assumed that the fuel used in each case can react within the catalyst chambers 31 in order to achieve the desired combustion.
Gemäß einer Ausführungsform besteht das Einspritzsystem für den zusätzlichen Brennstoff aus einer Pumpt, 36 oder einer anderen geeigneten Dosiervorrichtung, derenAccording to one embodiment, there is the injection system for the additional fuel from a pump, 36 or other suitable metering device, whose
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Einlaßseite 37 an die Brennstoffquelle 32 angeschlossen ist. Die Pumpe 36 ist mit einer Einspritzdüse 38 verbunden, die eine oder mehrere Zerstäuberdüsen 39 aufweisen kann. Die Zerstäuberdüsen 39 sind so angeordnet, daß der Brennstoff in den Abgasstrom stromaufwärts von der den Katalysator enthaltenden Vorwärmekammern 31 eingespritzt wird.Inlet side 37 connected to fuel source 32 is. The pump 36 is connected to an injection nozzle 38 which has one or more atomizer nozzles 39 may have. The atomizing nozzles 39 are arranged so that the fuel is upstream in the exhaust gas stream is injected from the preheating chambers 31 containing the catalyst.
Wenn die Pumpe 36 durch eine Steuereinrichtung 41 periodisch betätigt wird, dann wird eine abgemessene Menge des verbrennbaren, fluidisierten Brennstoffes über die Düsen direkt in den aufgewärmten Abgasstrom bei dessen Eintritt in die Kammern 31 eingefügt. Der zusätzliche Brennstoff erfährt dann eine Oxidation durch den oxidierenden Katalysator. Die Zuleitung des zusätzlichen Brennstoffes wird jedoch nur über eine Zeitdauer aufrechterhalten, die ausreicht, um die in dem Filterbett 19 enthaltenen Kohlenstoff teilchen zu verbrennen. Danach wird die Einspritzung des Brennstoffes beendet, so daß dann wieder eine normale Strömung der Abgase durch das Filterbett stattfinden kann. Bevor die Oxidation des zusätzlichen Brennstoffes stattfindet, wird jedoch das Katalysatorsegment 31, in welchem die Abgase zuerst aufgenommen werden, auf eine so genügend hohe Temperatur gebracht, daß die Oxidation bei der Berührung des zusätzlichen Brennstoffes mit der katalytischen Oberfläche eingeleitet wird. Die katalytische Oberfläche ist dabei wenigstens auf die "Ablicht"-Temperatur gebracht, so daß der zusätzliche Brennstoff innerhalb des Segments 31 nicht unverbrannt bleibt.If the pump 36 is actuated periodically by a control device 41, then a measured amount of the combustible, fluidized fuel through the nozzles directly into the heated exhaust gas flow when it enters inserted into the chambers 31. The additional fuel is then oxidized by the oxidizing catalyst. However, the supply of additional fuel is only maintained over a period of time that sufficient to remove the carbon contained in the filter bed 19 to burn particles. Then the injection of the fuel is ended, so that then again normal flow of exhaust gases through the filter bed can take place. Before oxidation of additional fuel takes place, however, the catalyst segment 31, in which the exhaust gases are first taken up, on brought to such a high temperature that the oxidation on contact with the additional fuel is initiated with the catalytic surface. The catalytic surface is at least on the "Ablicht" temperature brought so that the additional fuel within the segment 31 is not unburned remain.
Die Erwärmung des Segments 31 auf die erwünschte "Ablicht "-Temperatur kann in verschiedener Weise erfolgen. Bevorzugt wird ein Verfahren, bei dem die als Folge 3t> bestimmter Betriebsbedingungen der Maschine genügend hohen Temperaturen der Abgase für diese Vorwärmung ausgenutzt werden. Im normalen Betrieb der Maschine werden jedoch solche hohen Abgastemperaturen nur selten erreicht,The segment 31 can be heated to the desired "light-off" temperature in various ways. A method is preferred in which the exhaust gas temperatures of the exhaust gases which are sufficiently high as a result of 3t> certain operating conditions are used for this preheating. In normal operation of the machine, however, such high exhaust gas temperatures are rarely reached,
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so daß eine zusätzliche Wärmequelle benötigt wird.so that an additional heat source is required.
Eine solche zusätzliche Wärmequelle kann z.B. ein elektrisches Heizelement 42 sein, das gemäß der Darstellung in Fig. 4 an der stromaufwärtigen Seite des Filterbettes 19 angeordnet wird. Das Heizelement 42 ist dabei an dem Einlaßende des Filters quer zu dem Gehäuse 21 ausgerichtet. Es kann stattdessen auch an jeder anderen beliebigen Stelle stromaufwärts von dem Filterbett 19 angeordnet sein.Such an additional heat source may be, for example, an electrical heating element 42 which is shown as shown in FIG 4 is arranged on the upstream side of the filter bed 19. The heating element 42 is included aligned transversely to housing 21 at the inlet end of the filter. Instead, it can be applied to each other be arranged any point upstream of the filter bed 19.
Das Heizelement 42 kann direkt an das elektrische System der Maschine, wie eine Batterie oder eine ähnliche Stromquelle, angeschlossen sein. Seine periodische Einschaltung kann durch einen Zeitgeber 43 oder eine andere elektrische Schalteinrichtung gesteuert werden, die zwischen dem Heizelement und der Batterie angeordnet ist.The heating element 42 can be connected directly to the electrical system of the machine, such as a battery or similar power source, be connected. Its periodic activation can be provided by a timer 43 or some other electrical device Switching device are controlled, which is arranged between the heating element and the battery.
In der graphischen Darstellung, gemäß Figur 3 sind die Temperaturen gezeigt, die innerhalb eines Filterkörpers an zwei verschiedenen Punkten vorherrschen. Diese Temperaturprüfpunkte liegen stromaufwärts des Filterbettes 19 sowie innerhalb desselben, wo die Oxidation des eingespritzten zusätzlichen Gases am meisten vorherrscht. Der Punkt A zeigt die Temperatur innerhalb der vorderen Einlaßöffnung 28 des Filters, die bei etwa 2050C liegt, um das katalytische Segment 31 anfänglich auf die erwünschte "Ablicht"-Temperatur von etwa 2600C zu erhöhen, wird der Betrieb der Maschine anfänglich durch ein öffnen der Luftklappe des Vergasers geändert, womit die Temperatur der Auspuffgase an dem Punkt B auf etwa 2700C erhöht wird. Dieses anfängliche Erwärmen des katalytischen Segments durch die Auspuffgase kann alternativ auch durch die Benutzung eines elektrischen Heizers oder durch eine Vermehrung der Einspritzung des Brennstoffs oder durch eine Drosselung der Luftansaugung durch den Vergaser erreicht werden.In the graphic representation according to FIG. 3, the temperatures are shown which prevail within a filter body at two different points. These temperature test points are upstream of and within filter bed 19 where oxidation of the injected additional gas is most prevalent. The point A shows the temperature within the front inlet opening 28 of the filter, which is about 205 0 C to the catalytic segment to raise 31 initially to the desired "downlight" temperature of about 260 0 C, the operation of the machine is initially changed by opening the air flap of the carburetor, whereby the temperature of the exhaust gases at point B is increased to about 270 ° C. This initial heating of the catalytic segment by the exhaust gases can alternatively be achieved by using an electric heater or by increasing the injection of fuel or by throttling the air intake through the carburetor.
Nach dieser anfänglichen, über etwa 20 s andauernden Vorwärmung, bei welcher die Temperatur innerhalb des Segments 31 den Wert von etwa 2700C erreicht, wird mit der Einleitung von Propan in das Segment 31 begonnen. Sobald das Propan die erwärmte katalytische Oberfläche innerhalb des Segments 31 berührt, wird die Temperatur innerhalb des Filterbettes 19 verhältnismäßig rasch ansteigen. Dieses Segment der graphischen Darstellung illustriert nicht nur das Verbrennen des zusätzlichen Propans längs der Kurve zwischen den Punkten C und D, es illustriert vielmehr auch die Verbrennung der Kohlenstoff teilchen, die an den Wänden des Filterbettes 19 zurückgehalten wurden. Bei einer maximalen Temperatur von etwa 9650C, die etwa über 1 min eingehalten wird, wird die Zuleitung des Propans unterbrochen. Die Temperatur in dem Filterbett 19 fällt dann sehr rasch entsprechend dem Verlauf der Kurve zwischen den Punkten D und E, weil dann sowohl kein zusätzlicher Brennstoff mehr zugeleitet wird als auch keine KohlenstoffteilchenAfter this initial preheating, lasting for about 20 s, at which the temperature within segment 31 reaches a value of about 270 ° C., the introduction of propane into segment 31 is started. As soon as the propane contacts the heated catalytic surface within the segment 31, the temperature within the filter bed 19 will rise relatively quickly. This segment of the graph not only illustrates the combustion of the additional propane along the curve between points C and D, it also illustrates the combustion of the carbon particles that have been retained on the walls of the filter bed 19. At a maximum temperature of approximately 965 ° C., which is maintained for approximately 1 minute, the supply of propane is interrupted. The temperature in the filter bed 19 then falls very rapidly in accordance with the course of the curve between points D and E, because then neither additional fuel is fed in nor any carbon particles
mehr verbrannt werden. Die Temperatur des Filterbettes 19 stabilisiert sich dann bei etwa 205°C, was der Temperatur der Abgase entspricht.more to be burned. The temperature of the filter bed 19 then stabilizes at about 205 ° C, what the Corresponds to the temperature of the exhaust gases.
Die periodische Erwärmung des Filterbettes 19, welcher die Erwärmung des katalytischen Segments 31 vorangeht, wird nach einem Zeitplan durchgeführt. Die Beendigung dieser Vorwärmung kann auch durch eine überwachung der Temperatur innerhalb des Filterbettes 19 mittels einesThe periodic heating of the filter bed 19, which precedes the heating of the catalytic segment 31, is carried out on a schedule. This preheating can also be ended by monitoring the Temperature within the filter bed 19 by means of a
Thermostaten od.dgl. erreicht werden. Dabei kann ein sol-30 Thermostats or the like. can be achieved. A sol-30
eher Thermostat entweder für eine Steuerung des elektrischen Heizers 42 innerhalb des Filterbettes 19 eingesetzt werden oder unter Verwendung einer anderen Einrichtung zur Regelung der Temperatur der Auspuffgase amrather thermostat either for a control of the electric Heater 42 can be used within the filter bed 19 or using other means to regulate the temperature of the exhaust gases on
stromaufwärtigen Ende des Filterbettes. 35upstream end of the filter bed. 35
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Claims (13)
105. The method according to claim 1, characterized in that the segment of the filter bed containing a catalytic material makes up less than about half the volume of the filter bed retaining the particles.
10
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