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Dokumentenidentifikation DE102007034185B4 28.04.2011
Titel Verfahren zur Umwandlung des im Abgas eines Dieselmotors befindlichen Stickoxydes über einen, auch für die Regenerierung eines Partikelfilters genutzten Filter
Anmelder Ambros, Richard, 87439 Kempten, DE
Erfinder Ambros, Richard, 87439 Kempten, DE
DE-Anmeldedatum 23.07.2007
DE-Aktenzeichen 102007034185
Offenlegungstag 29.01.2009
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse F01N 3/10  (2006.01)  A,  F,  I,  20070723,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse F01N 3/023  (2006.01)  A,  L,  I,  20070723,  B,  H,  DE
F01N 3/021  (2006.01)  A,  L,  I,  20070723,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung des im Abgas eines Dieselmotors befindlichen Stickoxydes über einen, auch für die Regenerierung eines Partikelfilters genutzten Filter, in dem unterseitig eines Filtereinsatzes für die Entsorgung des beim Verbrennen von Rußpartikeln aus dem Partikelfilter entweichenden Kohlendioxydes, getrennt durch einen Deckel, auch ein Reduktionsmittel für die Umwandlung des im Abgas eines Dieselmotors befindlichen Stickoxydes NOx durch Ammoniak NH3 in Stickstoff N und Wasser H2O eingefüllt ist.

Ein Verfahren zur Regenerierung eines Partikelfilters über ein Heißluftgebläse, das auch zum Vorheizen eines Oxydationskatalysators dient, ist bereits in den Patentschriften DE 102 29 131 B3 und DE 102 36 786 A1 aufgezeigt.

Dabei wird das beim Verbrennen der Rußpartikel aus dem Partikelfilter entweichende Kohlendioxyd unmittelbar nach dem Partikelfilter über ein Gebläse von der Abgasanlage abgesaugt und durch einen Filter hindurch in das Endrohr der Abgasanlage eingeleitet, was auch in vorliegender Anmeldung vorgesehen ist.

Ohne auf die Inhaltsstoffe des Filters einzugehen, ist in diesen Patentschriften lediglich erwähnt, daß über den Filter die Verbrennungsgase entsorgt werden bzw. der Ausstoß von Kohlendioxyd verhindert ist.

In der DE 10 2007 007 779, 2 ist ein Filter dargestellt, in dem unterhalb eines Filtereinsatzes E für die Umwandlung des beim Verbrennen von Rußpartikeln entstehenden Kohlendioxydes über einen Absorbtionsstoff A und ein Stahlgewebe 64, getrennt durch einen etwas abhebbaren Deckel 60, ein Reduktionsmittel R eingefüllt ist, das die Umwandlung von Stickoxyd NOx aus einem NOx-Speicherkatalysator mittels Ammoniak NH3 in Stickstoff N und Wasser H2O bewirkt.

Das in dieser Anmeldung beschriebene Verfahren scheitert leider daran, daß die Speicherfähigkeit eines NOx-Speicherkats mit Stickoxyd NOx gemäß der Broschüre ISBN-9783865220820 Seite 57, ”Abgastechnik für Dieselmotoren”, Robert Bosch GmbH, gegenwärtig noch viel zu gering ist im Vergleich zur Speicherfähigkeit eines Partikelfilters mit Rußpartikeln, so daß in vorliegender Anmeldung von einem NOx-Speicherkat abgesehen ist und eine ”selektive katalytische Reduktion” der Stickoxyde durch Beimengung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom bevorzugt ist.

Dabei ist der, in der DE 10 2007 007 779, 2 dargestellte Filter mit einer in 1 dargestellten Einrichtung für das Nachfüllen von Reduktionsmittel R aus einem Behälter B über einen für die Niveauregulierung des im Filter eingefüllten Reduktionsmittels vorgesehenen Schwimmer 72, auch in vorliegender Anmeldung genutzt.

Um ein Auswechseln des Filtereinsatzes E zu erleichtern, ist in vorliegender Anmeldung das Filtergehäuse oberhalb des Filtereinsatzes nach oben verlängert und die Zuleitung vom Behälter B oberhalb des Filtereinsatzes seitlich in das Filtergehäuse eingeführt, während die in das Endrohr der Abgasanlage einmündende Zuleitung ebenfalls seitlich oberhalb des Filtereinsatzes vom Filtergehäuse abgezweigt ist.

Dabei ist angenommen, daß der Filtereinsatz E für mehrere, in kürzeren Abständen erfolgende Regenerierungen des Partikelfilters verwendbar ist, bevor er ausgetauscht oder neu bestückt werden muß, so daß durch häufigere Regenerierungen des Partikelfilters der Treibstoffverbrauch verringert ist.

Entsprechend der DE 10 2007 007 779 ist der Filtereinsatz E im unteren, allseits durchlöcherten Teil mit einem Absorbtionsstoff A aufgefüllt, der durch Reduktion von Kohlendioxyd CO2 Kohlenstoff C bzw. Ruß zurückhält, so daß Sauerstoff O2 nach außen ebtweicht.

Im oberen, nicht durchlöcherten Teil des Filtereinsatzes ist oberhalb einer durchlöcherten Scheibe 63, für die im Filtereinsatz eine Auflage gebildet ist, ein Metallgewebe 64 untergebracht (vgl. Luftfilter für Kraftfahrzeuge), um evtl. mitgerissene Rußpartikel festzuhalten.

Über einen in vorliegender Anmeldung vorgesehenen, mit einem Handgriff versehenen Deckel 66, der an dem nach außen gezogenen Bund des Filtereinsatzes befestigt ist, kann der Filtereinsatz aus dem Filtergehäuse entnommen werden, nachdem der Gehäusedeckel des Filters F abgenommen ist.

In seiner Gebrauchslage ist der Filtereinsatz durch eine zwischen seinem Deckel und dem Gehäusedeckel des Filters untergebrachte Druckfeder festgehalten, über die der Filtereinsatz über seinen nach außen gezogenen Bund gegen eine nach außen gezogene Schulter des Filtergehäuses angedrückt ist.

Stand der Technik

Auf Seite 60, Bild 1 und Seite 62, Bild 3 eingangs erwähnter Broschüre ISBN 9783865220820 ist jeweils ein Verfahren aufgezeigt, über das im Abgas eines Dieselmotors befindliches Stickoxyd NOx durch Beimengung eines Reduktionsmittels (Harnstoff-Wasser-Lösung) in den Abgasstrom und durch einen anschließend in die Abgasanlage eingebauten SCR-Katalysator in Stickstoff, Wasser und etwas Kohlendioxyd umgewandelt wird (Seite 61).

Das Reduktionsmittel wird gemäß Bild 1, Seite 60 über eine Pumpe 10 und eine Einspritzdüse 4 in den Abgasstrom eingespritzt und gemäß Bild 3, Seite 62 vermischt mit komprimierter Luft über ein Spritzrohr 14 dem Abgasstrom beigemengt, wobei die für eine exakte Dosierung des Reduktionsmittels erforderliche Steuerung über Temperatur-, NOx- und NH3-Sensoren und zugehörige Steuergeräte sehr aufwendig ist.

Aufgabenstellung

Aufgabe vorliegender Erfindung ist, eine möglichst genaue, der Abgastemperatur, der Abgasgeschwindigkeit und dem Abgasdruck angpaßte Dosierung des dem Abgasstrom beigemengten Reduktionsmittels zu erzielen, wobei Fördermittel, Sensoren und Steuergeräte nicht erforderlich oder zumindest weitgehendst vermeidbar sind.

Über einen in vorliegender Anmeldung dargestellten Filter ist nicht nur der Ausstoß von Stickoxyd eingeschränkt, sondern auch der Ausstoß von Kohlendioxyd CO2, das mit dem Ammoniak NH3 aus dem Reduktionsmittel in Stickstoff N, Wasser H2O und Kohlenstoff C bzw. Ruß umgewandelt wird.

Was die Dosierung des dem Abgasstrom beigemengten Reduktionsmittels für die Reduktion von Stickoxyd NOx betrifft, so ist in vorliegender Anmeldung auf die Erkenntnisse von Bernouilli zurückgegriffen (Die Technik im Leben von Heute, Meyers Lexikonverleg, 3. Ausgabe 1986, Seite 22).

Demnach ist der Druck gegen eine Rohrwandung im erweiterten Teil eines in vorliegender Anmeldung in die Abgasanlage eingebauten Verengungsrohres VR größer, wie im verengten Teil des Rohres, so daß also über eine vom erweiterten Teil des Verengungsrohres abgezweigte, in den verengten Teil des Rohres einmündende Bypaßleitung ein Druckgefälle gebildet ist, das von der Verengung des Rohres abhängig ist und das mit zunehmender Abgasgeschwindigkeit größer wird.

So, wie auch der Bedarf an Ammoniak bzw. Reduktionsmittel für die Reduktion des im Abgas eines Dieselmotors befindlichen Stickoxydes mit zunehmender Abgasgeschwindigkeit bei zunehmender Motordrehzahl größer wird.

Dabei wird das vom erweiterten Teil des Verengungsrohres über eine Druckleitung 93 von der Abgasanlage abgezweigte Abgas über ein Drosselventil 90 und ein Zuschaltventil 91, sowie über das am Boden des Filters F befestigte Rohr 75 durch das Reduktionsmittel R hindurch in einen Zwischenraum des Filters eingeleitet, der oben durch den Deckel 60 und unten durch das Reduktionsmittel R begrenzt ist, während eine von diesem Zwischenraum abgezweigte Saugleitung 94 in den verengten Teil des Verengungsrohres VR einmündet.

Durch den Wärmeübergang des Abgases an das Reduktionsmittel über die Wandung des Rohres 75 und über die Oberfläche des Reduktionsmittels wird aus demselben mit zunehmender Abgasgeschwindigkeit bei zunehmendem Druckgefälle über die Druckleitung 93 und die Saugleitung 94, sowie bei zunehmender Abgastemperatur zunehmend mehr Reduktionsmittel im Filter F verdampft und zusammen mit dem von der Abgasanlage abgezweigten Abgas über die Saugleitung 94 dem durch die Abgasanlage strömenden Abgas beigemengt.

Um ein Verdampfen des Reduktionsmittels auf ein erforderliches Maß einzuschränken, ist das am Boden des Filters F befestigte Rohr 75 aus einem Werkstoff von entsprechend geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt und die Wandung des Rohres im unteren Bereich entsprechend dick bemessen, während der obere Teil des Rohres so erweitert ist, daß die Oberfläche des Reduktionsmittels auf ein erforderliches Maß verkleinert ist (2). Über das in die Druckleitung 93 eingebaute Zuschaltventil 91 wird der Durchgangsquerschnitt für das von der Abgasanlage abgezweigte Abgas bei zunehmendem Gegendruck über das Ende der Abgasanlage infolge einer Erhöhung der Motordrehzahl zunehmend vergrößert.

Um eine Überhitzung des im Filter F eingefüllten Reduktionsmittels R zu vermeiden und um den Flüssigkeitsstand desselben möglichst aufrecht zu erhalten, wird in vorliegender Anmeldung über eine in der 10 2007 007 779.5-13, 1 bereits vorgesehene Niveauregulierung ständig kühles Reduktionsmittel aus einem Behälter B über den oberseitig im Filter F untergebrachten Filtereinsatz E für die Reduktion des bei der Regenerierung des Partikelfilters entstehenden Kohlendioxydes nachgefüllt, so daß der im Filtereinsatz E untergebrachte Absorbtionsstoff A etwas Reduktionsmittel für eine spätere Reduktion von Kohlendioxyd aufnimmt bzw. absorbiert.

Möglicherweise muß das im oberen Teil des Filtereinsatzes untergebrachte Stahlgewebe 64 beschichtet weden, so daß es wie ein Katalysator wirkt.

Entsprechend Bild 1, Seite 60 der Broschüre ISBN 9783865220820 ist in vorliegender Anmeldung nach dem Verengungsrohr VR zusätzlich zu einem SCR-Katalysator RK für die Reduktion von Stickoxyd NOx durch Ammoniak NH3 auch noch ein NH3-Sperrkatalysator SK vor einem abschließenden Schalldämpfer SD in die Abgasanlage eingebaut, um bei zu hoher Dosierung des Reduktionsmittels in den Abgasstrom überschüssiges Ammoniak NH3 durch Oxydation in Stickstoff N und Wasser H2O umzuwandeln (Seite 62).

Die, die Reduktion von Stickoxyd im Abgas eines Dieselmotors und die, die Reduktion von Kohlendioxyd bei der Regenerierung eines Partikelfilters betreffende Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine von einem Dieselmotor über eine Zuleitung 1 eingespeiste Abgasanlage, in die ein mit einer Verengung versehenes Verengungsrohr VR eingebaut ist, um über das erweiterte Teil des Rohres etwas Abgas abzuzweigen, das dann mit verdampfendem Reduktionsmittel R aus dem Filter F vermischt über das verengte Teil des Verengungsrohres VR wieder der Abgasanlage zugeführt wird.

2 einen Filter F, in dem unterhalb eines Filtereinsatzes E für die Reduktion von Kohlendioxyd bei der Regenerierung des Partikelfilters PF, getrennt durch einen Deckel 60, ein Reduktionsmittel R für die Reduktion des im Abgas eines Dieselmotors enthaltenen Stickoxydes eingefüllt ist.

3 ein Drosselventil 90, das mit einem Zuschaltventil 91 kombiniert ist.

4 das Aufheizen des in die Abgasanlage eingebauten Partikelfilters PF über ein Heißluftgebläse G, H und eine Zuleitung 4 zur Abgasanlage bei geschlossenem Zuluftanschluß 5 in der Rückleitung 3 zum Heißluftgebläse (102 29 131 u. 102 36 786).

5 das Absaugen der aus dem Partikelfilter PF entweichenden Verbrennungsgase über ein Gebläse G' nach Erreichen der für das Verbrennen der Rußpartikel erforderlichen Verbrennungstemperatur bei geöffnetem Zuluftanschluß 5 in der Rückleitung 3 zum Heißluftgebläse.

6 ein als Zweiwegeventil ausgebildetes Magnetventil 70, das betätigt über einen Elektromagnet 71 seinen Durchgang öffnet (10 2007 007 779.5-13, 4).

7 ein pneumatisch betätigbares Zweiwegeventil 92, das über eine Druckluftleitung 95 mit Druck beaufschlagt seinen Durchgang schließt.

1 zeigt eine von einem Dieselmotor über eine Zuleitung 1 eingespeiste Abgasanlage, über die das Abgas der Reihe nach durch einen Oxydationskatalysator OK, einen Partikelfilter PF, ein Abgasrohr 2, ein Verengungsrohr VR, einen SCR- bzw. NOx-Reduktionskatalysator RK, einen NH3-Sperrkatalysator SK und durch einen Schalldämpfer SD hindurch nach außen abgeleitet wird.

Über eine vom erweiterten Teil des Verengungsrohres VR abgezweigte Druckleitung 93, in die ein Drosselventil 90 und ein Zuschaltventil 91 eingebaut ist, und über ein unterseitig im Filter F befestigtes Rohr 75 wird ein von der Verengung des Verengungsrohres mit abhängiger Anteil des Abgases von der Abgasanlage abgezweigt und in einen Zwischenraum des Filters eingeleitet, der oben durch einen Deckel 60 und unten durch ein im Filter F eingefülltes Reduktionsmittel R begrenzt ist (2), während eine von diesem Zwischenraum abgezweigte Saugleitung 94 in den verengten Teil des Verengungsrohres VR einmündet.

Dabei wird das von der Abgasanlage abgezweigte Abgas in diesem Zwischenraum durch den Wärmeübergang des Abgases an das Reduktionsmittel R mit verdampfendem Reduktionsmittel vermischt und über die Saugleitung 94 wieder der Abgasanlage zugeführt.

Um den Wärmeübergang an das Reduktionsmittel auf ein erforderliches Maß einzuschränken, ist das Rohr 75 (2) aus einem Werkstoff von entsprechend geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt, die Rohrwandung im unteren Teil entsprechend dick bemessen und das Rohr im oberen Teil erweitert, so daß die Oberfläche des Reduktionsmittels auf ein erforderliches Maß verkleinert und der Wärmeübergang über die Oberfläche entsprechend reduziert ist.

Durch den Deckel 60 oberhalb des Reduktionsmittels R ist dasselbe bei der Regenerierung des Partikelfilters PF vor einer übermäßigen Erhitzung durch die, den oberen Teil des Filters durchströmenden Verbrennungsgase ausreichend geschützt (5). Auch wird über den Deckel 60 das aus dem Behälter B über den Filtereinsatz E nach unten ablaufende Reduktionsmittel R nach außen abgelenkt, so daß das Reduktionsmittel außerhalb des Rohres 75 dem im Filter F eingefüllten Reduktionsmittel nachgefüllt wird.

Gemäß der 10 2007 007 779.5-13 ist der Deckel 60 unterseitig mit radial nach innen gezogenen Nuten versehen, so daß das Reduktionsmittel über die Nuten nach unten ablaufen kann, wobei über die Nuten auch verdampfendes Reduktionsmittel aus dem Filter während der Inbetriebnahme des Motors und während einer Regeneration des Partikelfilters unmittelbar nach einer Außerbetriebnahme des Motors nach oben in den oberen Teil des Filters eindringt, so daß über das verdampfende Reduktionsmittel, sowie über das vom Absorbtionsstoff A im Filtereinsatz E beim Nachfüllen des Filters absorbierte bzw. aufgesaugte Reduktionsmittel, das bei der Regenerierung des Partikelfilters PF (5) entstehende Kohlendioxyd CO2 durch das im Reduktionsmittel enthaltene Ammoniak NH3 in Wasser und Kohlenstoff bzw. Ruß umgewandelt wird.

Zweckmäßigerweise ist das oberhalb vom Absorbtionsstoff A im Filtereinsatz E untergebrachte Stahlgewebe 64 katalytisch beschichtet, um die Reduktion von Kohlendioxyd zu unterstützen.

Der im Filtereinsatz E verbleibende Ruß wird dann nach einer Regenerierung des Partikelfilters über das aus dem Behälter B während einer Inbetriebnahme des Motors nach unten ablaufende Reduktionsmittel in das im Filter eingefüllte Reduktionsmittel abgespült, so daß das durch Ruß verunreinigte Reduktionsmittel im Filter von Zeit zu Zeit über das Absaugrohr 62 abgesaugt werden muß.

Möglicherweise ist das Absaugen von verunreinigtem Reduktionsmittel, sowie das Erneuern des Filtereinsatzes E mit einem für den Motor erforderlichen Ölwechsel in Einklang zu bringen, so daß alles zusammen in einem Aufwasch erledigt werden kann.

Das Nachfüllendes Filters F über den Behälter B nach einem Absaugen von verunreinigtem Reduktionsmittel erfolgt dann automatisch über den Schwimmer 72 und den als Öffner ausgebildeten Magnetschalter 73, der über das Relais d9 das Magnetventil 70.3 betätigt, sobald dasselbe über ein Zündschloß mit einer Pluszuleitung versorgt ist (1), die bei Motorstillstand über das Zündschloß zweckmäßigerweise unterbrochen ist (4 u. 5). Eine Signallampe S4 signalisiert das Nachfüllen aus dem Behälter B und erlischt, sobald das Nachfüllen über den Schwimmer 72 und den als Öffner ausgebildeten Magnetschalter 73 beendet ist.

2 zeigt einen im Prinzip bereits in der 10 2007 007 779.5-13, 2 dargestellten Filter F mit einem entsprechend der Beschreibung zu 1 ausgebildeten Rohr 75, in das die vom erweiterten Teil des Verengungsrohres VR abgezweigte Druckleitung 93 einmündet.

Unterhalb des Deckels 60 ist hier die zum verengten Teil des Verengungsrohres VR führende Saugleitung 94 am Gehäuse des Filters F angeschlossen, während oberhalb des Deckels 60 eine Druckluftleitung 95 vom Filter abgezweigt ist.

Über die Druckluftleitung 95 wird bei der Regenerierung des Partikelfilters (5) jeweils ein in die Saugleitung 94 und ein in die Druckleitung 93 eingebautes pneumatisch betätigbares Zweiwegeventil 92.2 bzw. 92.1 durch den über das Gebläse G' erzeugten Druck im Filter F in Schließstellung gehalten, so daß die über das Gebläse G' aus dem Partikelfilter abgesaugten und in den Filter F eingeleiteten Verbrennungsgase der Rußpartikel ausschließlich durch den Filtereinsatz E hindurch nach außen abgeleitet werden.

Für die Reduzierung des in den Verbrennungsgasen hauptsächlich enthaltenen Kohlendioxydes CO2 ist im unteren, allseits durchlöcherten Teil des Filtereinsatzes E ein Absorbtionsstoff A eingefüllt, der beim Nachfüllen des Reduktionsmittels R aus dem Behälter B in den Filter F etwas Reduktionsmittel aufsaugt bzw. absorbiert.

Der Absorbtionsstoff A muß formbeständig, hitzebeständig, saugfähig und durchläßig sein, so daß er möglichst mehrere Regenerierungen des Partikelfilters schadlos übersteht.

Oberhalb vom Absorbtionsstoff A ist, getrennt durch einen durchlöcherten Deckel 63, im Filtereinsatz ein Stahlgewebe 64 untergebracht, das katalytisch beschichtet die Reduktion von Kohlendioxyd durch das im Reduktionsmittel R enthaltene Ammoniak begünstigt.

Wie in der Einleitung erwähnt, ist das Filtergehäuse hier oberhalb vom Filtereinsatz E nach oben verlängert, so daß die Zuleitung vom Behälter B zum Filtergehäuse und die Ableitung vom Filtergehäuse zum Endrohr der Abgasanlage seitlich am Filtergehäuse befestigbar sind und der Filtereinsatz E nach Abnahme des Gehäusedeckels leichter auswechselbar ist.

Zu diesem Zweck ist an dem nach außen gezogenen Bund des Filtereinsatzes ein mit einem Handgriff versehener Deckel 66 befestigt, der oberhalb vom Stahlgewebe 64 durchlöchert ist.

In seiner Gebrauchslage wird der Filtereinsatz durch eine zwischen seinem Deckel 66 und dem Gehäusedeckel untergebrachte Druckfeder, die den Filtereinsatz über seinen nach außen gezogenen Bund gegen eine nach außen gezogene Schulter des Filtergehäuses andrückt, festgehalten.

Der für die Niveauregulierung des im Filter F eingefüllten Reduktionsmittels vorgesehene Schwimmer 72 mit einem oberseitig daran befestigten Magnet für die Betätigung eines als Öffner ausgebildeten Magnetschalters 73 ist, wie in der 10 2007 007 779.5-13 erläutert, in einem Gehäuseanbau des Filters untergebracht.

3 zeigt ein mit einem Zuschaltventil 91 kombiniertes Drosselventil 90, das in die vom erweiterten Teil des Verengungsrohres VR abgezweigte Druckleitung 93 eingebaut ist.

Über das Zuschaltventil 91 wird bei zunehmendem Gegendruck über das Ende der Abgasanlage infolge einer Erhöhung der Motordrehzahl zunehmend mehr Abgas aus dem erweiterten Teil des Verengungsrohres abgezweigt und mit entsprechend mehr verdampfendem Reduktionsmittel aus dem Filter F vermischt über die Saugleitung 94 und das verengte Teil des Verengungsrohres wieder dem Abgasstrom zugeführt.

Sowohl für das Drosselventil 90, als auch für das Zuschaltventil 91 ist jeweils eine Einstellschraube vorgesehen, über die der Durchlaß des kombinierten Ventiles 90, 91 veränderbar ist. Dabei muß eine für das Zuschaltventil 91 vorgesehene Druckfeder oder dgl. den Anforderungen entsprechend ausgelegt und vorgespannt sein.

4 zeigt das Aufheizen des Partikelfilters PF über ein Heißluftgebläse G, H und eine Zuleitung 4 zur Abgasanlage, wobei die, einen Oxydationskatalysator OK und den Partikelfilter durchdringenden aufgeheizten Gase über eine von einem Abgasrohr 2 abgezweigte Rückleitung 3 wieder dem Heißluftgebläse zugeführt werden (102 29 131 u. 102 36 786).

Beim Aufheizen des Partikelfilters ist der an der Rückleitung 3 angebrachte Zuluftanschluß 5 bis zum Erreichen der für das Verbrennen der Rußpartikel erforderlichen Temperatur mittels einer Klappe 9 durch eine Zugfeder 10 geschlossen.

5 zeigt das Absaugen der aus dem Partikelfilter PF entweichenden Verbrennungsgase über ein Gebläse G' nach dem Erreichen der für das Verbrennen der Rußpartikel erforderlichen Temperatur, wobei über einen Thermoschalter T2 und ein Relais d6 der Zuluftanschluß 5 in der Rückleitung 3 zum Heißluftgebläse G, H mittels der Klappe 9 durch einen Elektromagnet 11 geöffnet ist. Über das Relais d6 ist nun die Stromzufuhr zur zweiten Heizstufe der Heizung H und zur Signallampe S3 unterbrochen, während gleichzeitig mit der Inbetriebnahme des Gebläses G' über das Relais d6 auch die beiden Magnetventile 70.1 u. 70.2 über das Relais d6 betätigt bzw. geöffnet sind, so daß die Verbrennungsgase durch das Gebläse G' über das Magnetventil 70.1 und eine Zuleitung 19 in den Filter F eingeleitet werden und dann entsorgt durch den im Filter untergebrachten Filtereinsatz E vom Filter aus über das Magnetventil 70.2 und das Endrohr der Abgasanlage nach außen abgeleitet werden.

6 zeigt ein als Zweiwegeventil ausgebildetes Magnetventil 70 gemäß der 10 2007 007 779.5-13, 4, das betätigt durch einen Elektromagnet 71 seinen Durchgang öffnet.

Das Magnetventil ist in die Zuleitung vom Gebläse G' zum Filter F eingebaut mit 70.1, in die Zuleitung vom Filter F zum Endrohr der Abgasanlage eingebaut mit 70.2 und in die Zuleitung vom Behälter B zum Filter F eingebaut mit 70.3 bezeichnet.

7 zeigt ein pneumatisch betätigbares Zweiwegeventil 92, das über eine vom Filter F abgezweigte Druckluftleitung 95 bei der Regenerierung des Partikelfilters PF (5) durch das Gebläse G' mit Druck beaufschlagt seinen Durchgang schließt.

Das Ventil 92 ist in die vom Filter zum verengten Teil des Verengungsrohres VR führende Saugleitung 94 eingebaut mit 92.2 und in die vom erweiterten Teil des Verengungsrohres zum Filter führende Druckleitung 93 eingebaut mit 92.1 bezeichnet.

An dem in die Saugleitung 94 eingebauten Ventil 92.2 ist für den Anschluß der Druckluftleitung 95 eine Durchgangsbohrung vorgesehen, über die der Druck mittels einer weiteren Druckluftleitung an das in die Druckleitung 93 eingebaute Ventil 92.1 weitergeleitet ist (siehe 5), so daß der Anschluß der vom Filter F abgezweigten Druckluftleitung 95 an den beiden Ventilen 92.2 u. 92.1 vereinfacht ist.

Die in den 4 u. 5 dargestellte Stromzufuhr über ein Zeitrelais dt für das Aufheizen und Regenerieren des Partikelfilters PF ist den Patentschriften 102 29 131 u. 102 36 786 zu entnehmen.

Um über den verengten Teil des Verengungsrohres VR eine möglichst hohe Sogwirkung zu erzielen und einen Stau des von der Abgasanlage abgezweigten Abgases im Filter F, sowie ein Sieden des im Filter F eingefüllten Reduktionsmittels R zu verhindern, ist der Querschnitt des erweiterten Teiles vom Verengungsrohr ausreichend groß dimensioniert, so daß der Strömungswiderstand durch die Verengung des Rohres nicht unnötig erhöht ist.


Anspruch[de]
Verfahren zur Umwandlung des im Abgas eines Dieselmotors befindlichen Stickoxydes über einen, auch für die Regenerierung eines Partikelfilters genutzten Filter, in dem unterhalb eines Filtereinsatzes E, getrennt durch einen Deckel 60 ein Reduktionsmittel R eingefüllt ist, aus dem ein am Boden des Filters F befestigtes Rohr 75 ragt, wobei der etwas abhebbar an einer ringsum nach innen gezogenen Schulter des Filters befestigte Deckel 60 an seiner Unterseite radial nach innen gezogene Nuten aufweist, so daß ein aus einem Behälter B von oben her über den Filtereinsatz E nach unten abtropfendes Reduktionsmittel R über den Deckel 60 nach außen abgelenkt wird und über die Nuten nach unten in das im Filter F eingefüllte Reduktionsmittel R abläuft, wobei für das Nachfüllen des im Filter eingefüllten Reduktionsmittels eine Niveauregulierung vorgesehen ist, die durch Betätigung eines in die Zuleitung vom Behälter B zum Filter F eingebauten Magnetventiles 70.3 den Durchgang durch die Zuleitung öffnet, so daß das Reduktionsmittel R aus dem Behälter B erst ein im Filtereinsatz E untergebrachtes Stahlgewebe 64 durchdringt, bevor es durch einen durchlöcherten Deckel 63 hindurch in den durchlöcherten Teil des Filtereinsatzes E gelangt, in dem ein Absorbtionsstoff A untergebracht ist, von dem aus das Reduktionsmittel dann durch den durchlöcherten Teil des Filtereinsatzes hindurch über den Deckel 60 nach unten abläuft, und wobei für das Absaugen der aus dem Partikelfilter PF ausströmenden Verbrennungsgase aus einem Abgasrohr 2 der Abgasanlage nach Erreichen der für die Rußpartikel erforderlichen Verbrennungstemperatur ein Gebläse G' vorgesehen ist, über das die hauptsächlich aus Kohlendioxyd bestehenden Verbrennungsgase über eine Zuleitung 19 oberhalb des Deckels 60 in den Filter F eingeleitet werden und den im unteren allseits durchlöcherten Teil des Filtereinsatzes E untergebrachten Absorbtionsstoff A durchdringen, bevor die Verbrennungsgase nach Ablagerung von Kohlenstoff bzw. Ruß aus dem Kohlendioxyd über den durchlöcherten Deckel 63 und das Stahlgewebe 64 wieder der Abgasanlage zugeführt werden, während für eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxyd im Abgas eines Dieselmotors in bekannter Weise ein separater, mit Reduktionsmittel aufgefüllter Tank vorgesehen ist, von dem aus dosiert über mehrere Sensoren und eine aufwendige Steuerung Reduktionsmittel über eine Einspritzdüse oder ein Sprührohr dem Abgasstrom beigemischt wird, bevor das Abgas einen SCR-Reduktionskatalysator RK für die Reduktion von Stickoxyd NOx und einen NH3-Sperrkatalysator SR für die Oxydation von überschüssigem Ammoniak NH3 durchströmt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Abgasanlage nach einem Oxydationskatalysator OK, einem Partikelfilter PF und einem Abgasrohr 2, noch vor einem SCR-Reduktionskatalysator RK, einem NOx-Sperrkatalysator SK und einem Schalldämpfer SD ein mit einer Verengung versehenes Verengungsrohr VR eingebaut ist, von dessem erweiterten Teil eine Druckleitung 93 abgezweigt ist, in die ein mit einem Zuschaltventil 91 kombiniertes Drosselventil 90 eingebaut ist und die in das am Boden des Filters F befestigte Rohr 75 einmündet, während eine zwischen dem Reduktionsmittel R und dem Deckel 60 vom Filter F abgezweigte Saugleitung 94 in das verengte Teil des Verengungsrohres VR einmündet, und daß sowohl in die nach dem Partikelfilters PF vom Abgasrohr 2 abgezweigte, über das Gebläse G' führende Zuleitung 19 zum Filter F, als auch in eine vom Filter abgezweigte Zuleitung zu einem Endrohr der Abgasanlage jeweils ein Magnetventil 70.1 bzw. 70.2 eingebaut ist, wobei die beiden Magnetventile während einer Inbetriebnahme des Motors unbetätigt den Durchgang durch die beiden Zuleitungen schließen, so daß das über die Druckleitung 93 vom erweiterten Teil des Verengungsrohres VR abgezweigte Abgas, vermischt mit verdampfendem Reduktionsmittel R aus dem Filter F lediglich über die Saugleitung 94 und das verengte Teil des Verengungsrohres wieder der Abgasanlage zugeführt wird, wobei das am Boden des Filters F befestigte, aus dem Reduktionsmittel herausragende Rohr 75 zwecks Verringerung des Wärmeüberganges vom Abgas zum Reduktionsmittel aus einem Werkstoff von entsprechend geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist, im unteren Bereich entsprechend dickwandig ausgebildet ist und im oberen, aus dem Reduktionsmittel herausragenden Teil erweitert ist, um die Oberfläche des Reduktionsmittels ausreichend zu verkleinern, wobei über die für das Nachfüllen von Reduktionsmittel vorgesehene Niveauregulierung in kurzen Abständen ständig kühles Reduktionsmittel aus dem Behälter B über das Magnetventil 70.3 in den Filter nachgefüllt wird, und daß sowohl in die vom erweiterten Teil des Verengungsrohres abgezweigte, in das Rohr 75 des Filters einmündende Druckleitung 93, als auch in die vom Filter abgezweigte, in das verengte Teil des Verengungsrohres einmündende Saugleitung 94 jeweils ein pneumatisch betätigbares Ventil 92.1 bzw. 92.2 eingebaut ist, um den Durchgang durch die beiden Leitungen 93 u. 94 bei der Regenerierung des Partikelfilters PF bei Motorstillstand bzw. beim Absaugen der Verbrennungsgase über das Gebläse G' mittels einer oberhalb des Deckels 60 vom Filter F abgezweigten Druckluftleitung 95 durch den vom Gebläse G' erzeugten Druck zu schließen, so daß die über das Gebläse und das Magnetventil 70.1 in den Filter F eingeleiteten Verbrennungsgase lediglich durch den Filtereinsatz E hindurchgeleitet sind und dann entsorgt vom Filter aus über das Magnetventil 70.2 und das Endrohr der Abgasanlage nach außen abgeleitet werden. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im unteren, allseits durchlöcherten Teil des Filtereinsatzes E untergebrachte Absorbtionsstoff A aus einer Substanz besteht, die hitzebeständig, formbeständig, Wasserdurchlässig und saugfähig ist, so daß der Absorbtionsstoff das bei laufendem Motor aus dem Behälter B nach unten ablaufende Reduktionsmittel R aufsaugt, ohne das Ablaufen desselben nach unten wesentlich einzuschränken, und daß das oberhalb vom Absorbtionsstoff A im Filtereinsatz E untergebrachte Stahlgewebe 64 katalytisch beschichtet ist, um die Reduktion des bei der Regenerierung des Partikelfilters PF entstehenden Kohlendioxydes CO2 durch das im aufgesaugten Reduktionsmittel R enthaltene Ammoniak NH3 zu beschleunigen, wobei der im Filtereinsatz E zurückbleibende Kohlenstoff bzw. Ruß nach einer Regenerierung des Partikelfilters PF über das aus dem Behälter B nach unten über den Filtereinsatz E ablaufende Reduktionsmittel R in das im Filter F eingefüllte Reduktionsmittel mit abgespült wird, sobald das in die Zuleitung vom Behälter B zum Filter F eingebaute Magnetventil 70.3 über ein für den Motor vorgesehenes Zündschloß wieder mit einer Pluszuleitung versehen ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse des Filters F oberhalb des Filtereinsatzes E nach oben verlängert ist, so daß die Zuleitung vom Behälter B zum Filter F und die vom Filter abgezweigte, zum Endrohr der Abgasanlage führende Zuleitung jeweils seitlich oberhalb des Filtereinsatzes E am Filtergehäuse befestigbar sind, und daß an dem nach außen gezogenen Bund des Filtereinsatzes E ein mit einem Handgriff versehener Deckel 66 befestigt ist, der oberhalb des Stahlgewebes 64 durchlöchert ist, wobei der Filtereinsatz E in seiner Gebrauchslage durch eine zwischen seinem Deckel 66 und dem Gehäusedeckel des Filters F untergebrachte Druckfeder, die den Filtereinsatz über seinen nach außen gezogenen Bund gegen eine nach außen gezogene Schulter des Filtergehäuses andrückt, festgehalten ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erweiterte Teil des Verengungsrohres VR in seinem Querschnitt ausreichend groß dimensioniert ist, um über das verengte Teil des Verengungsrohres eine ausreichend hohe Sogwirkung zu erzielen, ohne den Strömungswiderstand des Rohres durch die Verengung nachteilig zu erhöhen, so daß über die in das verengte Teil des Verengungsrohres einmündende, vom Filter F abgezweigte Saugleitung 94 ein Stau des über die Druckleitung 93 in den Filter F eingeleiteten Abgases und damit ein Sieden des im Filter eingefüllten Reduktionsmittels R bei konstant hoher Motordrehzahl verhinderbar ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der für die Betätigung des Magnetventiles 70.3 vorgesehene Magnetschalter 73 als Öffner ausgebildet ist, so daß der Magnetschalter beim Erreichen der maximalen Füllhöhe des im Filter F eingefüllten Reduktionsmittels R über den oberseitig am Schwimmer 72 befestigten Magnet die Stromzufuhr zu einem Relais d9 unterbricht, wodurch dann über das Relais d9 auch die Stromzufuhr zu einer Signallampe S4 und zum Magnetventil 70.3 unterbrochen ist und das Magnetventil das Nachfüllen von Reduktionsmittel R aus dem Behälter B in den Filter F hinein beendet, wobei das Relais d9 bei sinkendem Flüssigkeitsspiegel des im Filter F eingefüllten Reduktionsmittels R erst über den Magnetschalter 73 mit Strom versorgt wird, bevor es etwas verzögert die Signallampe S4 und das Magnetventil 70.3 wieder mit Strom versorgt, so daß der Zulauf des Reduktionsmittels aus dem Behälter B über den Filtereinsatz E in den unteren Teil des Filters hinein etwas verzögert ist, wobei die Zulaufgeschwindigkeit des Reduktionsmittels R über den Durchlaßquerschnitt der Zuleitung vom Behälter B zum Filter F in etwa dem Durchlaß des Filtereinsatzes E angepaßt ist, um einen Stau des Reduktionsmittels oberhalb des Filtereinsatzes zu vermeiden.






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