EP1167708B1 - Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen - Google Patents

Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen Download PDF

Info

Publication number
EP1167708B1
EP1167708B1 EP01115227A EP01115227A EP1167708B1 EP 1167708 B1 EP1167708 B1 EP 1167708B1 EP 01115227 A EP01115227 A EP 01115227A EP 01115227 A EP01115227 A EP 01115227A EP 1167708 B1 EP1167708 B1 EP 1167708B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter
heating element
exhaust gas
grooved depression
soot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01115227A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1167708A3 (de
EP1167708A2 (de
Inventor
Gerhard Dr. Elfinger
Karl Donnert
Stefan Schmidt
Jürgen Klement
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Zeuna Starker GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zeuna Starker GmbH and Co KG filed Critical Zeuna Starker GmbH and Co KG
Publication of EP1167708A2 publication Critical patent/EP1167708A2/de
Publication of EP1167708A3 publication Critical patent/EP1167708A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1167708B1 publication Critical patent/EP1167708B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means

Definitions

  • the present invention relates to a device for Aftertreatment of diesel exhaust gases according to the generic term of Claim 1.
  • the particle filters are made of porous material, preferably made of ceramic. Taking exhaust back pressure into account, The ceramic has soot storage and filter action Honeycomb filter the most favorable behavior. Since the Flow resistance of the particle filter with increasing soot load increases, is a regular particle oxidation (Filter regeneration) necessary. If this is sufficient Residual oxygen content in the exhaust gas temperatures above 470 up to 600 ° C (soot ignition temperature) required.
  • the exhaust gas temperature can be increased by secondary energy supply until the filter regeneration begins.
  • the required power requirement is between 9 kW / dm 3 displacement (WR Wade including Diesel Particulate Trap Regeneration Techniques SAE 810 118) and 14 kW / dm 3 displacement (WR Wade including Thermal and Catalytic Regeneration of Diesel Particulate Traps SAE 830 083).
  • Heating outputs above 1 kW are only included in vehicles Depicting burners. Burners need for a safe Operation of complex control and monitoring systems. Of the caused by a burner system with bypass control The additional fuel consumption is in the regeneration cycle V. D. Rao about 2%.
  • US 4872889 discloses a device of the generic type Kind, with here heating wires across to the current entry side Surface of the filter body Grooves run and loop-shaped in the filter channels protrude.
  • a cover plate covers the relevant end face of the filter body.
  • EP 233860 A2 proposes the arrangement to act in a punctiform manner Cartridges in the filter body.
  • the invention has for its object a device of the type specified at the outset, on the one hand with low electrical energy of the vehicle electrical system Motor vehicle manages and on the other hand a safe filter regeneration enabled even with a low soot load.
  • a device for the aftertreatment of diesel exhaust gases with the characteristics of claim 1.
  • the device for aftertreatment of diesel exhaust gases thus comprises a housing with an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet, a, preferably ceramic, Filter body and at least one exhaust gas inlet side heating element arranged on the filter body.
  • the feature of the device according to the invention is that Embedding the at least one electrical heating element in at least one groove-like depression, the inflow side arranged in the filter body and against the flow direction is open. That at least one electrical In this way, the heating element is at least essential Part of its extension (see below) the unpurified Exhaust gas flow exposed.
  • the contained in the exhaust gas stream Soot particles can directly form a coat on the surface of the at least one heating element attach.
  • the soot sheathing that forms during filter operation the heating elements effect their insulation from each other the incoming engine exhaust gas with the result that for heating the heating elements to the ignition temperature of the Soot to initiate regeneration a comparatively low electrical energy is sufficient.
  • By embedding the heating elements in groove-like depressions of the filter body this results in a certain concentration of the soot particles on the heating elements and in their immediate Proximity in the groove-like depressions.
  • the embedding the heating elements in groove-like depressions of the filter body also ensures a favorable transition when igniting the soot particles deposited on the heating elements heat generated in the groove-like depressions adjacent areas of the filter body from where the complete regeneration of the filter body by progressive Burning of the soot particles originates.
  • the possibility provided by the present invention the filter body of a soot filter already at one comparatively low load with low energy consumption regenerating reliably works in one high degree positive on the life of the soot filter.
  • the groove-like recesses are made of filter bodies consist of a plurality of cuboidal sub-elements, preferably guided so that the majority of the sub-elements to the wells border or are directly traversed by them. This is particularly beneficial in terms of service life of the filter body because it further reduces the risk of stress cracks.
  • the arrangement of the heating element in the groove-shaped recess is preferably such that the lowest possible Contact area between the surface of the heating element and the wall surfaces of the groove-like depression. This prevents local thermal stresses in the filter body during regeneration through the hot heating elements.
  • Recess preferably larger than the dimensions of the Heating element in the appropriate dimension.
  • hereby is the at least one heating element surrounded by a free space, the the accumulation of soot particles on a possible large surface area of the heating element favored.
  • the groove-like depressions executed that the openings of the adjacent filter channels are closed.
  • this can at least a heating element in particular as an elongated heater in Be shaped like a heating wire.
  • a heating wire will preferably fastened in the grooves by means of clips. The arrangement also applies if the filter body is a monolith is trained.
  • soot-laden exhaust gas flows to the filter body.
  • the groove-like Deepening in the upstream face of the filter body forms a partial stowage area.
  • the exhaust gas, that flows into the groove-like depression can be the porous here Filter body only difficult or if in this area the filter channels are closed on the inflow side, at all not happen.
  • the exhaust gas is forced into the neighboring one Dodge filter channels. Through this partial Flow deflection affects the particles' inertia in such a way that a part of the particles tries to to maintain the original direction of movement.
  • the soot is stored according to the invention in the groove-like depressions and forms an insulating around the heating element Protective jacket.
  • the insulating effect of the protective jacket Soot is on both the incoming exhaust gas and the ceramic filter body directed, its temperatures below the soot ignition temperature. simultaneously takes place in the vicinity of the heating element locally Increased soot accumulation compared to the rest of the filter surface. Since the portion of the filter surface affected by this is small, there is no noticeable additional back pressure build-up. The remaining soot accumulates in a known manner on the filter surface, in the filter channels and on the upstream surface, from.
  • the soot ignition temperature even with low energy input.
  • the soot burns over from the heating elements the entire filter body.
  • the advantages of the solution according to the invention are as follows:
  • the soot burns when using a heating wire or multiple point heaters in a wide front. bumps of the filter body caused by the manufacturing process and hinder the spread of flame balanced by the groove guide. Likewise, the through the joints of the cuboid partial elements caused Bridged disabilities. There is a stable, reliable and almost complete soot combustion in the Filter.
  • the initiation of regeneration even at a low level Soot loading ensures the durability of the filter body.
  • the build-up of counterpressure can be lower than with conventional regeneration processes are kept.
  • On low back pressure saves fuel.
  • the electrical energy requirement is due to the insulating effect of the soot minimized.
  • the vehicle electrical system is less burdened.
  • the device for aftertreatment illustrated in FIG. 1 of diesel exhaust consists of a housing 1 with a Exhaust gas inlet 2 and an exhaust gas outlet 3, one ceramic filter body 4 and an exhaust gas inlet side arranged heating element 5.
  • the filter body 4 is made of several cuboidal sub-elements 6 put together.
  • the joints 15 can by High temperature adhesive are produced.
  • On the outside The surface is the contour 7 of the filter body 4 on the housing 1 adapted, as shown schematically in Fig. 2 and Fig. 4 is clear.
  • groove-like depressions 9 are incorporated, which are performed so that the majority of the sub-elements 6 adjoin the recess 9 or directly from you are crossed.
  • the heating element 5 is designed as a heating wire 16.
  • the heating wire 16 can consist of several Single wires, strands, be joined together. Width 10 and depth 11 of the groove-like recess 9 are greater than the diameter 12 of the heating wire 16, as shown in FIG. 3 is shown.
  • the arrangement of the heating wire 16 in the groove-shaped recess 9 takes place in such a way that the smallest possible contact area between the surface of the heating wire 16 and the Surface 17 of the groove-like recess 9 is formed.
  • the Heating wire 16 is fastened in the grooves by means of clips 14.
  • the bracket 14 made of ceramic material.
  • the heating element 5 is designed as a point heater 20.
  • the groove-like recess 9 are several over a common one Supply line fed point heater 20 arranged.
  • the fastening element forms 21 with the point heater 20 a unit.
  • the Fastening element 21 is preferably made of ceramic Material.
  • Fig. 5 shows a unit consisting of point heater 20 with fastener 21 in the groove-like recess 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In den letzten Jahren wurde eine große Anzahl von Nachbehandlungssystemen zur Partikelverminderung auf ihr Einsatzpotential im Zusammen mit Fahrzeugdieselmotoren untersucht. Diese Nachbehandlungssysteme werden von G. Hüthwohl und G. Kroon: Dieselpartikelfilter, FVV Heft 396 - 1987 je nach Arbeitsweise in Verfahren mit
  • kontinuierlicher Oxidation der freischwebenden Partikel im Abgas
  • Abgaskatalysatoren
  • Trägheitskraftabscheidern
  • Naßabscheideverfahren
  • elektrostatischen Abscheidern
  • Partikelsammlung und diskontinuierlicher Filterregeneration
eingeordnet.
Für PKW-Dieselmotoren haben die Filterverfahren mit diskontinuierlicher Regeneration die größte Aufmerksamkeit erfahren. Die Partikelfilter bestehen aus porösem Material, vorzugsweise aus Keramik. Unter Berücksichtigung von Abgasgegendruck, Rußspeicherung und Filterwirkung weist der keramische Wabenfilter das günstigste Verhalten auf. Da der Strömungswiderstand der Partikelfilter mit steigender Rußbeladung ansteigt, ist eine regelmäßige Partikeloxidation (Filterregeneration) notwendig. Hierzu sind bei ausreichendem Restsauerstoffgehalt im Abgas Temperaturen oberhalb 470 bis 600 °C (Rußzündtemperatur) erforderlich.
Ohne zusätzliche Maßnahmen werden entsprechende Abgastemperaturen nur in der Nähe der Vollast erreicht, wobei hier allerdings häufig der Restsauerstoffgehalt für eine kontrollierte Verbrennung des angesammelten Rußes nicht ausreicht.
Es sind daher Zusatzmaßnahmen zu treffen, um die Filterregeneration zu gewährleisten. Folgende Maßnahmen können nach G. Hüthwohl und G. Kroon allein oder in Kombination genutzt werden:
  • Erhöhung der Abgastemperatur durch motorische Maßnahmen,
  • Erhöhung der Abgastemperatur durch Sekundärenergie,
  • direktes Entflammen der Rußschicht durch Sekundärenergie,
  • Senkung der Rußzündtemperatur durch Katalysatoren oder chemische Zündhilfen.
Durch Sekundärenergiezufuhr kann man die Abgastemperatur soweit erhöhen, daß die Filterregeneration beginnt. Doch der erforderliche Leistungsbedarf liegt zwischen 9 kW/dm3 Hubraum (W. R. Wade u.a. Diesel Particulate Trap Regeneration Techniques SAE 810 118) und 14 kW/dm3 Hubraum (W. R. Wade u.a. Thermal and Catalytic Regeneration of Diesel Particulate Traps SAE 830 083).
Mit Verminderung des Abgasmassenstroms läßt sich der erforderliche Sekundärenergiebedarf auf ca. 1,7 kW/dm3 Hubraum (E. Pauli u.a. The Calculation of Regeneration Limits of Diesel Particulate Traps for Different Regeneration Methods SAE 840 075) bzw. 1,3 kW/dm3 Hubraum (V. D. Rao u.a. Advanced Techniques for Thermal and Catalytic Diesel Particulate Trap Regeneration SAE 850 014) absenken.
Heizleistungen oberhalb 1 kW sind in Fahrzeugen nur mit Brennern darzustellen. Brenner benötigen für einen sicheren Betrieb aufwendige Steuerungs- und Überwachungssysteme. Der durch ein Brennersystem mit Bypasssteuerung verursachte Kraftstoffmehrverbrauch beträgt im Regenerationszyklus nach V. D. Rao etwa 2 %.
Es besteht daher das Ziel, den hohen Aufwand, der durch den Einsatz von Brennersystemen verursacht wird, zu umgehen und die erforderliche Sekundärenergie durch das Bordnetz bereitzustellen. Allerdings ist nach G. Hüthwohl und G. Kroon infolge der Auslegung des elektrischen Bordnetzes von Fahrzeugen die Filterregeneration mit elektrischen Heizsystemen problematisch, da nur kurzfristig Leistungen von maximal 1 kW realisierbar sind.
Desen ungeachtet sind verschiedene technische Lösungsvorschläge mit elektrischen Heizdrähten bekannt. So wurde bereits die Anordnung von Heizdrähten vor dem Filter (US 5101095, US 4404795, US 4744216, DE 3824578 C2, Versuchsaufbau von G. Hüthwohl und G. Kroon, DE 19530749, DE 3890556, DE 19748561), auf der Filteroberfläche (US 5144798, US 4516993 und Versuchsaufbau von G. Hüthwohl und G. Kroon), zwischen Filterplatten (US 6024927), im Filterkanal (EP 0857862) und im Filtermaterial eingebettet (EP 0275372) vorgeschlagen. Eine weitere einschlägige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US 4456457 bekannt. Und die US 4872889 offenbart eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art, wobei hier Heizdrähte quer zu den in die stromeintrittsseitige Oberfläche des Filterkörpers eingebrachten Nuten verlaufen und schlaufenförmig in die Filterkanäle hineinragen. Eine Abdeckplatte deckt die betreffende Stirnseite des Filterkörpers ab.
Die EP 233860 A2 schlägt die Anordnung punktförmig wirkender Heizpatronen in dem Filterkörper vor.
Eigene Versuche haben die aus der Literatur bekannte Tatsache bestätigt: je höher die Filterbeladung mit Ruß, um so sicherer die Filterregeneration. Doch dem steht gegenüber, daß mit steigender Rußbeladung einerseits der Gegendruck der Abgasanlage ansteigt; das führt zwangsläufig zu einem Kraftstoffmehrverbrauch des Fahrzeugs. Andererseits wird die Höhe der Filterbeladung durch die Festigkeit des Keramikwerkstoffs begrenzt. Hohe Filterbeladungen führen zu einer Filterregeneration mit hoher Reaktionstemperatur. Die Keramikkörper sind häufig aus quaderförmigen Teilelementen zusammengefügt. Verschiedene Filterhersteller geben eine Beladungsgrenze von 10 g pro dm3 Filtervolumen vor, um die Ausbildung von Filterrissen zu vermeiden. Es besteht daher ergänzend die Forderung, die Regeneration auch bei einer vergleichsweise geringen Beladung sicherzustellen, um die Reaktionstemperatur zu kontrollieren und in Grenzen zu halten.
Nach eigenen Versuchen führen die bekannten Lösungsvorschläge nicht zum gewünschten Erfolg, mit einem minimalem Energieaufwand des elektrischen Bordnetzes bei gleichzeitig geringer Beladung des Filters mit Ruß eine sichere Regeneration einzuleiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, die einerseits mit geringer elektrischer Energie des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges auskommt und andererseits eine sichere Filterregeneration schon bei geringer Rußbeladung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen umfaßt somit ein Gehäuse mit einem Abgaseintritt und einem Abgasaustritt, einen, bevorzugt keramischen, Filterkörper und mindestens ein abgaseintrittsseitig am Filterkörper angeordnetes Heizelement. Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei die Einbettung des mindestens einen elektrischen Heizelements in mindestens eine nutenartige Vertiefung, die zuströmseitig in dem Filterkörper angeordnet und entgegen der Anströmrichtung offen ist. Das mindestens eine elektrische Heizelement ist auf diese Weise zumindest auf einem wesentlichen Teil seiner Erstreckung (s.u.) dem ungereinigten Abgasstrom ausgesetzt. Die in dem Abgasstrom enthaltenen Rußpartikel können sich unter Ausbildung eines Mantels direkt auf der Oberfläche des mindestens einen Heizelements anlagern. Die sich im Filterbetrieb bildende Ruß-Ummantelung der Heizelemente bewirkt deren Isolierung gegenüber dem anströmenden Motorabgas mit dem Ergebnis, daß zum Aufheizen der Heizelemente auf die Zündtemperatur des Rußes zur Einleitung der Regeneration eine vergleichsweise geringe elektrische Energie ausreicht. Durch die Einbettung der Heizelemente in nutartige Vertiefungen des Filterkörpers ergibt sich dabei eine gewisse Konzentration der Rußpartikel auf den Heizelementen und in deren unmittelbarer Nähe in den nutartigen Vertiefungen. Bereits bei vergleichsweise geringer Beladung des Rußfilters ist hierdurch ein sicheres Entzünden der auf dem Heizelement angelagerten Rußpartikel mit einer Wärmeentwicklung, die zur Initiierung der Regeneration ausreicht, gewährleistet. Die Einbettung der Heizelemente in nutartige Vertiefungen des Filterkörpers sorgt zudem für einen günstigen Übergang der beim Entzünden der auf den Heizelementen angelagerten Rußpartikel entstehenden Wärme in die an die nutartigen Vertiefungen angrenzenden Bereiche des Filterkörpers hinein, von wo aus die vollständige Regeneration des Filterkörpers durch fortschreitenden Abbrand der Rußpartikel ihren Ursprung nimmt. Die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte Möglichkeit, den Filterkörper eines Rußfilters schon bei einer vergleichsweise geringen Beladung mit einem niedrigen Energieeinsatz zuverlässig zu regenerieren, wirkt sich in einem hohen Maße positiv auf die Lebensdauer des Rußfilters aus.
Die nutartigen Vertiefungen sind bei Filterkörpern, die aus mehreren quaderförmigen Teilelementen bestehen, bevorzugt so geführt, daß die Mehrzahl der Teilelemente an die Vertiefungen angrenzen oder direkt von ihnen durchzogen sind. Dies ist besonders günstig im Hinblick auf die Lebensdauer des Filterkörpers, weil es zur weiteren Reduktion der Gefahr von Spannungsrissen beiträgt.
Die Anordnung des Heizelementes in der nutförmigen Vertiefung erfolgt bevorzugt derart, daß eine möglichst geringe Kontaktfläche zwischen der Oberfläche des Heizelementes und den Wandflächen der nutartigen Vertiefung entsteht. Dies beugt örtlichen Wärmespannungen in dem Filterkörper im Regenerationsbetrieb durch die heißen Heizelemente vor. In diesem Sinne sind die Breite und/oder die Tiefe der nutartigen Vertiefung bevorzugt größer als die Abmessungen des Heizelementes in der entsprechenden Dimension. Hierdurch ist das mindestens eine Heizelement von einem Freiraum umgeben, der die Anlagerung von Rußpartikeln auf einem möglichst großen Oberflächenbereich des Heizelements begünstigt. Die weiter oben erläuterte, sich im Filterbetrieb bildende Ruß-Ummantelung der Heizelemente stellt dabei eine Isolierung der Heizelemente auch gegenüber dem Filterkörper dar, was sich wiederum auf den Energiebedarf günstig auswirkt.
Weiterhin sind, gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die nutartigen Vertiefungen so ausgeführt, daß die Öffnungen der angrenzenden Filterkanäle geschlossen sind. Indem die an die nutartigen Vertiefungen angrenzenden Strömungskanäle des Filterkörpers nicht zur Anströmung hin offen sind, wird eine Anlagerung von Rußpartikeln an das mindestens eine Heizelement im Filterbetrieb weiter begünstigt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das mindestens eine Heizelement insbesondere als langgestreckter Heizer in Form eines Heizdrahtes ausgebildet sein. Ein Heizdraht wird dabei vorzugsweise mittels Klammern in den Nuten befestigt. Die Anordnung gilt auch, wenn der Filterkörper als Monolith ausgebildet ist.
Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende:
Durch den Abgaseintritt der erfindungsgemäßen Vorrichtung strömt rußbeladenes Abgas dem Filterkörper zu. Die nutartige Vertiefung in der anströmseitigen Stirnfläche des Filterkörpers bildet einen partiellen Staubereich. Das Abgas, das der nutartigen Vertiefung zuströmt, kann hier den porösen Filterkörper nur erschwert oder, wenn in diesem Bereich die Filterkanäle zuströmseitig verschlossen sind, überhaupt nicht passieren. Das Abgas wird gezwungen, in die benachbarten Filterkanäle auszuweichen. Durch diese partielle Strömungsumlenkung wirkt auf die Partikel die Trägheitskraft derart, daß einen Teil der Partikel versucht, die ursprüngliche Bewegungsrichtung beizubehalten. Der Ruß lagert sich erfindungsgemäß in den nutartigen Vertiefungen ab und bildet um das Heizelement herum einen isolierenden Schutzmantel. Die isolierende Wirkung des Schutzmantels aus Ruß ist sowohl auf das zuströmende Abgas als auch auf den keramischen Filterkörper gerichtet, deren Temperaturen unterhalb der Rußentzündungstemperatur liegen. Gleichzeitig erfolgt in der Umgebung des Heizelementes eine örtlich im Vergleich zur übrigen Filteroberfläche erhöhte Rußansammlung. Da der dadurch beeinflußte Anteil an der Filterfläche klein ist, kommt es zu keinem spürbaren zusätzlichen Gegendruckaufbau. Der übrige Ruß lagert sich in bekannter Weise auf der Filteroberfläche, in den Filterkanälen und auf der anströmseitigen Oberfläche, ab.
Wird der Regenerationsvorgang prozeßbedingt eingeleitet, übersteigt die Temperatur des Heizelementes erfindungsgemäß schon bei geringer Energiezufuhr die Rußentzündungstemperatur. Der Ruß verbrennt von den Heizelementen ausgehend über den gesamten Filterkörper.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen in folgendem: Der Ruß brennt beim Einsatz eines Heizdrahtes oder mehrerer Punktheizer in einer breiten Front. Unebenheiten des Filterkörpers, die durch den Fertigungsvorgang verursacht werden und die Flammenausbreitung behindern, werden durch die Nutführung ausgeglichen. Ebenso werden die durch die Fügestellen der quaderförmigen Teilelemente verursachten Behinderungen überbrückt. Es kommt zu einem stabilen, betriebssicheren und nahezu vollständigen Rußabbrand im Filter.
Die Einleitung der Regeneration schon bei einer geringen Rußbeladung sichert die Haltbarkeit des Filterkörpers. Gleichzeitig kann der Gegendruckaufbau geringer als bei herkömmlichen Regenerationsverfahren gehalten werden. Ein niedriger Gegendruck bewirkt eine Kraftstoffeinsparung. Durch die Isolationswirkung des Rußes wird der Elektroenergiebedarf minimiert. Das Bordnetz des Kraftfahrzeuges wird weniger belastet.
Anhand von Zeichnungen von zwei Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erklärt werden. Dabei zeigt
Fig. 1
eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen im Längsschnitt,
Fig. 2
eine Draufsicht auf die eintrittsseitige Stirnfläche des keramischen Filterkörpers der Vorrichtung nach Fig. 1 mit Heizdraht,
Fig. 3
einen Querschnitt durch eine Nut mit Heizdraht und Halteklammer,
Fig. 4
in Draufsicht die eintrittsseitige Stirnfläche des keramischen Filterkörpers eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Punktheizer und
Fig. 5
einen Querschnitt durch eine Nut mit Punktheizer.
Die in Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem Abgaseintritt 2 und einem Abgasaustritt 3, einem keramischen Filterkörper 4 und einem abgaseintrittsseitig angeordneten Heizelement 5.
Der Filterkörper 4 ist aus mehreren quaderförmigen Teilelementen 6 zusammengefügt. Die Fügestellen 15 können mittels Hochtemperaturklebstoffs hergestellt werden. An der äußeren Oberfläche ist die Kontur 7 des Filterkörpers 4 an das Gehäuse 1 angepaßt, wie dies in Fig. 2 und Fig. 4 schmematisch anschaulicht ist. In die eintrittsseitige Oberfläche 8 des Filterkörpers 4 sind nutartige Vertiefungen 9 eingearbeitet, die so geführt werden, daß die Mehrzahl der Teilelemente 6 an die Vertiefung 9 angrenzen oder direkt von ihr durchzogen sind.
Fig. 2 und 3 beschreiben ein erstes Ausführungsbeispiel. Das Heizelement 5 ist als Heizdraht 16 ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausführung kann der Heizdraht 16 aus mehreren Einzeldrähten, Litzen, zusammengefügt sein. Breite 10 und Tiefe 11 der nutartigen Vertiefung 9 sind größer als der Durchmesser 12 des Heizdrahtes 16, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Die Anordnung des Heizdrahtes 16 in der nutförmigen Vertiefung 9 erfolgt derart, daß eine möglichst geringe Kontaktfläche zwischen der Oberfläche des Heizdrahtes 16 und der Oberfläche 17 der nutartigen Vertiefung 9 entsteht. Der Heizdraht 16 wird mittels Klammern 14 in den Nuten befestigt. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Klammer 14 aus keramischem Material.
Fig. 4 und 5 beschreiben ein zweites Ausführungsbeispiel. Das Heizelement 5 ist als Punktheizer 20 ausgebildet. In der nutartigen Vertiefung 9 sind mehrere über eine gemeinsame Versorgungsleitung gespeiste Punktheizer 20 angeordnet. In einer vorteilhaften Ausführung bildet das Befestigungselement 21 mit dem Punktheizer 20 eine Baueinheit. Das Befestigungselement 21 ist vorzugsweise aus keramischem Material.
Fig. 5 zeigt eine Baueinheit aus Punktheizer 20 mit Befestigungselement 21 in der nutartigen Vertiefung 9.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen, insbesondere zur Entfernung von Rußpartikeln, mit kontinuierlicher Filtration und diskontinuierlicher Regeneration, mit einem abgasdurchströmten Gehäuse (1) und einem im Abgasstrom angeordneten Filterkörper (4), dem anströmseitig mindestens ein elektrisches Heizelement (5) in Form eines langgestreckten Heizers zugeordnet ist und dessen stromeintrittsseitige Oberfläche (8) mindestens eine nutartige Vertiefung (9) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß die nutartige Vertiefung (9) entgegen der Anströmrichtung offen ist und daß das mindestens eine Heizelement (5) dergestalt in die nutartige Vertiefung (9) eingebettet ist, daß es sie in ihrer Länge ausfüllt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß Nutbreite (10) und/oder Nuttiefe (11) größer als die Breite (17) und/oder die Tiefe (12) des mindestens einen Heizelementes (5) sind.
  3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (4) als keramischer Monolith ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Heizelement (5) mit Befestigungselementen (14, 21) in der nutförmigen Vertiefung (9) arretiert ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (14) als Halteklammern ausgebildet sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente (21, 14) aus keramischem Material bestehen.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Heizelement (5) als Heizdraht (16) ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Heizer mit Befestigungselementen (14, 21) in der nutförmigen Vertiefung (9) arretiert ist, wobei mindestens 90% der Oberfläche des mindestens einen Heizers freiliegen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Heizer als ein aus mehreren Litzen bestehender Heizdraht (16) ausgeführt ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (4) aus einer Mehrzahl quaderförmiger Teilelemente (6) besteht, wobei die mindestens eine nutförmige Vertiefung (9) in der stromeintrittsseitigen Oberfläche (8) des Filterkörpers (4) so angeordnet ist, daß die Mehrzahl der quaderförmigen Teilelemente (6) an die nutförmige Vertiefung (9) angrenzen und/oder direkt mit ihr versehen sind.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die an die mindestens eine nutartige Vertiefung angrenzenden Filterkanäle des Filterkörpers (4) zuströmseitig verschlossen sind.
EP01115227A 2000-06-26 2001-06-22 Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen Expired - Lifetime EP1167708B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10029978 2000-06-26
DE10029978A DE10029978A1 (de) 2000-06-26 2000-06-26 Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP1167708A2 EP1167708A2 (de) 2002-01-02
EP1167708A3 EP1167708A3 (de) 2003-08-13
EP1167708B1 true EP1167708B1 (de) 2004-11-10

Family

ID=7646156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01115227A Expired - Lifetime EP1167708B1 (de) 2000-06-26 2001-06-22 Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP1167708B1 (de)
DE (2) DE10029978A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8763378B2 (en) 2007-06-15 2014-07-01 GM Global Technology Operations LLC Electrically heated particulate filter embedded heater design
DE102008039589B4 (de) * 2007-10-22 2013-05-29 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Auslegung eines elektrisch beheizten Katalysators mit eingebetteter Heizvorrichtung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS578311A (en) * 1980-06-19 1982-01-16 Toyota Motor Corp Method and device for decreasing discharged quantity of diesel particulates
US4456457A (en) * 1981-04-28 1984-06-26 Nippon Soken, Inc. Exhaust gas cleaning device for diesel engine
JPS58210310A (ja) * 1982-06-01 1983-12-07 Nippon Denso Co Ltd 内燃機関のカ−ボン微粒子浄化装置
EP0233860B1 (de) * 1986-02-19 1991-05-15 BÖHLER Gesellschaft m.b.H. Abgasreinigungseinrichtung
US4744216A (en) * 1986-10-20 1988-05-17 Ford Motor Company Electrical ignition device for regeneration of a particulate trap
DE8700787U1 (de) * 1987-01-17 1987-10-22 Gürtler, Johann, 6074 Rödermark Rußfilter für Dieselmotoren
DE3712333A1 (de) * 1987-04-11 1988-10-20 Fev Motorentech Gmbh & Co Kg Regenerierbare filteranordnung zum entfernen von russpartikeln aus abgasen
DE3890556C2 (de) 1987-07-02 1993-01-07 Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, Jp
KR930000473B1 (ko) 1987-07-20 1993-01-21 미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤 디이젤엔진의 배기정화장치
US5101095A (en) * 1989-03-30 1992-03-31 Donaldson Company, Inc. Diesel engine gas filter with electrical heater
JPH04179818A (ja) * 1990-11-14 1992-06-26 Nippon Soken Inc 排気ガス微粒子浄化装置
JPH06257422A (ja) * 1993-01-06 1994-09-13 Sumitomo Electric Ind Ltd ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ
JPH08229330A (ja) * 1995-02-28 1996-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ
DE19530749A1 (de) * 1995-08-22 1997-03-06 Hjs Fahrzeugtechnik Gmbh & Co Vorrichtung zum Entfernen von Rußpartikeln aus Abgasen
DE19748561A1 (de) * 1997-11-04 1999-05-06 Htw Dresden Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration von Partikelfiltern in Dieselmotor-Abgasanlagen

Also Published As

Publication number Publication date
DE50104456D1 (de) 2004-12-16
EP1167708A3 (de) 2003-08-13
DE10029978A1 (de) 2002-01-10
EP1167708A2 (de) 2002-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69402437T2 (de) Partikelabscheider
DE69116644T2 (de) Regenerierbare Partikelfilteranlage zur Emissionskontrolle
DE69610022T2 (de) Partikelfalle für einen Dieselmotor
DE4342652B4 (de) Honigwabenförmige Heizeinrichtung
WO2001020142A1 (de) Vorrichtung mit heizelement zur abgasreinigung
EP3652420B1 (de) System und verfahren zur abgasnachbehandlung eines verbrennungsmotors
EP0892887A1 (de) Hitzebeständiger und regenerierbarer filterkörper mit strömungswegen
EP1440226A1 (de) Offener partikelfilter mit heizelement
EP1328711B1 (de) Beheizbarer wabenkörper mit zwei verschiedenen beschichtungen
DE20016803U1 (de) Filtereinrichtung
EP0585432B1 (de) Filteranordnung zum entfernen von russpartikeln aus abgasen einer verbrennungskraftmaschine
EP3134622B1 (de) Baukastensystem für die baugruppe, und verfahren zur herstellung der baugruppe
EP1379322A1 (de) Abgassystem
DE102019101679A1 (de) Abgasheizelement
DE2501241A1 (de) Fluidbehandlungsstruktur
DE69920995T2 (de) Heizvorrichtung für einen Abgasreinigungskatalysator
EP0329818A2 (de) Elektrostatischer Dieselpartikelfilter
EP1167708B1 (de) Vorrichtung zur Nachbehandlung von Dieselabgasen
EP0677141B1 (de) Katalysator
DE102009014371A1 (de) Beheizbarer Vorfilter für Abgasreinigungsanlagen bei Dieselmotoren
DE60207174T2 (de) Kegelförmige Enden für Vorrichtungen zur Abgasemissionssteuerung und Verfahren zur Herstellung
DE4303586A1 (en) Exhaust emission controller for IC engine - has tubular filter elements with regenerative heaters embedded in thickened walls and mounted in tubular housing
DE60210557T2 (de) Vorrichtung zur Abgasbehandlung einer Brennkraftmaschine
DE60206796T2 (de) Filtervorrichtung für dieselmotoren-abgase mit einem integrierten katalytischen trägermaterial
EP2151551B1 (de) Abgasnachbehandlungselement zur Entfernung von Schadstoffen und/oder Partikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmfaschine

Legal Events

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

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

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

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

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

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK RO SI

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: 7B 01D 46/42 B

Ipc: 7F 01N 3/023 B

Ipc: 7F 01N 3/28 B

Ipc: 7F 01N 3/027 A

17P Request for examination filed

Effective date: 20031022

17Q First examination report despatched

Effective date: 20031208

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

AKX Designation fees paid

Designated state(s): DE FR

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: GERMAN

REF Corresponds to:

Ref document number: 50104456

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20041216

Kind code of ref document: P

RAP2 Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred)

Owner name: ARVINMERITOR EMISSIONS TECHNOLOGIES GMBH

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

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

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

ET Fr: translation filed
26N No opposition filed

Effective date: 20050811

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

Ref country code: DE

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

Effective date: 20060103

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

Ref country code: FR

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

Effective date: 20060228

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20060228