DE10204706A1

DE10204706A1 - Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE10204706A1
Application number: DE10204706A
Authority: DE
Inventors: Andreas Hertzberg; Bernd Krutzsch; Markus Paule; Guenter Wenninger
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2003-08-14
Also published as: FR2835564A1; GB2385012A; GB2385012B; GB0301846D0

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage, insbesondere eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen: DOLLAR A - schadstoff- und/oder partikelbeladenes Abgas wird einer katalytisch und/oder filtertechnisch wirksamen Abgasreinigungseinrichtung zugeführt, DOLLAR A - Schadstoffe und/oder Partikel werden in der Abgasreinigungseinrichtung chemisch umgesetzt und/oder gespeichert, wobei Asche entsteht und/oder an der Abgasreinigungseinrichtung angelagert wird, DOLLAR A - dem Abgas wird kontinuierlich oder diskontinuierlich ein Zusatzstoff hinzugefügt, welcher an der Abgasreinigungseinrichtung angelagert wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird als Zusatzstoff eine in einer Spülflüssigkeit lösliche chemische Verbindung verwendet und die Abgasreinigungseinrichtung nach einer bestimmten Betriebszeit mit der Spülflüssigkeit in einem Spülgang gereinigt. DOLLAR A Anwendung in Kraftfahrzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage, insbesondere eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Zur Entfernung fester Bestandteile aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen wird in den entsprechenden Abgasreinigungsanlagen insbesondere bei Dieselmotoren häufig ein Partikelfilter eingesetzt. Mit Hilfe dieses Partikelfilters werden die hauptsächlich aus Ruß bestehenden Partikel aus dem Abgas der Brennkraftmaschine zum größten Teil herausgefiltert. Die Rußpartikel sammeln sich dabei auf dem Partikelfilter an, weshalb dessen Strömungswiderstand im Lauf der Zeit ansteigt, und der ordnungsgemäße Motorbetrieb gestört wird. Zwangsläufig werden bei Betrieb der Brennkraftmaschine zusammen mit dem Kraftstoff auch ständig kleine Mengen des Schmieröls mitverbrannt. Dabei gelangen die üblicherweise dem Schmieröl beigefügten Öladditive in Form nichtbrennbarer partikelförmiger Verbindungen in das Abgas und reichern sich als sogenannte Asche auf dem Partikelfilter an, was ebenfalls zum Anstieg des Strömungswiderstandes des Partikelfilters beiträgt.
In der Europäischen Patentschrift EP 0 341 832 B1 ist ein Verfahren vorgeschlagen, mit welchem der durch die Ansammlung von Rußpartikeln entstandene Anstieg des Partikelfilterströmungswiderstandes vermieden bzw. wieder rückgängig gemacht werden kann. Bei diesem kontinuierlich arbeitenden Verfahren werden die auf dem Partikelfilter abgelagerten Rußpartikel mit Hilfe des im Abgas vorhandenen Stickstoffdioxides oxidiert bzw. verbrannt. Neben diesem kontinuierlichen Verfahren sind Rußabbrandverfahren zur diskontinuierlichen Regeneration zugesetzter Partikelfilter bekannt. Bei diesen Verfahren wird von Zeit zu Zeit durch besondere Maßnahmen die Abgastemperatur unter Beibehaltung einer oxidierenden Zusammensetzung auf Temperaturen von über 550°C aufgeheizt, was zum Abbrennen der Rußpartikel führt. Da bei einem normalen Betrieb von Dieselmotoren Abgastemperaturen von über 500°C selten erreicht werden, ist es ferner z. B. aus der Patentschrift DE 40 41 127 C2 bekannt, dem Kraftstoff ein Additiv zuzusetzen, welches ein Absenken der Rußabbrandtemperatur bewirkt. Nach Teilnahme an dem Verbrennungsprozess im Brennraum der Brennkraftmaschine finden sich die wirksamen Bestandteile des Kraftstoffadditives im Abgas ebenfalls in Partikelform wieder und lagern sich auf dem Partikelfilter ab. Die Additivablagerungen besitzen katalytische Eigenschaften und bewirken dadurch eine Absenkung der Rußabbrandtemperatur. Mittels der genannten Regenerations- bzw. Rußabbrandprozesse ist es also möglich, den auf Grund des angesammelten Rußes angestiegenen Strömungswiderstand des Partikelfilters vorrübergehend wieder zu vermindern.
Dennoch steigt im Laufe der Betriebszeit des Partikelfilters dessen Strömungswiderstand zwangsläufig auf unerwünscht hohe Werte an, da sich die ebenfalls auf dem Partikelfilter angesammelten Aschepartikel durch diese Rußabbrandprozesse nicht entfernen lassen. Es ist daher meist vorgesehen, den Partikelfilter nach einer gewissen Laufzeit des Kraftfahrzeuges aus der Abgasreinigungsanlage auszubauen und zu ersetzen. Zur Vermeidung dieser aufwändigen Maßnahme wird in der Patentschrift DE 43 13 132 C2 ein Betriebsverfahren für ein Partikelfilter vorgeschlagen, bei welchem dieses in einem Spülvorgang durch Spülung mit einer Flüssigkeit von Asche befreit wird. Da die Asche jedoch meist eine fest haftende Ablagerung auf dem Partikelfilter bildet, ist dieser Spülvorgang vielfach schwierig durchzuführen und bleibt deshalb häufig unvollständig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage, insbesondere eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges zur Verfügung zu stellen, mit dem Aschepartikel wirksam entfernt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass dem Abgas ein Zusatzstoff zugeführt wird, welcher in Form einer in einer Spülflüssigkeit löslichen chemische Verbindung an der Abgasreinigungsreinigungseinrichtung angelagert wird, und dass die Abgasreinigungseinrichtung nach einer bestimmten Betriebszeit mit der Spülflüssigkeit in einem Spülvorgang gereinigt wird. Da der auf der Abgasreinigungseinrichtung angelagerte Zusatzstoff in der Spülflüssigkeit löslich ist, ergibt sich eine erheblich verbesserte Wirksamkeit des Spülvorganges. Die angestrebte Reinigung der Abgasreinigungseinrichtung durch Abspülen angelagerter Stoffe kann somit effektiver und effizienter durchgeführt werden. Als Abgasreinigungseinrichtung kommt hierbei jede zur Abgasreinigung in der gesamten Abgasreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugs einsetzbare Komponente in Betracht, deren Abgasreinigungswirkung durch Abspülen angelagerter Stoffe in einem Spülvorgang mit Spülflüssigkeit wieder verbessert werden kann. In erster Linie wird das erfindungsgemäße Verfahren bei sogenannten Partikelfiltern angewendet, welche zur Entfernung von festen Bestandteilen aus dem Abgas vorzugsweise in der Abgasreinigungsanlage von Dieselmotoren verwendet werden. Der Zusatzstoff kann dem Abgasstrom in beliebiger Weise zugeführt werden, wobei jedoch sichergestellt sein muss, dass er sich zumindest teilweise an der Abgasreinigungseinrichtung ablagert, um in einem späteren Spülvorgang seine oben genannte Wirkung entfalten zu können.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird der Zusatzstoff über eine chemische Reaktion eines Additives mit wenigstens einem Bestandteil des zum Betrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoff-Luftgemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine erzeugt. Zu diesem Zweck wird das Additiv auf eine geeignete Weise kontinuierlich oder diskontinuierlich einem oder mehreren bzw. allen Brennräumen der Brennkraftmaschine zugeführt. In Folge der dort ablaufenden Verbrennungsvorgänge erfährt das Additiv eine vorzugsweise oxidative chemische Umsetzung. Der durch Teilnahme am Verbrennungsprozess gebildete eigentliche Zusatzstoff wird auf diese Weise dem Abgas zugeführt und lagert sich in Form von kleinsten Feststoffteilchen an der Abgasreinigungseinrichtung an. Das Additiv kann z. B. durch Zugabe in die Verbrennungsluft, den Kraftstoff oder das Schmieröl des Motors dem Brennraum zugeführt werden. Eine direkte Zufuhr in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ist ebenfalls möglich. Durch die Erzeugung des Zusatzstoffes im Brennraum der Brennkraftmaschine erfährt dieser eine gleichmäßige Verteilung im Abgas und es werden die Dosierprobleme einer direkten Zugabe ins Abgas vermieden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet der Zusatzstoff auf der Abgasreinigungseinrichtung zwischen der Oberfläche der Abgasreinigungseinrichtung und der darauf abgelagerten Asche und/oder innerhalb der auf der Abgasreinigungseinrichtung abgelagerten Asche eine trennende Schicht. Dadurch werden die in den Ablagerungen wirksamen Kohäsions- und Adhäsionskräfte vermindert und es wird vermieden, dass die abgelagerte Asche mit der Abgasreinigungseinrichtung oder in sich selbst einen schwer aufzubrechenden Verbund ausbildet. Dadurch wird die Entfernung der Ablagerungen in einem Spülvorgang verbessert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bildet der Zusatzstoff auf der Abgasreinigungseinrichtung mit der darauf abgelagerten Asche ein gemeinsames Gemenge. Auch durch diese Maßnahme kann ein in sich stabiler und schwer aufzubrechender Verbund der Ascheablagerung vermieden werden und die Reinigungswirkung eines Spülvorganges verbessert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zuführung des Zusatzstoffes in das Abgas der Brennkraftmaschine für eine vorgegebene Zeitdauer und wird in vergleichsweise großen Betriebszeitabständen der Brennkraftmaschine vorgenommen. Durch die Zufuhr des Zusatzstoffes in das Abgas der Brennkraftmaschine für eine vorgegebene Zeitdauer, welche typischerweise im Bereich von 10 Minuten bis mehreren Stunden liegt, wird erreicht, dass sich in ausreichendem Maße Verbindungen des Zusatzstoffes auf der Abgasreinigungseinrichtung ablagern um dessen positive Wirkung beim Spülvorgang zu erhalten. Es hat sich ferner gezeigt, dass die Zufuhr des Zusatzstoffes nicht ständig notwendig ist, sondern in vergleichsweise großen Abständen vorgenommen werden kann. Diese Abstände liegen vorzugsweise in einem Bereich, welcher einer Laufstrecke des Fahrzeuges von mehreren hundert Kilometern bis einigen tausend Kilometern entspricht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Zeitabstände, in denen dem Abgas der Zusatzstoff hinzugefügt wird, so gewählt, dass sie einer Laufstrecke des Kraftfahrzeuges von mehr als 1000 km entsprechen. Diese relativ großen Betriebszeitabstände können ausreichen, um die positive Wirkung der Zusatzstoffablagerung an der Abgasreinigungseinrichtung zur Entfaltung kommen zu lassen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, dass sich auf der Abgasreinigungseinrichtung eine Schichtenstruktur an Ablagerungen ausbildet. Die Struktur der gesamten Ablagerung wird somit im Mikrobereich inhomogen und es ergeben sich im Mikrobereich in vermehrtem Maße Angriffspunkte an denen chemische Reaktionen und/oder physikalische Prozesse ansetzen können. Dadurch wird die Wirksamkeit des Spülvorganges ebenfalls verbessert.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Zuführung des Zusatzstoffes zu dem Abgas der Brennkraftmaschine für eine vorgegebene Dauer wenn die Abgasreinigungseinrichtung neu oder durch Spülung frisch gereinigt ist. Dadurch wird auf der Oberfläche der sauberen Abgasreinigungseinrichtung eine dünne Schicht an Zusatzstoffablagerungen erzeugt. Es kann sogar ausreichend sein, die Zuführung des Zusatzstoffes zum Abgas nur einmalig für eine vorbestimmte Zeitdauer bei einer neuen oder durch Spülung frisch gereinigten Abgasreinigungseinrichtung vorzunehmen. Während des weiteren Betriebs der Brennkraftmaschine lagern sich z. B. emittierte Rußpartikel und Aschepartikel auf dieser Schicht ab. Ein Spülvorgang zur Reinigung der Abgasreinigungseinrichtung von den gesamten Ablagerungen kann aber dennoch sehr wirkungsvoll sein, da bei dem Spülvorgang die unterste, die Haftung vermittelnde Schicht, von der Spülflüssigkeit nunmehr leicht gelöst wird. Dadurch wird der gesamten Ablagerung die Haftung auf dem Partikelfilter entzogen und die Ablagerungen können von der Spülflüssigkeit abgespült werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Spülvorgang zur Reinigung der Abgasreinigungseinrichtung dann durchgeführt, wenn deren Strömungswiderstand einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Durch dieses Vorgehen wird erreicht, dass der Verfahrensschritt der Spülung erst dann vorgenommen wird, wenn eine zu fordernde Gasdurchlässigkeit der Abgasreinigungseinrichtung nicht mehr erreicht werden kann. In diesem Fall ist davon auszugehen, dass sich in verstärktem Maße Aschepartikel angesammelt haben. Diese Aschepartikel können z. B. durch laufend vorgenommene Rußabbrandvorgänge nicht entfernt werden, weshalb der Spülvorgang notwendig wird. Dies ist typischerweise nach mehreren zehntausend Kilometern Fahrstrecke des Kraftfahrzeuges der Fall.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für den Spülvorgang eine wässrige Spülflüssigkeit verwendet. Die wässrige Spülflüssigkeit kann hierbei Zusätze enthalten, welche den Lösevorgang des auf der Abgasreinigungseinrichtung abgeschiedenen Zusatzstoffes unterstützen. Dies können anorganische oder organische Säuren sein, die eine Auflösung des überwiegend als Oxid oder Karbonat vorliegenden Zusatzstoffes bewirken. Waschaktive Substanzen, welche durch Herabsetzung der Oberflächenspannung den Reinigungsprozess beim Spülvorgang unterstützen, können ebenfalls mit Vorteil eingesetzt werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Zusatzstoff eingesetzt, der eine Verbindung eines Alkalimetalles und/oder eines Metalles der Seltenen Erden enthält. Verbindungen dieser Metalle besitzen meist ein gutes Lösungsverhalten in wässrigen Lösungsmitteln und sind deshalb gut als Zusatzstoff geeignet. Vorzugsweise wird von einem Additiv ausgegangen, welches eines oder mehrere der Alkalimetalle Lithium, Natrium oder Kalium oder das Seltenen-Erd-Metalles Cer in Form eines aliphatischen oder aromatischen Alkoholates enthält. Als vorteilhaft haben sich ferner Salze der genannten Metalle mit aliphatischen oder aromatischen Carbonsäuren erwiesen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zuführung des Zusatzstoffes zum Abgas durch Zufuhr von additiviertem Kraftstoff zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine. Das Kraftstoffadditiv nimmt somit zwangsläufig am Verbrennungsprozess im Brennraum der Brennkraftmaschine teil, weshalb mit dieser Maßnahme einerseits eine gleichmäßige und genaue Dosierung, andererseits eine homogene Verteilung des Zusatzstoffes im Abgas und somit auch eine homogene Verteilung der Zusatzstoffablagerungen auf der Abgasreinigungseinrichtung bzw. auf dem Partikelfilter erreicht wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Additivierung des Kraftstoffes dadurch, dass eine vorgegebene Menge des Additives in den Kraftstoffvorrat des Kraftfahrzeuges gegeben wird. Vorzugsweise wird das Additiv hierbei in konzentrierter, kraftstofflöslicher Form beim oder nach Abschluss des Tankvorganges zugesetzt. Dies kann durch einen automatisch gesteuerten Vorgang durch Dosierung aus einem an Bord des Kraftfahrzeuges befindlichen Additiv-Behälter geschehen oder dadurch, dass die Person, welche den Tankvorgang vornimmt, die geforderte Menge an Additiv dem Kraftstoffvorrat zusetzt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Additivierung des Kraftstoffes dadurch, dass ein vorgegebener Mengenstrom des Additives in eine zur Brennkraftmaschine führende Kraftstoffleitung dosiert wird. Dies hat den Vorteil, dass dieser Vorgang gut automatisiert werden kann. Dadurch kann die Zugabe des Kraftstoffadditives bedarfsgerecht erfolgen. In vorteilhafter Weise wird der Zeitpunkt und die Dauer der Zugabe an die Art des zurückliegenden Fahrbetriebs gekoppelt. Z. B. kann bei einem Fahrbetrieb mit hoher Partikelemission häufiger und/oder länger Additiv zugegeben werden und damit auf die größere Abscheidungsrate von Partikeln reagiert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und zugehörigen Beispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockbild einer Brennkraftmaschine mit zugehöriger Abgasreinigungsanlage mit Partikelfilter und vorgeschaltetem Oxidationskatalysator,
Fig. 2 ein Diagramm für den schematischen zeitlichen Verlauf des Strömungswiderstands des Partikelfilters während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine.
Gemäß Fig. 1 wird das von der hier beispielhaft vierzylindrig ausgeführten Brennkraftmaschine 1 abgegebene Abgas über eine Abgasleitung 3 der Abgasreinigungsanlage 2 zugeführt. Die Abgasreinigungsanlage 2 weist im dargestellten Beispiel einen Oxidationskatalysator 4 und als besondere Abgasreinigungseinrichtung einen nachgeschalteten Partikelfilter 5 auf, der in einem geeigneten Gehäuse 6 eingebaut ist.
Weitere zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1 und der gesamten Abgasreinigungsanlage eingesetzte Bauteile wie z. B. Kraftstoffzufuhrleitungen, ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung des Motorbetriebs, Temperatursonden, Drucksonden und Lambdasonden in der Abgasleitung und dergl. sind der Übersicht wegen nicht in die Zeichnungen mit aufgenommen. Die Abgasreinigungsanlage kann zusätzlich zum Oxidationskatalysator 4 und zum Partikelfilter 5 hier ebenfalls nicht dargestellte weitere Komponenten zur Abgasreinigung enthalten.
Die während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 emittierten Partikel, welche hauptsächlich aus Rußpartikeln bestehen, werden vom Partikelfilter 5 aus dem Abgasstrom herausgefiltert und lagern sich auf dem Partikelfilter 5 an. Hierbei kann jedes für diesen Zweck geeignete Partikelfilter eingesetzt werden. Bevorzugt kommt ein sog. Wallflow-Partikelfilter aus Siliziumcarbid oder Cordierit zum Einsatz, bei welchem der Abgasstrom durch mikroporöse Wände der Gaskanäle des Filters 5 geleitet wird. Partikel, deren Größe die Porengröße überschreiten, lagern sich auf den Wänden ab, wodurch der Abgasstrom von Partikeln gereinigt wird. Durch die Ablagerung von Partikeln auf dem Partikelfilter 5 steigt allerdings dessen Strömungswiderstand im Laufe der Betriebszeit an. Das Partikelfilter 5 wird daher kontinuierlich oder diskontinuierlich von den abgelagerten Rußpartikeln befreit (Regeneration des Partikelfilters), um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu gewährleisten.
Eine kontinuierliche Regeneration des Partikelfilters 5 wird durch Reaktion der im Abgas enthaltenen NO₂-Moleküle mit den Kohlenstoff-Atomen des auf dem Partikelfilter 5 abgelagerten Rußes erreicht. In dieser Reaktion wird NO₂ zu NO reduziert und gleichzeitig der Kohlenstoff (C) zu Kohlenmonoxid (CO) oder Kohlendioxid (CO₂) oxidiert, wodurch sich die Rußbeladung des Partikelfilters 5 verringert. Da dieser Prozess kontinuierlich erfolgt, wird in diesem Fall von einer kontinuierlichen Partikelfilter-Regeneration gesprochen. Der dem Partikelfilter 5 vorgeschaltete Oxidationskatalysator hat u. a. die Aufgabe, die NO₂-Konzentration im Abgas durch katalytische Oxidation von NO zu erhöhen, was den Ablauf der kontinuierlichen Partikelfilter-Regeneration erheblich verbessert. Erfolgt die Rußablagerung in stärkerem Maße als der Rußabbau der kontinuierlichen Partikelfilter-Regeneration, so tritt ein allmähliches Ansteigen des Strömungswiderstandes des Partikelfilters ein. Dies wird z. B. durch den mittels Drucksensoren (nicht dargestellt) gemessenen Anstieg des Druckverlustes des Partikelfilters 5 detektiert. Übersteigt der Strömungswiderstand des Partikelfilters 5 einen vorgegebenen Grenzwert, so wird eine Regeneration des Partikelfilters 5 durch Rußabbrand initiiert. Hierzu wird das Abgas und/oder der Partikelfilter 5 durch bekannte Maßnahmen wie z. B. späte Kraftstoffeinspritzung in die Brennräume der Brennkraftmaschine 1 auf typischerweise über 500°C aufgeheizt. Bei oxidierendem, d. h. sauerstoffhaltigem Abgas verbrennen hierbei die auf dem Partikelfilter 5 abgelagerten Rußpartikel, wodurch der Strömungswiderstand des Partikelfilters relativ rasch wieder absinkt. Da diese Art der Partikelfilter-Regeneration diskontinuierlich erfolgt, wird bei diesem Vorgang von einer diskontinuierlichen Partikelfilter- Regeneration gesprochen.
Das Diagramm der Fig. 2 zeigt stark vereinfacht den prinzipiellen Verlauf des Strömungswiderstandes W des Partikelfilters 5 in Abhängigkeit von der Betriebszeit t der Brennkraftmaschine 1.
Zu einem Startzeitpunkt t₀, bei welchem ein neuer oder ein frisch gereinigter Partikelfilter in der Abgasanlage 2 eingesetzt wird, beträgt dessen Strömungswiderstand W₀. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 lagern sich Rußpartikel auf dem Partikelfilter 5 ab, wodurch dessen Strömungswiderstand allmählich ansteigt. Exemplarisch ist dies im Diagramm der Fig. 2 durch ein lineares Ansteigen des Kurvenzuges dargestellt. Je nach Rußemission der Brennkraftmaschine und der Stärke kontinuierlichen Partikelfilter-Regeneration kann dieser Anstieg mehr oder weniger rasch, stetig oder unstetig erfolgen. Ein unzulässig hoher Anstieg des Strömungswiderstandes wird bei Erreichen des Wertes W₁ erkannt. Dies ist im vorliegenden Beispiel bei der Betriebszeit t₁ der Fall, weshalb hier, wie weiter oben beschrieben, eine Regeneration des Partikelfilters 5 durch Rußabbrand initiiert wird. Dadurch sinkt der Strömungswiderstand des Partikelfilters 5 wieder ab. Da jedoch beim Rußabbrand auf dem Rußfilter abgelagerte nicht brennbare Partikel (Asche) nicht entfernt werden können, wird der ursprünglich vorhandene niedrige Strömungswiderstand Wo nicht mehr erreicht. Nach Durchführung der Partikelfilter-Regeneration durch Rußabbrand zum Zeitpunkt t₁ wiederholt sich der beschrieben Ablauf in ähnlicher Form.
Durch langsame Anreicherung von Aschepartikeln auf dem Partikelfilter steigt der Strömungswiderstandswert nach Durchführung einer Partikelfilter-Regeneration durch Rußabbrand mit der Zeit immer weiter an, so dass die Zeitintervalle, in denen ein Rußabbrand durchgeführt werden muss, immer kürzer werden. Schließlich ist eine weitere Verwendung des mit Asche zunehmend beladenen Partikelfilters 5 nicht mehr sinnvoll oder möglich. Dies ist hier zum Zeitpunkt t_n, typischerweise nach mehreren zehntausend Kilometern Fahrstrecke des Kraftfahrzeuges der Fall.
Zur Reinigung des aschebeladenen Partikelfilters 5 mittels eines Spülvorganges ist vorgesehen, dass dem Abgas der Brennkraftmaschine 1 zumindest zeitweise ein Zusatzstoff zugegeben wird, welcher sich auf dem Partikelfilter ablagert und bei einem Spülvorgang leicht abgelöst wird wodurch die Gesamtheit der Ablagerungen entfernt wird. Hierzu wird beispielsweise die Brennkraftmaschine wenigstens zeitweise mit additiviertem Kraftstoff betrieben. Vorzugsweise wird als Additiv eine Substanz verwendet, welche sich durch Teilnahme am Verbrennungsprozess im Brennraum der Brennkraftmaschine 1 in den genannten Zusatzstoff umwandelt, der eine Verbindung darstellt, die sich auf dem Partikelfilter 5 ablagert, und beim Spülvorgang in der verwendeten Spülflüssigkeit löslich ist. Da die im besagten Kraftstoff-Additiv vorhandenen wirksamen Bestandteile, typischerweise Metalle, sich nach ihrem Durchsatz durch die Brennkraftmaschine als Zusatzstoffablagerung auf dem Partikelfilter 5 wiederfinden, wird im Folgenden das Kraftstoff-Additiv und seine Reaktionsprodukte vereinfachend als "Additiv" bezeichnet.
Die verbesserte Reinigungswirkung eines Spülvorganges bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Additives kommt dadurch zustande, dass das Additiv eine dünne lösliche Schicht auf dem Partikelfilter bildet. Auf dieser Schicht im Laufe des Brennkraftmaschinenbetriebs abgelagerte Asche- oder Rußpartikel werden bei Lösung der Additivschicht während des Spülvorganges deshalb mechanisch mit von der Spülflüssigkeit abgeschwemmt, da ihnen die Haftung zum Partikelfilter 5 entzogen wird.
Der Spülvorgang selbst kann hierbei in eingebautem Zustand des Partikelfilters oder nach Ausbau des Partikelfilters 5 aus der Abgasreinigungsanlage 2 erfolgen. Das Gehäuse, in welchem der Partikelfilter 5 eingebaut ist, weist zweckmäßiger Weise Öffnungen für die Zufuhr und Abfuhr der Spülflüssigkeit auf. Der Spülvorgang selbst kann durch weitere begleitende Maßnahmen wie Ultraschallanwendung oder Durchsatzfluktuation unterstützt werden. Eine längere ruhende Flutung des Partikelfilters 5 mit der Spülflüssigkeit mit anschließender Einstellung einer starken Durchströmung kann die Wirksamkeit des Spülvorganges weiter verbessern. Die Durchströmungsrichtung wird vorzugsweise entgegen der Strömungsrichtung des Abgases gewählt. Schließlich kann die Spülflüssigkeit Zusätze enthalten, welche den Lösevorgang des Additivs und der Asche vom Partikelfilter 5 unterstützen. Im bevorzugten Falle einer wässrigen Spülflüssigkeit enthält diese z. B. eine Mineralsäure oder eine organische Säure und/oder Detergentien. In diesem Fall wird als Kraftstoff-Additiv naturgemäß eine Substanz verwendet, welche wasserlösliche Rückstände auf dem Partikelfilter bildet. Vorzugsweise sind dies Metalle der Alkalimetalle und/oder der Metalle der Seltenen Erden wie beispielsweise Cer.
Naturgemäß beeinflussen Zeitpunkt und Dauer des Betriebs der Brennkraftmaschine mit additiviertem Kraftstoff die Effektivität des Spülvorganges. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit werden nachfolgend einige Beispiele von vorteilhaften Vorgehensweisen beschrieben, welche zu einer besonders hohen Effektivität des Spülvorganges führen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Zuführung von additiviertem Kraftstoff zur Brennkraftmaschine 1 so vorzunehmen, dass sich auf dem Partikelfilter eine schichtenartige Struktur bildet. Hierbei sind Rußpartikelschichten und/oder Ascheschichten immer wieder durch dünne Lagen von Additiv unterbrochen, was die Ablösung von Ablagerungen auf dem Partikelfilter 5 bei einem Spülvorgang erleichtert. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Brennkraftmaschine 1 in gewissen Abständen für ein vorgegebenes Zeitintervall mit additiviertem Kraftstoff betrieben wird. Die Zeitintervalle können je nach Konzentration des Additives im Kraftstoff einige Minuten bis einige Stunden betragen. Die Abstände zwischen den Intervallen, in denen die Brennkraftmaschine mit additiviertem Kraftstoff betrieben wird, sind typisch deutlich länger als die Intervalle selbst, vorzugsweise etwa zehnmal länger. Eine einfache, jedoch effektive Vorgehensweise ist die laufstreckenabhängige Zugabe von additiviertem Kraftstoff zur Brennkraftmaschine 1. Zum Beispiel kann periodisch jeweils nach einigen tausend Kilometern Laufstrecke des Fahrzeuges ein Betrieb mit additiviertem Kraftstoff für eine vorbestimmte Dauer vorgenommen werden.
Besonders effektiv ist es, die Zufuhr von additiviertem Kraftstoff unmittelbar nach der Durchführung einer Partikelfilter-Regeneration durch Rußabbrand vorzunehmen. Zum Zeitpunkt t_n, nach welchem ein Spülvorgang durchgeführt wird, kann natürlich darauf verzichtet werden. Besonders zweckmäßig ist es, nach Einbau eines neuen oder durch Spülung frisch gereinigten Partikelfilters 5 die Brennkraftmaschine mit additiviertem Kraftstoff zu betreiben. Vorzugsweise wird in diesem Fall länger als in den folgenden Perioden des Additivzufuhr. Dadurch bildet sich eine vergleichsweise starke unterste Additiv-Schicht auf dem Partikelfilter aus, was die Effektivität eines späteren Spülvorgang verbessert. Je nach Material des eingesetzten Partikelfilters 5 und dessen Haftungseigenschaften kann es sogar ausreichend sein, mit einer einmaligen Betriebsperiode der Brennkraftmaschine 1 mit additiviertem Kraftstoff, vorzugsweise bei neuem oder frisch gereinigten Partikelfilter 5, eine ausreichende Effektivität beim späteren Spülvorgang zu erreichen.
Zeitpunkt und Dauer der Zugabe von additiviertem Kraftstoff zur Brennkraftmaschine 1 kann schließlich auch kennfeldgesteuert auf der Basis der kennfeldmäßig oder anderweitig vorbekannten Partikel-Emissionen der Brennkraftmaschine 1, auf der Basis der Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 oder auf der Basis der Temperatur des Partikelfilters 5 erfolgen.
Die Additivierung des Kraftstoffes wird zweckmäßig automatisiert aus einem an Bord des Kraftfahrzeugs befindlichen Vorratsgefäß in die Kraftstoffzufuhrleitungen oder in den Kraftstofftank der Brennkraftmaschine 1 vorgenommen. Hierbei wird eine Konzentration des Additives von einigen ppm im Kraftstoff, bezogen auf das wirksame Additiv-Metall eingestellt. Die Additiv-Zugabe in den Kraftstofftank kann jedoch auch von einer Person im Zuge eines Tankvorganges durchgeführt werden. Zur Notwendigkeit dieser Zugabe kann z. B. durch ein optisches oder akustisches Signal hingewiesen werden, welches bei einem automatisch ermittelten Bedarf gegeben wird.
Es versteht sich, dass nach Durchführung eines Spülvorgangs eine sorgfältige Trocknung des Partikelfilters 5 vorgenommen werden muss, bevor dieses wieder in der Abgasanlage 2 eines Kraftfahrzeuges Verwendung findet.
Durch das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren wird eine effektive Reinigung von aschebeladenen bzw. partikelbeladenen Partikelfiltern möglich, wodurch diese nach Reinigung wiederverwendet werden können und nicht durch neue Partikelfilter ersetzt werden müssen. Durch die Tatsache, dass die Brennkraftmaschine nicht ständig mit additiviertem Kraftstoff betrieben wird, resultiert ein niedriger Additiv-Verbrauch, weshalb ein verhältnismäßig kleiner Additiv-Behälter an Bord des Fahrzeuges ausreicht, wenn die Additivierung aus einem solchen vorgenommen wird. Insgesamt werden grundsätzlich die durch den Einsatz des Additivs entstehenden Kosten gering gehalten.
Schließlich ergeben sich weitere Vorteile, wenn die Additivablagerungen die kontinuierliche und/oder die diskontinuierliche Regeneration des Partikelfilters 5 katalytisch oder anderweitig, z. B. durch Strukturveränderungen der Partikelablagerungen auf dem Partikelfilter 5 unterstützen.
Ferner lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf jede zur Abgasreinigung in einem Kraftfahrzeug einsetzbare Komponente übertragen, bei welcher die Wirkung der Abgasreinigung durch Abspülen angelagerter Stoffe in einem Spülvorgang mit Spülflüssigkeit wieder verbessert werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Abgasreinigungsanlage (2), insbesondere eines Partikelfilters (5) einer Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges, mit folgenden Verfahrensschritten:

- schadstoff- und/oder partikelbeladenes Abgas wird einer katalytisch und/oder filtertechnisch wirksamen Abgasreinigungseinrichtung (5) zugeführt,

- Schadstoffe und/oder Partikel werden in der Abgasreinigungseinrichtung (5) chemisch umgesetzt und/oder gespeichert, wobei Asche entsteht und/oder an der Abgasreinigungseinrichtung (5) angelagert wird,

- dem Abgas wird kontinuierlich oder diskontinuierlich ein Zusatzstoff hinzugefügt, welcher an der Abgasreinigungseinrichtung (5) angelagert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass

- als Zusatzstoff eine in einer Spülflüssigkeit lösliche chemische Verbindung verwendet wird, und

- die Abgasreinigungseinrichtung (5) nach einer bestimmten Betriebszeit mit der Spülflüssigkeit in einem Spülvorgang gereinigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff über eine chemische Reaktion eines Additives mit wenigstens einem Bestandteil des zum Betrieb der Brennkraftmaschine (1) verwendeten Kraftstoff-Luftgemisches in einem Brennraum der Brennkraftmaschine (1) erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff auf der Abgasreinigungseinrichtung (5) zwischen der Oberfläche der Abgasreinigungseinrichtung (5) und der darauf abgelagerten Asche und/oder innerhalb der auf der Abgasreinigungseinrichtung (5) abgelagerten Asche eine trennende Schicht bildet.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff auf der Abgasreinigungseinrichtung (5) mit der darauf abgelagerten Asche ein gemeinsames Gemenge bildet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Zusatzstoffes zum Abgas für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgt und in vergleichsweise großen Betriebszeitabständen der Brennkraftmaschine (1) vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Zusatzstoffes zum Abgas für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgt und in Abständen vorgenommen wird, welche einer Laufstrecke des Kraftfahrzeuges von mehr als 1000 km entsprechen.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Zusatzstoffes zum Abgas für eine vorgegebene Zeitdauer erfolgt und bei einer neuen Abgasreinigungseinrichtung (5) oder bei einer durch Spülung frisch gereinigten Abgasreinigungseinrichtung (5) vorgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spülvorgang durchgeführt wird, wenn der Strömungswiderstand der Abgasreinigungseinrichtung (5) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülflüssigkeit eine wässrige Spülflüssigkeit ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff eine Verbindung eines Alkalimetalles und/oder eines Metalles der Seltenen Erden enthält.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung des Zusatzstoffes zum Abgas durch Zufuhr von additiviertem Kraftstoff zu einem Brennraum der Brennkraftmaschine (1) erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Additivierung des Kraftstoffes durch Zugabe einer vorgegebenen Menge des Additives zu einem Kraftstoffvorrat des Kraftfahrzeuges erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Additivierung des Kraftstoffes durch Zugabe eines vorgegebenen Mengenstroms des Additives in eine zur Brennkraftmaschine (1) führende Kraftstoffleitung erfolgt.