SE527115C2 - Förfarande och anordning vid ett partikelfilter för ett avgassystem, ljuddämpare innehållande en dylik anordning samt ett förbränningsmotordrivet fordon - Google Patents

Description

l0 15 20 25 30 527115 under en driftperiod. Om emellertid ett fordon utrustat med partikelfilter körs så att driften under en längre tid sker utanför området där filtret erfar den för regenereringsprocessen erforderliga temperaturen och/eller om N02/partikelförhàllandet är lågt, sker ingen regenerering, vilket medför att i filtret ett övermått av sotpartiklar kan ansamlas.

Partikelfiltret kommer då globalt eller åtminstone partiellt att innehålla en överkritisk sotmängd, vilket riskerar att resultera i att partikelfiltret havererar då partiklarna i filtret till slut antänds, eftersom förbränningen, likaledes globalt eller lokalt, kan bli okontrollerad med för höga temperaturer som följd.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att eliminera eller åtminstone lindra problemen med den kända tekniken och att anvisa en anordning vid partikelfilter, som ökar säkerheten för att filteranordningar garderas mot dylika haverier.

Detta ändamål uppnås enligt uppfinningen vid ett förfarande av inledningsvis nämnt slag genom särdragen i den kännetecknande delen av patentkravet 1. Härigenom undviks att ett övermått av sotpartiklar ansamlas i filtret, vilket annars skulle kunna medföra att filtret havererar vid slutlig antändning samt att ljuddämparfunktionen av en ljuddämpare som innefattar filtret kan vidmakthållas även vid en förbikoppling av filtret.

Enligt uppfinningen leds istället avgaser förbi filtret när detta ansamlat så mycket partiklar att det ger ett visst förutbestämt mottryck, varvid filtret kommer att motta en begränsad mängd partiklar innan regenerering sker, dvs 10 15 20 0 II000 0 00 00 0000 00 0 0 0 a 0 0 I 00: . 0. 0000k) 00 00 u., 00 0000 00 0 I 0 0 Ü I O O OI II 00 00 00 527 115 3 000000 0 0 0 0 00 000000 0 0 0 00 00 0000 0 0 0 0000 000 0 000 0 0 0 0 00 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0000 0 0000 0 0 0 0 000000 0 driftförhållandena blir sådana att spontan antändning och förbränning av partiklarna sker.

Som ovan nämnts inkluderar normal drift även tidvis drift, som resulterar i låga avgastemperaturer. Detta kan vara drift såsom tomgàngskörning, körning med lätt last, körning med tillsatsutrustning till tyngre fordon såsom kranar, liftar etc. Drift under lång tid vid sådana driftfall med avgasrening med partikelfilter enligt den kända tekniken kan medföra att ansamlingen av sotpartiklar i filtret bli överkritisk, varvid risk föreligger för ovannämnda haveri.

Ett annat typiskt, i sammanhanget riskabelt driftfall är körning med personbussar i städer, varvid accelerationer med tillhörande rökpuffar från motorn producerar en stor mängd partiklar, som ansamlas i filtret; På grund av körningens karaktär av lättlastkörning finns här en uppenbar risk att partiklarna inte förbränns med tillräcklig regelbundenhet.

Genom uppfinningen medges ett säkert system, som utnyttjar principen att tryckfallet över partikelfiltret och analogt därmed mottrycket av avgaserna före filtret är en beskrivning av fyllnadsgraden av partiklar i filtret.

Det är inte nödvändigt för uppfinningen att leda bort hela avgasströmmen från filtret utan det kan vara tillräckligt att avleda en del därav förbi filtret, under det att en annan, företrädesvis mindre, del av avgaserna fortfarande tillåts passera filtret. Även under sådan passage kommer givetvis en ytterligare, mindre, ansamling av partiklar i filtret att ske, vilket typiskt medför att en allt större andel av avgasströmmen kommer att förbiledas filtret, givet ett visst avgasflöde. Inställning av medlen för förbiledningen av 0 000000 0 0 0 000000 10 15 20 527 115 4 filtret, så att en lämplig nivà pà mottryck/tryckfall föranleder förbikoppling, låter sig göra genom enkel provningsverksamhet.

Vid övergång från körning vid tomgång eller lätt last med tillhörande låga avgastemperaturer, dröjer typiskt storleksordningen någon eller nägra minuter innan avgastemperaturen bringat filtret att ná temperaturer, vid vilka självregenerering sker. Typiskt anses det att en filtertemperatur mellan 250°C och 450°C är lämplig för àstadkommande av spontan antändning och förbränning av partiklarna och därmed regenerering av filtret.

Genom att avgaserna leds förbi partikelfiltret genom en ventil, som öppnar då mottrycket i avgaserna är över nämnda nivà, uppnås ett enkelt och tillförlitligt system, vilket accentueras om ventilen öppnar på grund av trycket av avgaserna mot verkan av en mothàllande fjäder. Pà detta sätt uppnås ett tillförlitligt automatiskt mekaniskt system, som är enkelt inställbart för uppnàende av en eftersträvad öppningsnivà.

Det utesluts emellertid inte att mottrycket avkännes av en trycksensor, vars utsignal utnyttjas för att med hjälp av styrdon styra förbiledningen av filtret. Härvid kan insättas en trycksensor före filtret. Eventuellt kan i stället insättas en trycksensor uppströms filtret och en trycksensor nedströms filtret för att tryckfallet över filtret skall kunna avkännas.

Förbiledningen kan i praktiken ske genom att ett reglerdon styrs av en datorenhet, så att avgaserna eller del därav omkopplas. 10 15 20 25 30 527 115 Det föredrages att en katalysator, som är seriekopplad filtret, mottar avgaser som förbileds filtret. I sà fall utnyttjas det förhållandet att från katalysatorn avgiven N02 delar i förbänningsprocessen i filtret såsom anges inledningsvis i denna beskrivning.

Motsvarande fördelar uppnås vid en anordning, en ljuddämpare och ett förbränningsmotordrivet fordon enligt uppfinningen.

Kortfattad beskrivning av ritningar Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, pà vilka: Fig 1 visar i principiell sektion en ljuddämpare till ett motordrivet fordon med ett partikelfilter, vilket genomströmmas av avgaserna från motorn, Fig 2 visar ljuddämparen i Fig 1, varvid avgaser förbileds filtret, Fig 3a och 3b visar ett ventilarrangemang enligt en första utföringsform i stängt respektive öppet läge, och Fig 4a och 4b visar en ventilarrangemang enligt en andra utföringsform i stängt respektive öppet läge.

Beskrivning av utföringsexempel 10 15, 20 527 115 =rm¿;, 6 I Fig 1 avser hänvisningsbeteckning 1 en ljuddämpare till ett avgassystem för en förbrànningsmotor, i synnerhet en dieselmotor till ett tungt fordon såsom en buss eller en lastbil. Ljuddämparen 1 innesluter ett integrerat partikelfilter 3 monterat på avstånd fràn en katalysator 2 så att i normal drift katalysatorn 2 och partikelfiltret 3 är arrangerade i serie. Avgaser som strömmar fràn förbränningsmotorn genom ljuddämparens inlopp 6 passerar således såväl katalysatorn 2 som partikelfiltret 3 innan de gär genom utloppsröret 7 och vidare genom avgassystemet mot omgivningen.

Ljuddämparen 1 innehåller två tvârgàende väggar 8 och 9, vilka uppbär katalysatorn 2, och vilka är arrangerade tàtande dels mot ljuddämparens insida, dels mot husets av katalysatorn 2 ytteryta. En ytterligare tvärvägg 10 är arrangerad för att fasthålla partikelfiltret 3 på dess uppströmssida och är tätande anordnat mot ljuddämparens insida liksom mot huset av partikelfiltret. I denna tvärvägg 10 är anordnad en ventil 4, vilken i det visade läget i Fig 1 är stängd, varför avgaser fràn katalysatorn 2 som uppfyller rummet 11 mellan tvärväggarna 9 och 10 endast kan passera ljuddämparen genom att passera partikelfiltret 3. En tvärvägg 5 med minst en ej visad hàltagning är placerad så att den fasthàller partikelfiltrets nedströmsparti i ljuddàmparen 1.

Fig 2 visar en situation när avgaserna, som strömmar genom inloppet 6 och genom katalysatorn 2, möter ett så stort mottryck i partikelfiltret 3 att trycket ökar i utrymmet 11 mellan tvärväggarna 9 och 10. Detta medför att ventilen 4, som är fjäderbelastad, ger efter och tillåter avgaser att strömma från utrymmet 11 förbi partikelfiltret 3, genom den perforerade väggen 5 och vidare genom utloppet 7 mot 10 15 20 527 115 7 omgivningen. Denna strömningsväg uppkommer vid t ex lätt last när så mycket partiklar ansamlatš i filtret 3 att mottrycket överstiger en viss nivà. Denna sdrömningsväg kommer att bibehàllas tills vid tyngre lastjavgaserna blir så heta att filtret när en temperatur där spdntan regenerering uppkommer.

Efter detta kommer strömningen av avgaser åter att ske längs den i fig 1 visade strömningsvägån.

I fig 3a visas ett exempel pà utàörande av ventilen 4 som mekaniskt enkelt självstyrande efiement. I fig 3a är ventilen 4 i ett stängt läge med ett ventilqlement 12 tätande anliggande mot mellanvâggen 10 för att tätalen hàltagning. Pà mellanväggens 10 uppströmssida än anordnad en snäppfjäder 13, vilken mothàller ett gastryck pälovansidan i figuren av mellanvàggen 10 Vid ett gastryck överstigande en viss nivå snäpps denna snäppfjâder till det öppna läge för ventilen som visas i Fig 3b, varvid en strömningspassage förbi ventilkroppen 12 öppnas genom melüanväggen 10.

Fig 4a visar en alternativt utformad ventil 4 med en mothàllsbygel 15, en skruvlinjefotmad fjäder 16, vilken anpressar ventilkroppen 4 mot melhanväggen 10 för att täta en hàltagning i denna mellanvägg. Ett gastryck överskridande en viss nivå på ovansidan av mellanvåggen 10 i Fig 4a och 4b föranleder ventilkroppen 14 att öppna en strömningspassage genom nämnda háltagning i mellanväggen 10 vid en rörelse av ventilkroppen 14 nedåt mot verkan\av kraften från den skruvlinjeformiga fjädern 16.

Uppfinningen kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Sålunda kan förbiledningen av partikelfiltret ske pá annat sätt, vilket indikeras med streckade linjer pà fig 1. T ex genom att en trycksensor 17 är placerad uppströms 10 l5_ 20 527 115 8 partikelfiltret, vars utsignaler leds till en styrenhet (CDU), som via ett inte visat reglerdon ombesörjer förbiledning av partikelfiltret.

Partikelfiltret kan även vara separat arrangerat, dvs. inte integrerat i en ljuddämpare och inte heller i samband med en katalysator, även om det utförande som visas i Fig 1 och 2 i princip föredras, nämligen med en ljuddämpare, i vilken är integrerad sàväl en katalysator som ett partikelfilter.

Det föredrages att avgaserna alltid tilläts passera katalysatorn, även dä partikelfiltret förbileds, men detta är inte nödvändigt för uppfinningen.

Om sensorer används för att mäta mottryck eller tryckfall över partikelfiltret kan ett styrsystem, som reagerar i beroende av signaler frän dessa sensorer även beakta signaler fràn motorn, som beskriver avgasflödet, nämligen varvtal, gaspedalläge etc. för att ge mer exakta värden och nivåer för när partikelfiltret skall förbiledas.

Claims (8)

10 15 20 25 30 527 115 P A T E N T K R A V:

1. Förfarande vid ett partikelfilter (3) för ett avgassystem till en förbränningsmotor, varvid filtret (3) regenereras genom att i filtret ansamlade partiklar spontant förbränns och varvid avgaser från förbränningsmotorn i drift leds förbi filtret (3) då mottrycket i avgaserna på grund av filtret (3) överstiger en viss nivå, kännetecknat av att avgaserna förbileds filtret (3) genom ett utrymme inuti en ljuddämpare (1), som innesluter filtret (3), att avgaser från förbränningsmotorn leds förbi filtret (3) genom en ventil (4) som öppnar då mottrycket i avgaserna är över nämnda nivå och av att avgaserna bringas att passera en katalysator (2), även vid förbiledning av filtret (3).

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att ventilen (4) öppnar på grund av tryckets av avgaserna verkan mot en mothållande fjäder (13:16).

3. Förfarande enligt kravet 1, kännetecknat av att nämnda mottryck avkännes av en minst trycksensor (17), vars utsignal utnyttjas för att styra (CDU) förbiledningen av filtret.

4. Anordning vid ett partikelfilter (3) för ett avgassystem till en förbränningsmotor, varvid filtret (3) är inrättat att regenereras genom att i filtret ansamlade partiklar spontant förbränns och varvid en förbiledningskanal, genom vilken avgaser från förbränningsmotorn i drift är anordnade att ledas förbi filtret (3) då mottrycket i avgaserna på grund av filtret (3) överstiger en viss nivå kännetecknad av att avgaserna förbileds filtret (3) genom ett utrymme inuti en ljuddämpare (1), som innesluter filtret (3), en ventil (4), som är anordnad att öppna då mottrycket i avgaserna är över 10 15 527115 10 nämnda nivå, för att leda avgaser från förbränningsmotorn förbi filtret (3) och av organ för att bringa avgaserna att passera en katalysator (2), även vid förbiledning av filtret (3).

5. Anordning enligt kravet 4, kännetecknad av att ventilen (4) är försedd med en mothállande fjäder (13:16), mot vilken trycket av avgaserna verkar.

6. Anordning enligt kravet 4, kännetecknad av minst en trycksensor (17) för att avkänna nämnda mottryck, vars utsignal är anordnad att utnyttjas för att styra (CDU) förbiledningen av filtret (3).

7. Ljuddämpare (1) inkluderande en anordning enligt något av kraven 4 - 6.

8. Förbränningsmotordrivet fordon inkluderande åtminstone en ljuddämpare (1) enligt kravet 7.