DE10003596A1 - Vorrichtung zur Zuführung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselverbrennungsmotor, zu einem Filter, insbesondere Partikelfilter - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung (10) dient zur Zuführung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor (11), insbesondere Dieselverbrennungsmotor, zu einem Filter (12), insbesondere Partikelfilter. Eine Abgaszuführleitung (13) der Vorrichtung (10) ist mit dem Verbrennungsmotor (11) verbunden. Hierbei ist vorgesehen, dass die Vorrichtung (10) ein eingangsseitig mit der Abgaszuführleitung (13) verbundenes fluidisches Verteilerventil (14) aufweist, das ausgangsseitig wenigstens zwei Verzweigungsleitungen (15, 16) aufweist, mittels welchen die Abgase wahlweise wenigstens einem zugehörigen Filterelement (17) des Filters (12) zuführbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselverbrennungsmotor, zu einem Filter, insbesondere Partikelfilter, wobei eine Abgaszuführleitung der Vorrichtung mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, entsprechend dem einleitenden Teil des Anspruchs 1.

Bekannte Filter, insbesondere Partikelfilter, werden mittels einer aus einer Zuführleitung bestehenden Vorrichtung mit von einem Verbrennungsmotor stammenden Abgasen beaufschlagt. Partikelfilter dienen dazu, in den Abgasen enthaltene Partikel zu trennen und zurückzuhalten, so dass gefiltertes Abgas ohne Partikel vom Partikelfilter zu weiteren Abgasvorrichtungseinheiten geleitet werden kann. Insbesondere die bei einer dieselmotorischen Verbrennung entstehenden Partikel begünstigen eine Verstopfung der Filterelemente des Partikelfilters nach einer entsprechenden Betriebszeit. Um eine effektive und korrekte Funktionsweise des Partikelfilters zu gewährleisten, sind die Filterelemente mittels Abbrennen der in ihnen enthaltenen Partikel zu regenerieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Zuführung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselverbrennungsmotor, zu einem Filter, insbesondere Partikelfilter, vorzuschlagen, mittels welcher eine besonders effektive und zuverlässige Regeneration von mit Partikeln verstopften Filterelementen des Filters möglich ist, wobei eine kontinuierliche Abgasreinigung durch den Filter stattfinden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein eingangsseitig mit der Abgaszuführleitung verbundenes Verteilerventil aufweist, das ausgangsseitig wenigstens zwei Verzweigungsleitungen aufweist, mittels welchen die Abgase wahlweise wenigstens einem zugehörigen Filterelement des Filters zuführbar sind. Mittels des Verteilerventils sind somit die jeweiligen Filterelemente des Filters wahlweise mit einem Abgasstrom beziehungsweise einem Abgasteilstrom beaufschlagbar. Dies hat zum Vorteil, dass zur Regeneration der jeweiligen, verstopften Filterelemente der Abgasstrom derart geregelt beziehungsweise verzweigt werden kann, dass das zu regenerierende Filterelement mit einem einen gewünschten, verhältnismäßig geringen Abgasdurchsatz aufweisenden Abgasteilstrom beaufschlagt werden kann. Bei einem Filter mit beispielsweise zwei Filterelementen, von denen eines zu regenerieren ist, wird der in das Verteilerventil zugeführte Abgasstrom in zwei Abgasteilströme aufgeteilt, wobei der zum zu regenerierenden Filterelement führende erste Abgasteilstrom einen geringeren Abgasdurchsatz aufweist als derjenige des zum noch nicht mit Partikeln verstopften Filterelements führenden zweiten Abgasteilstroms. Das Verteilerventil erlaubt somit eine schnelle und zuverlässige Variierung des jeweiligen Durchsatzes der zu den Filterelementen führenden Abgasteilströme, um eine korrekte und effektive Regeneration des mit Partikeln verstopften Filterelements zu gewährleisten.

Vorzugsweise ist das Verteilerventil als fluidisches Verteilerventil ausgebildet. Ein fluidisches Verteilerventil arbeitet ohne mechanisch bewegte Teile, so dass es vorteilhafterweise verschleißlos ist und somit eine präzise Variierung des jeweiligen Durchsatzes der zu den Filterelementen führenden Abgasteilströme ermöglicht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für jede Verzweigungsleitung eine Luftzuführleitung vorgesehen zur Regelung des Abgasdurchsatzes durch die Verzweigungsleitungen des fluidischen Verteilerventils mittels eines einstellbaren Steuerluftstromes. Da das fluidische Verteilerventil vorteilhafterweise keine mechanisch bewegten Teile aufweist, ist es besonders effektiv, für jede Verzweigungsleitung des fluidischen Verteilerventils einen einstellbaren Steuerluftstrom vorzusehen, mittels welchem in zuverlässiger Weise der gewünschte Abgasdurchsatz durch die jeweilige Verzweigungsleitung einstellbar ist.

Mit Vorteil ist der Luftdurchsatz durch die Luftzuführleitungen mittels eines schaltbaren Steuerventils einstellbar. Ein schaltbares, vorzugsweise kontinuierlich verstellbares Steuerventil eignet sich besonders zur Steuerung des Luftdurchsatzes des jeweiligen, durch die entsprechende Luftzuführleitung führenden Steuerluftstromes, um in zuverlässiger und präziser Weise eine gewünschte Aufteilung des Abgasstromes im fluidischen Verteilerventil zu erhalten. Dabei ist in besonders effektiver Weise der jeweilige Abgasdurchsatz durch die Verzweigungsleitungen des fluidischen Verteilerventils mittels einer entsprechenden Einstellung der mit den Luftzuführleitungen in Wirkverbindung stehenden Steuerventile vorzugsweise automatisch einstellbar beziehungsweise variierbar.

Vorteilhafterweise ist für jedes Filterelement ein elektrisches Heizmittel vorgesehen. Eine Regeneration von mit Partikeln verstopften Filterelementen des Filters erfolgt vorzugsweise mittels motorischer Steuerung und eines elektrischen Heizmittels, welches geeignet ist, den durch das zu regenerierende Filterelement geführten Abgasteilstrom mit vorzugsweise geringem Abgasdurchsatz auf eine Regenerationstemperatur zu erwärmen, bei welcher die Partikel im Filterelement abbrennen. Dabei eignet sich ein elektrisches Heizmittel besonders zur präzisen und automatischen Einstellung der gewünschten beziehungsweise erforderlichen Regenerationstemperatur, wobei gegebenenfalls die Abgaseintrittstemperatur, der Abgasdurchsatz und/oder die Abgasströmungsgeschwindigkeit in Bezug auf die Einstellung des elektrischen Heizmittels mit zu berücksichtigen sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das jeweilige elektrische Heizmittel als Filterkerze ausgebildet. Ein als Filterkerze ausgebildetes elektrisches Heizmittel ist besonders geeignet, ein präzises und auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasstes, automatisches Aufheizen des durch das mit Partikeln verstopfte Filterelement strömenden Abgasteilstromes auf die gewünschte beziehungsweise notwendige Regenerationstemperatur zu ermöglichen.

Mit Vorteil sind in Bezug auf das Verteilerventil eingangsseitig und/oder ausgangsseitig angeordnete Messmittel vorgesehen zur Ermittlung von hinsichtlich des Verteilerventils schaltungsrelevanten Parametern. Es können insbesondere Messmittel zur Ermittlung der Abgastemperatur am Eintritt und am Austritt des insbesondere fluidischen Verteilerventils, der Betriebstemperatur der elektrischen Heizmittel und/oder des Massenstroms des Abgases in der Abgaszuführleitung und in den Verzweigungsleitungen vorgesehen werden. Die Ermittlung der Abgastemperaturen und des Abgasmassenstroms in der Abgaszuführleitung dient zur Bestimmung der notwendigen Wärmeübertragung zur Aufheizung der Abgasteilströme durch das elektrische Heizmittel auf die gewünschte beziehungsweise notwendige Regenerationstemperatur. Die Messung der jeweiligen Abgasmassenströme in den Verzweigungsleitungen dient zur Gewährleistung einer korrekten Aufteilung des Abgasstromes in zwei oder mehrere Abgasteilströme, insbesondere zur begünstigten Regeneration des mit Partikeln verstopften Filterelements.

Vorzugsweise ist eine Steuereinheit zur parameterabhängigen Schaltung des Verteilerventils vorgesehen. Mittels einer vorzugsweisen zentralen Steuereinheit können die ermittelten Parameterwerte (wie zum Beispiel Abgastemperatur, Abgasmassenstrom) in schneller und zuverlässiger Weise ausgewertet und entsprechende Schaltungen beziehungsweise Verstellungen eines oder mehrerer Steuerventile und/oder elektrischer Heizmittel eingeleitet werden. Dabei wird durch Verstellung eines oder mehrerer Steuerventile der Luftdurchsatz durch die Luftzuführleitungen verändert, um eine gewünschte Aufteilung des Abgastromes in mehrere Abgasteilströme unter definiertem Abgasdurchsatz in den Verzweigungsleitungen des fluidischen Verteilerventils zu erhalten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisch dargestellte, erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Blockschaltbildes und

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Einzelheit eines fluidischen Verteilerventils gemäß Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Fig. 1 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbildes eine Vorrichtung 10 zur Zuführung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor 11, insbesondere Dieselverbrennungsmotor eines Fahrzeugs, zu einem Filter 12, insbesondere Partikelfilter. Der Verbrennungsmotor 11 wird durch eine Lufteingangsleitung 25 gemäß der Pfeillinie 26 mit Luft beaufschlagt und erzeugt ausgangsseitig Abgase, welche durch eine Abgaszuführleitung 13 entsprechend der Pfeillinie 27 der Vorrichtung 10 zugeführt werden. Die Vorrichtung 10 weist ein eingangsseitig mit der Abgaszuführleitung 13 verbundenes fluidisches Verteilerventil 14 auf, das ausgangsseitig zwei Verzweigungsleitungen 15, 16 enthält, mittels welchen Abgasteilströme gemäß den Pfeillinien 28, 29 zu zwei jeweils den Verzweigungsleitungen 15, 16 zugeordneten Filterelementen 17 des Filters 12 geleitet werden. In dem Filter 12 werden die in den Abgasteilströmen enthaltenen Partikel durch die Filterelemente 17 ausgefiltert, so dass gefiltertes Abgas durch eine Abgasaustrittsleitung 30 gemäß der Pfeillinie 31 von dem Filter 12 zu weiteren, nicht dargestellten Abgasvorrichtungseinheiten gefördert wird.

Für jede Verzweigungsleitung 15, 16 des fluidischen Verteilerventils 14 ist eine Luftzuführleitung 18, 19 vorgesehen zur Regelung des Abgasdurchsatzes durch die Verzweigungsleitungen 15, 16 mittels eines jeweiligen Steuerluftstromes, welcher gemäß den Pfeillinien 32, 33 in ein fluidisches Ventilelement 45 des Verteilerventils 14 zuführbar ist. Der jeweilige Steuerluftstrom ist durch ein zugehöriges, schaltbares und vorzugsweise kontinuierlich verstellbares Steuerventil 20, 21 derart einstellbar, dass im fluidischen Verteilerventil 14 beziehungsweise im fluidischen Ventilelement 45 eine gewünschte Aufteilung des gemäß der Pfeillinie 27 in das Ventilelement 45 eintretenden Abgasstromes in zwei gemäß den Pfeillinien 28, 29 aus dem Ventilelement 45 austretende Abgasteilströme erhalten wird. In Fig. 2 ist die Aufteilung des durch die Abgaszuführleitung 13 in das Ventilelement 45 eintretenden Abgasstromes (Pfeillinie 27) in zwei Abgasteilströme 43, 44 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Dabei führt der Teilstrom 43 in die Verzweigungsleitung 15 und wird gemäß Pfeillinie 28 einem ersten Filterelement 17 des Filters 12 zugeführt, während der Abgasteilstrom 44 durch die Verzweigungsleitung 16 gemäß der Pfeillinie 29 zu einem zweiten Filterelement 17 des Filters 12 geleitet wird. Dabei wird der Abgasdurchsatz der jeweiligen Abgasteilströme 43, 44 durch die Verzweigungsleitungen 15, 16 mittels geeigneter Einstellung der durch die Luftzuführleitungen 18, 19 in das Ventilelement 45 geleiteten Steuerluftströme (Pfeillinie 32, 33) geregelt. Der konstruktive Aufbau und die Funktionsweise des fluidischen Verteilerventils 14 beziehungsweise des fluidischen Ventilelements 45 sind bereits bekannt und werden deshalb nicht im Einzelnen dargestellt beziehungsweise beschrieben.

Die Vorrichtung 10 weist eine zentrale Steuereinheit 24 auf, welche geeignet ist, die Steuerventile 20, 21 zur Einstellung des Luftdurchsatzes durch die Luftzuführleitungen 18, 19 vorzugsweise kontinuierlich und somit stufenlos in Bezug auf ihren Öffnungsgrad beziehungsweise Luftdurchlass einzustellen. Ferner ist die zentrale Steuereinheit 24 mit in dem Filter 12 angeordneten, vorzugsweise jeweils als Filterkerze ausgebildeten elektrischen Heizmitteln 22, 23 operativ mittels als Pfeillinien 41, 42 schematisch dargestellten Steuerleitungen operativ verbunden. Die elektrischen Heizmittel 22, 23 des Filters 12 dienen dazu, eventuell mit aus den Abgasen gefilterten Partikeln verstopfte Filterelemente 17 zu regenerieren, indem der entsprechende Abgasteilstrom durch die elektrischen Heizmittel 22, 23 auf eine Regenerationstemperatur erwärmt wird, so dass die Partikel in den verstopften Filterelementen 17 abbrennen. Da gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine parameterabhängige Schaltung des fluidischen Verteilerventils 14 mittels der zentralen Steuereinheit 24 vorgesehen ist, ist die Anordnung mit geeigneten Messmitteln versehen, welche zur Ermittlung von hinsichtlich des fluidischen Verteilerventils 14 schaltungsrelevanten Parameterwerten dienen. Hierbei sind insbesondere Messmittel zur Ermittlung und Übertragung an die zentrale Steuereinheit 24 der in Bezug auf das fluidische Verteilerventil 14 eingangsseitigen und ausgangsseitigen Abgastemperatur und des Abgasmassenstroms (Pfeillinien 35, 36, 37) und der Heizmitteltemperatur (Pfeillinien 41, 42 in Richtung Steuereinheit 24) vorgesehen. Die zentrale Steuereinheit 24 ist ferner geeignet, in Abhängigkeit der oben erwähnten Parameter und bei Vorliegen einer Verstopfung eines Filterelements 17 zur Regeneration desselben eine Erwärmung des entsprechenden elektrischen Heizmittels 22, 23 zur Erzielung der gewünschten beziehungsweise notwendigen Regenerationstemperatur des entsprechenden Abgasteilstromes herbeizuführen (Pfeillinien 41, 42 in Richtung Filter 12).

Die Vorrichtung 10 arbeitet gemäß folgendem Funktionsprinzip: Wenn beide Filterelemente 17 des Filters 12 funktionsfähig sind, das heißt wenn keine Verstopfung durch aus den Abgasen gefilterten Partikeln eines Filterelements 17 vorliegt, wird der durch die Abgaszuführleitung 13 gemäß der Pfeillinie 27 in das fluidische Ventilelement 45 zugeführte Abgasstrom in zwei Abgasteilströme 43, 44 aufgeteilt, welche durch die Verzweigungsleitungen 15, 16 gemäß den Pfeillinien 28, 29 den entsprechenden Filterelementen 17 zugeführt werden und nach Ausfilterung der Partikel als gefiltertes Abgas durch die Abgasaustrittsleitung 30 gemäß der Pfeillinie 31 zu weiteren Abgasvorrichtungseinheiten (nicht dargestellt) geleitet werden. Zur Erzielung von zwei Abgasteilströmen 43, 44 befinden sich die Steuerventile 20, 21 in einer definierten Betriebsstellung. Die elektrischen Heizmittel 22, 23 des Filters 12 sind in diesem Betriebsfall nicht aktiviert. Die zwei Abgasteilströme können einen identsichen Abgasdruchsatz aufweisen.

Für den Fall, dass eines der zwei Filterelemente 17, beispielsweise das in Fig. 1 obere Filterelement 17, aufgrund von ausgefilterten Partikeln verstopft ist, wobei auch eine derartige Verstopfung mittels eines geeigneten Messmittels (nicht dargestellt) automatisch ermittelbar ist und entsprechende Daten an die zentrale Steuereinheit 24 übermittelbar sind, löst die Steuereinheit 24 eine geeignete Verstellung der Steuerventile 20, 21 aus, wodurch der Luftdurchsatz durch die Luftzuführleitungen 18, 19 verstellt wird. Dies verursacht eine erwünschte Zunahme des Abgasdurchsatzes in der Verzweigungsleitung 15, welche zum weiterhin korrekt arbeitenden Filterelement 17 (in Fig. 1 unteres Filterelement 17) führt. Die einen geringeren Abgasdurchsatz aufweisende Verzweigungsleitung 16 führt zum zu regenerierenden Filterelement 17 (oberes Filterelement 17 in Fig. 1). Zur Einleitung einer Regeneration des verstopften Filterelements 17 löst die zentrale Steuereinheit 24 eine Aktivierung des elektrischen Heizmittels 23 aus, wodurch der gemäß Pfeillinie 29 durch die Verzweigungsleitung 16 zugeführte Teilabgasstrom 44 (siehe auch Fig. 2) auf eine definierte Regenerationstemperatur erwärmt wird, bei welcher die Partikel des verstopften Filterelements 17 verbrennen. Nach Abschluss der Regeneration des verstopften Filterelements 17 löst die zentrale Steuereinheit 24 eine geeignete Verstellung der Steuerventile 20, 21 aus, mittels welcher ein definierter Luftdurchsatz durch die Luftzuführleitungen 18, 19 in das fluidische Ventilelement 45 erhalten wird, so dass sich eine erwünschte Aufteilung des in das fluidische Ventilelement 45 eintretenden Abgasstromes (Pfeillinie 27) in zwei Abgasteilströme 43, 44 einstellt. Nach Abschluss der Regeneration des verstopften Filterelements 17 wird durch entsprechende Auslösung der zentralen Steuereinheit 24 das elektrische Heizmittel 23 deaktiviert.

Der Zeitpunkt zur Einleitung einer Regeneration eines verstopften Filterelements 17 richtet sich nach der durch das entsprechende Filterelement 17 gesammelten Partikelmenge und nach verschiedenen Randbedingungen, welche einen Einfluss auf die Durchführung einer korrekten Regeneration eines verstopften Filterelements ausüben. Hierzu zählen insbesondere die Abgastemperatur, der Abgasmassenstrom und/oder verschiedene Motorbetriebsdaten wie zum Beispiel die jeweils vorliegende Last oder Drehzahl. Die Filterelemente 17 des Filters 12 können zur Regeneration in beliebiger Reihenfolge nacheinander mittels der zentralen Steuereinheit 24, welche vorzugsweise als elektronische Steuerung ausgebildet ist, angesteuert werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Zuführung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor, insbesondere Dieselverbrennungsmotor, zu einem Filter, insbesondere Partikelfilter, wobei eine Abgaszuführleitung der Vorrichtung mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein eingangsseitig mit der Abgaszuführleitung (13) verbundenes Verteilerventil (14) aufweist, das ausgangsseitig wenigstens zwei Verzweigungsleitungen (15, 16) aufweist, mittels welchen die Abgase wahlweise wenigstens einem zugehörigen Filterelement (17) des Filters (12) zuführbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Verzweigungsleitung (15, 16) eine Luftzuführleitung (18, 19) vorgesehen ist zur Regelung des Abgasdurchsatzes durch die Verzweigungsleitungen (15, 16) des Verteilerventils (14) mittels eines einstellbaren Steuerluftstromes.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerventil (14) als fluidisches Verteilerventil ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdurchsatz durch die Luftzuführleitungen (18, 19) mittels eines schaltbaren Steuerventils (20, 21) einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Filterelement (17) ein elektrisches Heizmittel (22, 23) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige elektrische Heizmittel (22, 23) als Filterkerze ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf das Verteilerventil (14) eingangsseitig und/oder ausgangsseitig angeordnete Messmittel vorgesehen sind zur Ermittlung von hinsichtlich des Verteilerventils (14) schaltungsrelevanten Parametern.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (24) zur parameterabhängigen Schaltung des Verteilerventils (14) vorgesehen ist.