DE10137050A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgasbehandlung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasbehandlung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem Partikelfilter (10, 40) vorgeschlagen, wobei eine Regeneration des Partikelfilters (10, 40) vorgesehen ist, die den systembedingten Aufwand deutlich reduziert, und wobei gleichzeitig kein Druckabfall im Ansaugbereich beziehungsweise keine Verringerung der Leistungsdichte der Brennkraftmaschine erfolgt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass wenigstens ein Wärmetauscher (1, 21) zur Erwärmung des zu filtrierenden Abgases wenigstens mittels der Abwärme des filtrierten Abgases (13) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasbehandlung einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einem Partikelfilter nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Entsprechend dem fortschreitenden Kenntnisstand werden zum Schutz der Gesundheit und der Umwelt gesetzliche Vorgaben, die die Emissionen von Kraftfahrzeugen regeln, ständig ver­ schärft. Zur Erfüllung dieser Vorgaben werden beispielswei­ se, neben der Verwendung von entsprechend modifizierten Treibstoffen, feste Partikel mittels Filter aus dem Abgas entfernt.

Besonders Dieselantriebe produzieren große Mengen Ruß, wobei der Verdacht besteht, dass Dieselabgase ein Krebs erzeugen­ des Potential besitzen. So wurden bereits viele Anordnungen zur Behandlung von Dieselabgas vorgeschlagen. Im Allgemeinen bestehen diese Anordnungen aus Filtersystemen, die die par­ tikulären Inhaltsstoffe zurückhalten. Ein effizienter Filter hält hierbei Rußpartikel, die insbesondere einen Durchmesser von ca. 10 bis 5000 Nanometern aufweisen, wirkungsvoll zu­ rück.

Die von entsprechenden Filtern zurückgehaltenen Teilchen verursachen jedoch durch Belegung des Filters beziehungswei­ se seiner Oberfläche eine Verringerung des Gasdurchsatzes und bewirken hierdurch einen Anstieg des Filtrationswider­ standes. Dieser Widerstand führt zu einem Mehrverbrauch an Treibstoff bis hin zum Motorstillstand, so dass Regenerati­ onsphasen vorgesehen werden müssen. Die Regeneration erfolgt im Allgemeinen durch eine nahezu rückstandsfreie Verbrennung des gespeicherten Rußes. Die im Dieselabgas vorhandenen Tem­ peraturen von ca. 200°C reichen hierzu in aller Regel nicht aus, so dass zusätzliche Systemhilfen bereitgestellt werden müssen.

Ohne zusätzliche Maßnahmen oxidiert der Ruß ab ca. 550 bis 600°C. Durch Kombination des Rußfilters mit einem Oxidati­ onskatalysator, durch katalytische Beschichtung des Filters oder durch geeignete Treibstoffadditive lässt sich die unte­ re Temperaturschwelle für die Rußoxidation auf ca. 250 bis 350°C absenken. Jedoch liegen diese Temperaturen für moderne Dieselmotoren immer noch oberhalb üblicher Abgastemperatu­ ren, so dass temperatursteigernde Maßnahmen zur sicheren Filterregeneration notwendig sind.

Zur Steigerung der Abgastemperatur werden bislang beispiels­ weise elektrische Zuheizungen, Mikrowellenheizungen oder in­ nermotorische Maßnahmen vorgesehen, wobei diese beispiels­ weise aufgrund der erforderlichen hohen Heizleistung gegebe­ nenfalls zusätzliche Batterien erforderlich machen, einen hohen Systemaufwand aufweisen, mit einem erheblichen Mehr­ verbrauch von Treibstoff verbunden sind oder die notwendige Temperaturerhöhung nicht sicher gewährleisten können.

So ist beispielsweise bekannt, dass durch Drosselung des An­ saug-Luftmassenstroms die Prozess- beziehungsweise Abgastem­ peratur erhöht werden kann. In der Druckschrift EP 0 010 384 ist beispielsweise eine Vorrichtung offenbart, die die Ansaugluft mittels eines regelbaren Drossel-Klappensystems variiert. Die notwendige Zündtemperatur kann jedoch nur im höheren Last- und Drehzahlbereich erreicht werden. Für Fahr­ situationen mit überwiegend niedrigem Last- und Drehzahlbe­ reich sind die für die Regenerierung des Filters notwendigen Bedingungen in der Praxis deshalb nur selten gegeben.

Eine ebenfalls in der Druckschrift EP 0 010 384 beschriebe­ nen Ausführungsform erreicht eine ausreichend hohe Prozess­ temperatur zum Freibrennen des Rußabbrennfilters bei niedri­ ger Last und niedriger Drehzahl mittels einer Abgasrückfüh­ rung, die unter anderem eine vergleichsweise kompakte Ein­ heit umfasst. Diese Ausführungsform ist ebenfalls für die Filterregeneration nur bedingt geeignet, da für eine ein­ wandfreie Funktion des Verbrennungsmotors der Abgasanteil in der Zuluft 30% nicht überschreiten darf. Hierdurch wird das Erreichen der für die Filterregeneration notwendigen Abga­ stemperatur nicht in allen Fahrzuständen ermöglicht. Hierfür wird zusätzlich eine Heizvorrichtung benötigt, was den kon­ struktiven Aufwand zusätzlich erhöht.

Grundsätzlich wird in der Vorrichtung der Druckschrift EP 0 010 384 eine möglichst hohe Austrittstemperatur aus dem Par­ tikelfilter benötigt, so dass unter anderem die Ansaugluft möglichst stark vorwärmbar ist.

Darüber hinaus ist in der Druckschrift DE 35 22 431 eine Vorrichtung offenbart, die die Abgastemperatur dadurch er­ höht, dass ein hinter dem Rußfilter befindlicher Wärmetau­ scher die Ansaugluft des Verbrennungsmotors vorwärmt. Hier­ durch wird zum einen die Warmlaufphase verkürzt und zum an­ deren die Temperatur des Prozessgases auch bei niedriger Last genügend erhöht, um eine Filterregeneration zu ermögli­ chen. Hierfür ist insbesondere eine Stellklappe vorgesehen, die dafür sorgt, dass bei Volllast oder bei Überschreiten einer oberen Grenztemperatur am Rußfilter der Ansaugluft­ strom am Wärmetauscher vorbeigeführt wird. Dies verringert zum einen die durch den Wärmetauscher bei Volllast verur­ sachten Leistungseinbußen und schützt zum anderen den Ruß­ filter vor Überhitzung.

Nachteilig bei der offenbarten Vorrichtung ist, dass die notwendige Zündtemperatur für die Filterregeneration erst erreicht werden kann, wenn der Motor die Warmlaufphase durchlaufen hat. Weiterhin ist besonders nachteilig, dass der Wärmetauscher im Ansaugbereich angeordnet ist, wodurch ein Druckabfall beim Betrieb des Motors entsteht. Die er­ wähnte Stellklappe, die einen zusätzlichen apparativen Auf­ wand bedeutet, ist deshalb zur Aufrechterhaltung der Lei­ stungsdichte im Volllastbereich zwingend erforderlich.

Die bislang bekannten Abgasfiltersysteme sind demnach insge­ samt vergleichsweise aufwendig, wobei teilweise im Ansaugbe­ reich für den Betrieb des Motors ein besonders kritischer Druckabfall beziehungsweise eine Verringerung der Leistungs­ dichte im Volllastbereich in Kauf genommen werden muss.

Vorteile der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abgasbehandlung einer Brennkraftma­ schine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit ei­ nem Partikelfilter vorzuschlagen, wobei eine Regeneration des Partikelfilters vorgesehen ist, die den systembedingten Aufwand deutlich reduziert, und wobei gleichzeitig kein Druckabfall im Ansaugbereich beziehungsweise keine Verringe­ rung der Leistungsdichte der Brennkraftmaschine erfolgt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung bzw. ei­ nem Verfahren der einleitend genannten Art durch die kenn­ zeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.

Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße Vorrich­ tung dadurch aus, dass wenigstens ein Wärmetauscher zur Er­ wärmung des zu filtrierenden Abgases wenigstens mittels der Abwärme des filtrierten Abgases vorgesehen ist. Vorteilhaf­ terweise erfolgt hierbei mittels dem erfindungsgemäßen Wär­ metauscher eine Wärmerückgewinnung der Abgaswärme für die Filterregeneration, so dass der energetische Aufwand zur Er­ reichung der Regenerationstemperatur wesentlich verringert und keine Leistungseinbuße der Brennkraftmaschine hervorge­ rufen wird. Beispielsweise erfolgt bei verschiedensten Be­ triebsbedingungen der Brennkraftmaschine unter anderem durch die exotherme Reaktion der katalytischen Oxidation der noch im Abgas vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffanteile eine zusätzliche Erwärmung des Partikelfilters und somit des zu filtrierenden Abgases mit Hilfe des erfindungsgemäßen Wärmetauschers. Hierdurch minimiert sich der konstruktive Aufwand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasbehand­ lung.

Vorzugsweise ist eine Sammelleitung zur Zuführung des gesam­ ten Abgasstroms in den Wärmetauscher vor diesem angeordnet, so dass eine größtmögliche und somit effektive Wärmezufuhr durch das zu filtrierende Abgas in den Wärmetauscher reali­ sierbar ist.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist wenig­ stens der Partikelfilter und der Wärmetauscher als bauliche Einheit ausgebildet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine möglichst platzsparende, effektive und somit wirt­ schaftliche Umsetzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung rea­ lisierbar. Hierbei erfolgt im Allgemeinen eine Nutzung der bei der Regeneration entstehenden Filterabwärme bzw. der Ab­ wärme des filtrierten Abgases entlang des gesamten Wärmetau­ schers, so dass eine vergleichsweise niedrige Abgastempera­ tur am Ausgang des Wärmetauschers realisierbar ist. Erfin­ dungsgemäß wird hierdurch die maximal mögliche Vorwärmung des zu filtrierenden Abgases erreicht.

Vorzugsweise ist wenigstens eine Zuheizvorrichtung vorgese­ hen, so dass auch beispielsweise bei extremsten Betriebs- oder Wetterbedingungen eine sicherere Filterregeneration ge­ währleistet bleibt. Die Zuheizvorrichtung kann vorteilhaf­ terweise entweder zwischen den beiden Gasbereichen des Wär­ metauschers und/oder im Wärmetauscher integriert angeordnet sein. So ist hierdurch in vorteilhafter Weise eine Regene­ rierung des Filters bereits realisierbar, bevor die Brenn­ kraftmaschine ihre Betriebstemperatur erreicht hat.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine wenigstens temperatur-, Zeit-, gaszusammensetzungs- und/oder druckabhängige Steuerung vorgesehen. Hierdurch ist bei­ spielsweise eine automatische Zündung der Zuheizvorrichtung bei Überschreiten einer definierten Druckdifferenz zwischen Filtereingang und Filterausgang realisierbar. Darüber hinaus ist hiermit gegebenenfalls eine Temperaturüberwachung des Filters beziehungsweise des Wärmetauschers umsetzbar. Eine Überhitzung des Filters unter anderem bei Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine ist beispielsweise mittels einer Um­ gehung des Wärmetauschers vermeidbar. Ebenso ist die Wärme­ menge der Zuheizvorrichtung in Abhängigkeit der Filtertempe­ ratur steuerbar. Erfindungsgemäß wird der Partikelfilter bei entsprechenden Bedingungen gegebenenfalls auch vorzeitig, d. h. bereits bevor eine Regeneration notwendig wäre, ohne Zuheizung regeneriert. Die Steuerung umfasst hierbei vor­ zugsweise ein Managementsystem, das beispielsweise nahezu alle Fahrzeugkomponenten überwacht.

Vorteilhafterweise sind Mittel zur Zufuhr wenigstens von Luft in den Abgasstrom vorgesehen, so dass gegebenenfalls in Abhängigkeit der Gaszusammensetzung des Abgases eine zusätz­ liche Lufteinblasung realisierbar ist, was beispielsweise die exotherme Reaktion der katalytischen Oxidation der noch im Abgas vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffanteile oder die Rußoxidation verbessert. Hierfür ist auch eine Ein­ düsung beispielsweise von Kohlenwasserstoffen in den Ab­ gasstrom vorteilhaft.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Wärmetauscher eine oberflächenvergrößernde Struktur auf. So ist beispielsweise mittels einer parallelen Verschaltung mehrerer Wärmetauschereinheiten oder mittels nicht planarer, strukturierter oder ähnlich wirkender Wärmeübergangswände, die Wärmeübertragung vom Filter beziehungsweise vom fil­ trierten Abgas auf das zu filtrierende Abgas vorteilhafter ausführbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der zwi­ schen Verbrennungsmotor und Wärmetauscher angeordnete Ab­ gasstrang eine Verzweigungsstelle auf, über die sich die Ab­ gase in einen Haupt- und in einen Nebenstrom aufteilen las­ sen. Während der Regeneration des Partikelfilters wird nur ein Teilstrom des Abgases dem Wärmetauscher bzw. der Zuheiz­ vorrichtung zugeführt, so dass eine rasche Aufheizung des Partikelfilters bei minimalem Heizenergieverbrauch gewähr­ leistet wird.

Grundsätzlich führen alle Ausführungsformen der Erfindung zu einer deutlichen Verringerung der Zuheizenergiemenge sowie des konstruktiven Aufwands, so dass ein wesentlich wirt­ schaftlicherer und umweltfreundlicherer Betrieb gegenüber dem Stand der Technik möglich ist.

Ausführungsbeispiele

Mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand der nachfol­ genden Figuren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einer Brenn­ kraftmaschine,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren er­ findungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit mehreren Wärmetauscherein­ heiten,

Fig. 5 ein prinzipieller Temperaturverlauf in einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit einer Verzweigungsstelle im Abgasstrang,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit einem Wärmetauscher, der ei­ ne katalytisch aktive Beschichtung aufweist,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit zwei Wärmetauschern und

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung mit zwei Abgasnachbehandlungs­ anlagen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Blockdarstellung einen erfin­ dungsgemäßen Wärmetauscher 1, der mittels einer Verbindungs­ leitung 2 mit einer Brennkraftmaschine 3 verbunden ist. Wei­ terhin ist in Fig. 1 eine Ansaugleitung 4 der Brennkraftma­ schine 3 sowie eine Abgasausleitung 5 dargestellt.

Die Ausleitung des Abgases kann in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wahlweise über eine Wärmetauscherableitung 6 oder über eine optional anzubringende Drosselklappe 7 zur Abgasausleitung 5 geführt werden. Mittels der Drosselklappe 7 kann eine Umgehung der Wärmetauscherstruktur des Wärmetau­ schers 1 ermöglicht werden, so dass insbesondere bei Voll­ lastbetrieb der Brennkraftmaschine 3 eine Überhitzung des Wärmetauschers 1 beziehungsweise eines in der Fig. 1 nicht näher dargestellten Partikelfilters verhindert wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfasst weiterhin eine Heizvorrichtung 8 sowie eine Steuereinheit 9. Nicht nä­ her dargestellte Temperatur- beziehungsweise Drucksensoren ermitteln beispielsweise den Druck vor und hinter dem Wärme­ tauscher 1 beziehungsweise dem Filter. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 3 wird im Abgas enthaltener Ruß am Filter abgelagert, so dass die Steuereinheit 9 mittels der erwähnten Drucksensoren eine Druckdifferenz vor und hinter dem Wärmetauscher 1 mit fortschreitender Belegung des Fil­ ters mit Ruß ermittelt. Überschreitet die ermittelte Druck­ differenz einen einstellbaren Schwellenwert, so wird bei­ spielsweise die Heizvorrichtung 8 zur Einleitung der Filter­ regeneration gezündet.

Weitere Strategien zur Einleitung der Filterregeneration, die auch ohne Druckdifferenzmessung arbeiten, sind möglich. Beispiele hierfür sind Betriebsdauer gesteuerte Verfahren oder die Erkennung von Betriebszuständen, die besonders ge­ ringe zusätzliche Heizenergie erfordert.

In Fig. 2 ist ein Wärmetauscher 1 einschließlich eines Fil­ ters 10 während einer Betriebsphase der Heizvorrichtung 8 ausgeführt. Hierbei ist die Heizvorrichtung 8 als Brenner schematisch dargestellt, wobei jedoch auch elektrische sowie andere chemische, zum Beispiel katalytische, Umsetzungen ei­ nes Heizstoffes realisierbar sind. Hierbei können sowohl se­ parate Heizvorrichtungen 8 als auch integrierte Heizvorrich­ tungen verwendet werden. Beispielsweise können elektrisch leitfähige Keramiken oder die Integration von Heizdrähten in eine elektrisch isolierende Sinterkeramik vorgesehen werden. Die Keramik kann vorteilhafterweise hierbei gleichzeitig als Filter vorgesehen werden, wobei katalytisch beschichtete als auch nicht katalytisch beschichtete Keramiken einsetzbar sind. Weiterhin ist wahlweise die Einbringung einer zusätz­ lichen thermischen Energie im Gasstrom- oder am Wärmetau­ schergehäuse realisierbar.

Die Erwärmung eines Zustroms 11, d. h. das von der Brenn­ kraftmaschine 3 über die Verbindungsleitung 2 in den Wärme­ tauscher 1 strömende Abgas, erfolgt mittels der Abwärme des filtrierten Abgases über eine Wärmetauscherwand 12. Erfin­ dungsgemäß erfolgt der Wärmeübergang sowohl in einem Ein­ gangsbereich B bzw. Filterbereich D als auch in einem Aus­ gangsbereich E bzw. Eingangsbereich A des Wärmetauschers 1. Im Ausgangsbereich E, einschließlich dem Filterbereich D, erstreckt sich ein Abstrom 13. Hierbei wird erfindungsgemäß eine möglichst weitestgehende Abkühlung des Abstroms 13 mit­ tels dem Wärmetauscher 1 vorgesehen.

Die höhere Temperatur des Filters 10 beziehungsweise des Ab­ stroms 13 wird beispielsweise mittels einer exothermen Reak­ tion bei der katalytischen Oxidation vom im Zustrom 11 vor­ handenen restlichen Kohlenwasserstoffen im Bereich D des Filters 10 und/oder mittels der Heizvorrichtung 8 erreicht.

In Fig. 5 ist beispielhaft ein prinzipieller Temperaturver­ lauf im Wärmetauscher 1 dargestellt. Die Fig. 5 verdeut­ licht, dass der Zustrom 11 in den Wärmetauscher 1 mit einer Eingangstemperatur T_e geleitet wird. Im Eingangsbereich A, B wird der Zustrom 11 sehr stark vorgewärmt, so dass das Abgas in einem Heizbereich C mittels der Heizvorrichtung 8 ver­ gleichsweise wenig zusätzlich erwärmt werden muss, um über eine Zündtemperatur T_z angehoben zu werden. Oberhalb der Zündtemperatur T_z erfolgt eine selbständige Zündung des Ab­ gasstromes, so dass die Regeneration des Filters 10 erfolgt. Die Regenerierung des Filters 10 im Wärmetauscher 11 kann bei entsprechender Filter- beziehungsweise Wärmetauscheraus­ legung exotherm beziehungsweise mindestens autotherm verlau­ fen, so dass das Einbringen von weiterer Zuheizenergie mit­ tels der Heizvorrichtung 8 beendet werden kann.

Entsprechend dem Temperaturverlauf im Filterbereich D sinkt die Abgastemperatur leicht ab. Insbesondere im Ausgangsbe­ reich E wird dem Abstrom 13 vergleichsweise viel Wärme ent­ zogen, so dass er den Wärmetauscher 1 mit einer vergleichs­ weise geringen Ausgangstemperatur T_a verlässt. Insbesondere Fig. 5 verdeutlicht, dass eine möglichst weite Absenkung der Ausgangstemperatur T_a für die Vorwärmung des Zustroms 11 und somit für die Regeneration des Filters 10 von Vorteil ist.

Der Wärmetauscher 1 in Fig. 3 weist gegenüber dem Wärmetau­ scher 1 der Fig. 2 eine Drosselklappe 7 auf, die eine teil­ weise oder vollständige Umgehung der Wärmetauscherstruktur, d. h. der Wärmerückgewinnung zur Erwärmung des zu filtrieren­ den Abgases, ermöglicht. Hierdurch kann beispielsweise im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine 3 eine Überhitzung des Filters 10 beziehungsweise eines weiteren Filters 14 verhindert werden.

Wie bereits bekannt, weist das Abgas einer im Volllastbe­ trieb arbeitenden Brennkraftmaschine 3 bereits Temperaturen über der Zündtemperatur T_z des Filters 10, 14 auf, so dass eine Wärmerückgewinnung mittels dem Wärmetauscher 1 ver­ zichtbar beziehungsweise eine Vermeidung der Überhitzung der Filter 10, 14 vorteilhaft ist. In der Ausführung der Fig. 3 strömt der Zustrom 11 nahezu vollständig über die Drossel­ klappe 7 als Abstrom 15 ab. Da hierbei der Filter 10 umgan­ gen wird, wird aus diesem Grund der Filter 14 zur Filtrie­ rung des Volllastabgasstromes benötigt.

In Fig. 4 ist ein Wärmetauscher 16 schematisch dargestellt, der eine Parallelschaltung von mehreren Wärmetauschern 1 der Fig. 2 aufweist. Die Parallelverschaltung der Wärmetau­ scher 1 vergrößert insbesondere die Gesamtfläche der Wärme­ tauscherwand 12, so dass eine verbesserte Wärmerückgewinnung erfolgt. Zur Abführung der Abströme 13 sind mehrere Öffnun­ gen 17 vorgesehen.

Grundsätzlich können in einer nicht begrenzten Anzahl Wärme­ tauschereinheiten 1 miteinander verschaltet werden. Darüber hinaus ist sowohl eine direkte Zuführung der Zuströme 11 von einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 3 sowie eine Zu­ führung mittels einer Sammelleitung und anschließenden Auf­ teilung in Einzelleitungen realisierbar. Ebenso ist die Ver­ wendung einer einzelnen Heizvorrichtung 8 sowie die Verwen­ dung mehrerer Heizvorrichtungen im Wärmetauscher 16 umsetz­ bar. Die Öffnungen 17 werden vorteilhafterweise in einer einzelnen Abgasableitung 5 stromabwärts des Wärmetauschers 16 zusammengefasst.

Weiterhin kann bei allen erfindungsgemäßen Vorrichtungen als Kontrollmechanismus für eine erfolgreiche Zündung des Ruß­ filters ein Temperaturfühler an geeigneter Stelle im Wärme­ tauscher 1, 16 insbesondere im oder unmittelbar hinter dem Filter 10, 14 angeordnet werden. Die gemessene Temperatur kann mittels der Steuereinheit 9 dafür verwendet werden, dass die Heizleistung der Heizvorrichtung 8 gesteuert und gegebenenfalls abgeschaltet wird. Bei stark rußendem Motor oder wenn genügend Kohlenwasserstoffe im Zustrom 11 enthal­ ten sind und gleichzeitig der Filter 10, 14 katalytisch ak­ tiv die Umsetzung der Kohlenwasserstoffe ermöglicht, kann die Oxidation des Rußes und der Kohlenwasserstoffe auch kon­ tinuierlich nach einer einmaligen Zündung der Heizvorrich­ tung 8 erfolgen.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung dargestellt. Dabei weist die Verbindungs­ leitung 2 eine 3-Wege-Abgasklappe 20 auf, über die sich der die Verbrennungsmaschine 3 verlassende Abgasstrom 11 in ei­ nen Haupt- und einen Nebenstrom aufteilen läßt. Während ei­ ner Kaltstartphase des Verbrennungsmotors 3 oder eines Rege­ nerationsvorgangs des Filters 10 wird beispielsweise die 3- Wege-Abgasklappe 20 so eingestellt, daß nur ein kleiner An­ teil des Abgases als Nebenstrom in den Wärmetauscher 1 und nachfolgend zur Heizeinrichtung 8 bzw. dem Filter 10 ge­ langt. Dies ist vorteilhaft, da während eines Kaltstarts die Abgastemperatur für eine Regeneration des Filters 10 zu ge­ ring ist und das Abgas über die Heizvorrichtung 10 erwärmt werden muß. Da durch Aufteilung des Abgasstroms zu diesem Zeitpunkt nur ein geringer Anteil des Abgases erwärmt werden muß, wird eine höhere Abgastemperatur bei vergleichsweise geringem Heizenergieverbrauch erreicht. Währenddessen wird der Hauptstrom des Abgases über die Abgasleitung 22 am Wär­ metauscher 1 vorbei geleitet und beispielsweise direkt an die Umgebungsluft abgegeben.

Sobald das die Heizeinrichtung 8 erreichende Abgas eine aus­ reichend hohe Temperatur aufweist, wird die 3-Wege- Abgasklappe 20 so eingestellt, daß der gesamte Abgasstrom über die Verbindungsleitung 2 dem Wärmetauscher 1 zugeführt wird.

Soll verhindert werden, daß es beim Auftreten von sehr hei­ ßen Abgasen 11 zu einer Überhitzung des Filters 10 kommt, so kann der über die Abgasleitung 22 abgeleitete Hauptstrom des Abgases gemäß Fig. 7 vorzugsweise vor dem Filter 10 unter Umgehung des Wärmetauschers 1 wieder mit dem Nebenstrom ver­ einigt werden. Durch Umgehung des Wärmetauschers 1 wird eine weitere Aufheizung der heißen Abgase vermieden und der Ab­ gasgegendruck reduziert. Als Heizvorrichtung ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Kraftstoffinjektion an einer Zu­ fuhrstelle 28 in die Verbindungsleitung 2 vorgesehen. An­ schließend erfolgt eine vorzugsweise katalytische Umsetzung des eingespritzten Kraftstoffs an einer beispielsweise in den Wärmetauscher 1 integrierten, katalytisch aktiven Schicht 30 mit im Abgas enthaltenem Restsauerstoff.

In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung dargestellt, das zwei Systeme jeweils be­ stehend aus Zufuhrstelle 28, 29, Wärmetauscher 1, 21, kata­ lytisch aktiver Beschichtung 30, 32 und Filter 10, 40 auf­ weist. Hier kann der die Brennkraftmaschine 3 verlassende Abgasstrom 11 über die 3-Wege-Abgasklappe 20 je nach Regene­ rierungsbedarf der Filter 10, 40 so aufgeteilt werden, daß beispielsweise während eines Regenerierungsvorgangs des Fil­ ters 10 nur ein Nebenstrom des Abgases über die Verbindungs­ leitung 2 dem Wärmetauscher 1 zugeführt wird und der Haupt­ strom über die Abgasleitung 22 dem Wärmetauscher 21 und um­ gekehrt.

Während einer Kaltstartphase wird der Hauptstrom des Abgases vorzugsweise über den ersten Filter 10 geleitet, der die im Abgas enthaltenen Partikel zurückhält, aufgrund der geringen Temperatur der passierenden Abgase jedoch keine Regeneration erfahren kann. Ein Nebenstrom des Abgases wird dabei dem zweiten Filter 40 zugeführt und über Kraftstoffinjektion an der Zufuhrstelle 29 und katalytischer Umsetzung an der kata­ lytisch aktiven Schicht 32 erwärmt. Sobald die Abgase am zweiten Filter 40 eine für eine Regeneration ausreichende Temperatur aufweisen, wird mittels der 3-Wege-Abgasklappe 20 der Hauptstrom des Abgases dem zweiten Filter 40 zugeführt und der erste Filter 10 beispielsweise durch Kraftstoffin­ jektion an der Zufuhrstelle 28 und katalytischer Umsetzung desselben an der katalytisch aktiven Schicht 30 einer Rege­ neration unterworfen.

Da für diese Vorgehensweise die Existenz eines zweiten Wär­ metauschers 21 nicht zwingend notwendig ist, kann gemäß ei­ nem weiteren, in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel zwar beispielsweise dem ersten Filter 10 ein Wärmetauscher 1 vorzugsweise mit katalytisch aktiver Beschichtung 30 voran­ geschaltet werden, der zweite Filter 40 jedoch lediglich über die Abgasleitung 22 mit integrierter Heizvorrichtung 8 mit der 3-Wege-Abgasklappe 20 verbunden werden. Die 3-Wege- Abgasklappe 20 kann alternativ durch zwei hintereinander ge­ schaltete Absperrventile ersetzt werden.

Grundsätzlich sind die beschriebenen Ausführungsformen auch auf Abgasnachbehandlungssysteme übertragbar, bei denen zu­ sätzlich oder anstelle des Partikelfilters ein NOx- Speicherkatalysator eingesetzt wird.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur Abgasbehandlung einer Brennkraftma­ schine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, mit ei­ nem Partikelfilter, wobei eine Regeneration des Partikelfil­ ters vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wärmetauscher (1, 16, 21) zur Erwärmung des zu filtrie­ renden Abgases (11) wenigstens mittels der Abwärme des fil­ trierten Abgases (13) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sammeleinheit zur Zuführung des gesamten Ab­ gasstroms (11) in den Wärmetauscher (1, 16, 21) vor diesem angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Partikelfilter (10, 14, 40) und der Wärmetauscher (1) als bauliche Einheit (1) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zuheizvorrich­ tung (8) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine wenigstens temperatur-, zeit-, gaszusammensetzungs- und/oder druckabhängige Steue­ rung (9) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Zufuhr wenigstens von Luft in den Abgasstrom vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1, 16) eine oberflächenvergrößernde Struktur (16) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abga­ ses (11) vor dem Wärmetauscher (1, 21) die Verbindungslei­ tung (2) eine Verzweigungsstelle (20) zur Teilung des Ab­ gasstromes in einen Haupt- und einen Nebenstrom aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Partikelfilter (10, 14, 40) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, dass zwei Wärmetauscher (1, 16, 21) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (1, 21) zu­ mindest in einem Teilbereich eine katalytische Beschichtung (30, 32) aufweist.

12. Verfahren zur Regeneration eines Abgasnachbehand­ lungssystems, insbesondere eines Partikelfilters, dadurch gekennzeichnet, dass während der Regeneration das Abgas (11) in einen Haupt- und einen Teilstrom aufgeteilt wird und der Teilstrom beheizt und dem Abgasnachbehandlungssystem (10, 14, 40) zugeführt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstrom des Abgases während der Regeneration ei­ nem zweiten Abgasnachbehandlungssystem zugeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, dass es während der Kaltstartphase einer Brenn­ kraftmaschine (3) durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt wird.