DE102005008638A1 - Particle filter arrangement for diesel engine has first filter part and second filter part whereby between two filter parts one mechanism is arranged for withdrawal of portion of exhaust gas which can be recycled - Google Patents

Particle filter arrangement for diesel engine has first filter part and second filter part whereby between two filter parts one mechanism is arranged for withdrawal of portion of exhaust gas which can be recycled Download PDF

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Abstract

The particle filter arrangement (14) has first filter part (DPF 1) and second filter part (DPF 2) whereby between two filter parts a mechanism is arranged for withdrawal of a portion of exhaust gas which can be recycled.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelfilteranordnung für einen Dieselmotor mit einer Abgasrückführung, mit der ein Anteil des Abgases abgezweigt und in den Ansaugtrakt rückgeführt wird, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The present invention relates to a particulate filter assembly for a Diesel engine with exhaust gas recirculation, with a portion of the exhaust gas is branched off and returned to the intake, after the preamble of claim 1.

Der dem Brennraum über eine Abgasrückführung nochmals zugeführt Abgasanteil dient zur Absenkung der Verbrennungs-Spitzentemperatur. Da die NOx-Bildung überproportional mit der Verbrennungstemperatur steigt, stellt die Abgasrückführung als temperatursenkende Maßnahme eine sehr wirkungsvolle Methode zur NOx-Senkung dar.Of the over the combustion chamber an exhaust gas recirculation again supplied Exhaust gas portion serves to lower the combustion peak temperature. There the NOx formation disproportionately increases with the combustion temperature, represents the exhaust gas recirculation as temperature-reducing measure a very effective method for NOx reduction.

Die Entwicklung neuer Brennverfahren (z.B. teilhomogenes Verbrennungsverfahren) erfordern neu gestaltete Abgasrückführungssysteme, um die gewünschten hohen Abgasrückführraten zu erzielen.The Development of new combustion processes (e.g., partially homogeneous combustion process) require redesigned exhaust gas recirculation systems, to the desired high exhaust gas recirculation rates to achieve.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei Dieselmotoren mit einer im Abgasstrang angeordneten Diesel-Partikelfilteranordnung das Abgas nach dem Partikelfilter zu entnehmen (Niederdruck-Abgasrückführung). Ein Vorteil gegenüber einer hinter dem Motor abgezweigten Hochdruck-Abgasrückführung besteht u. a. darin, dass das Abgas schon weiter abgekühlt, sauber und nahezu pulsationsfrei ist. Ein weiterer Vorteil dieser Niederdruck-Abgasrückführung wird auch darin gesehen, dass insbesondere bei einem teilhomogenen Verbrennungsverfahren hohe Abgasrückführungsraten auch in höheren Lastbereichen bis hin zur Volllast verwirklicht werden können.It has already been proposed in diesel engines with an im Exhaust line arranged diesel particulate filter assembly, the exhaust gas to be taken after the particulate filter (low-pressure exhaust gas recirculation). An advantage over a branched off behind the engine high-pressure exhaust gas recirculation is u. a. in this, that the exhaust already cooled down, clean and almost pulsation-free is. Another advantage of this low-pressure exhaust gas recirculation will also seen in that, especially in a partially homogeneous combustion process high exhaust gas recirculation rates even in higher ones Load ranges up to full load can be realized.

Ein Problem bei der Niederdruck-Abgasrückführung, d.h. bei einer Abzweigung des rückzuführenden Abgasanteiles nach dem Partikelfilter, ist die Tatsache, dass dieser Partikelfilter mit dem gesamten Abgasmassenstrom beaufschlagt wird. Da die modernen Diesel-Partikelfilter im Allgemeinen auch eine integrierte Beschichtung für die CO- und HC-Konvertierung und gegebenenfalls auch mit einer zusätzlichen NOx-Speicherbeschichtung für extreme Niedrigemissionskonzepte versehen sind, wird infolgedessen der gesamte Abgasmassenstrom auch über diese Beschichtungen geführt. Dies führt zu hohen Raumgeschwindigkeiten in diesem aus dem Partikelfilter und den erwähnten Beschichtungen bestehenden Bauteil und infolge einer Belegung der Beschichtungsfläche insbesondere bei der NOx-Speicherbeschichtung, aber auch bei der HC- und CO-Beschichtung, zu einem schlechteren Konvertierungsgrad des im Abgasrückführungsbetrieb rückzuführenden Abgasanteils.One Problem with low pressure exhaust gas recirculation, i. at a turnoff of the to be returned Exhaust gas fraction after the particulate filter, is the fact that this Particle filter is acted upon with the entire exhaust gas mass flow. Because the modern diesel particulate filter generally also an integrated coating for the CO and HC conversion and optionally also with an additional NOx storage coating for extreme low emission concepts As a result, the entire exhaust gas mass flow is also over this Coatings led. this leads to too high space velocities in this from the particulate filter and the mentioned Coatings existing component and as a result of occupancy of coating area especially in the NOx storage coating, but also in the HC and CO coating, to a poorer degree of conversion of the recirculated in the exhaust gas recirculation mode Exhaust gas component.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Partikelfilteranordnung für einen Dieselmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, bei welcher die oben beschriebenen, aus der Kombination eines Diesel-Partikelfilters mit einer Niederdruck-Abgasrückführung sich ergebenden Nachteile vermieden werden.It The object of the present invention is a particle filter arrangement for one Diesel engine according to the preamble of claim 1, in which the above-described, from the combination of a diesel particulate filter with a low-pressure exhaust gas recirculation itself resulting disadvantages are avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Partikelfilter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These The object is achieved by a Particulate filter solved with the features of claim 1. preferred embodiments The invention are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist die Partikelfilteranordnung zweistufig mit einem ersten Filterteil DPF 1 und einem nachgeordneten zweiten Filterteil DPF 2 ausgebildet und der rückzuführende Anteil des Abgases wird hinter dem ersten Filterteil abgezweigt wird.According to the invention Particle filter assembly in two stages with a first filter part DPF 1 and a downstream second filter part DPF 2 is formed and the portion to be redeemed of the exhaust gas is branched off behind the first filter part.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass durch Aufteilen der gesamten Partikelfilteranordnung in zwei Filterteile eine bessere Anpassung an die für den rückzuführenden Abgasanteil einerseits und den in die Umgebung abzuführenden Abgasanteil andererseits erforderliche Nachbehandlung möglich und damit eine gewisse Optimierung der gesamten Partikelfilteranordnung realisierbar ist.Of the Invention is based on the idea that by dividing the entire Particulate filter arrangement in two filter parts a better adaptation the for the to be returned Exhaust gas on the one hand and the discharged into the environment On the other hand required exhaust gas treatment possible and thus a certain optimization of the entire particle filter arrangement is feasible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Filterteil DPF 1 der Partikelfilteranordnung ein Grobfilter und der zweite Filterteil DPF 2 ein das gesamte Partikelgrößenspektrum abdeckender Filter ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der für die Rückführung vorgesehene Abgasanteil von größeren Partikeln gereinigt ist und so vorgereinigt in den Ansaugtrakt gelangt. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der rückgeführte Abgasanteil vor dem Verdichter eines Abgasturboladers in den Ansaugtrakt geleitet wird, weil dann der Verdichter nicht durch Rußpartikel verunreinigt wird. Der erste Filterteil kann an diese besondere Aufgabe in idealer Weise angepasst werden.In A preferred embodiment of the invention provides that the first filter part DPF 1 of the particulate filter assembly a coarse filter and the second filter part DPF 2 the entire particle size spectrum covering filter is. In this way it is achieved that the for the Return provided Exhaust gas content of larger particles cleaned and thus pre-cleaned enters the intake system. This is especially advantageous if the recycled exhaust gas before the compressor an exhaust gas turbocharger is directed into the intake tract, because then the compressor is not affected by sooty particles is contaminated. The first filter part can address this particular task be adapted in an ideal way.

Der zweite Filterteil wird nur noch von dem restlichen, in die Außenumgebung abzuführenden Abgasanteil beaufschlagt, der zudem schon von groben Partikeln gereinigt ist. Auch dieser Filterteil kann in idealer Weise an diese Aufgabe angepasst und optimiert werden.Of the second filter part is only left of the rest, in the outdoor environment exhaust gas to be discharged charged, which is also already cleaned of coarse particles. Also, this filter part can be ideally adapted to this task and be optimized.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Filterteil DPF 1 und der zweite Filterteil DPF 2 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, so dass sich die gesamte Partikelfilteranordnung kompakt ausführen lässt. Eine derartige Anordnung bietet darüber hinaus die Möglichkeit, beide Filterteile mittels einer gemeinsamen Regenerativnseinrichtung beispielsweise thermisch zu regenerieren. Dabei wird hier eine thermische Regeneration bewirkt durch ein Nacheinspritzen von Kraftstoff durch die Motorventile, durch ein Einspritzen von Kraftstoff durch ein im Abgasstrang angeordnetes Ventil, d.h. eine externe Nacheinspritzung, oder durch ein Heizelement.In a further embodiment of the invention, it is provided that the first filter part DPF 1 and the second filter part DPF 2 are arranged in a common housing, so that the entire particle filter arrangement can be made compact. Such an arrangement also offers the possibility of both filter parts by means of a common regenerative device, for example, ther to regenerate. Here, a thermal regeneration is effected by a post-injection of fuel through the engine valves, by injecting fuel through a valve disposed in the exhaust line valve, ie an external post-injection, or by a heating element.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest der erste Filterteil DPF 1 mit einer Beschichtung zur CO- und HC-Konvertierung versehen ist, so dass der rückgeführte Abgasanteil entsprechend vorgereinigt dem Dieselmotor zugeführt wird, womit in bekannter Weise die gesamten schädlichen Emissionen verringert werden.In Another embodiment of the invention is provided that at least the first filter part DPF 1 with a coating for CO and HC conversion is provided so that the recirculated exhaust gas fraction pre-cleaned according to the diesel engine is supplied, which in known Way the whole harmful Emissions are reduced.

In ähnlicher Weise ist vorgesehen, dass zumindest der zweite Filterteil DPF 2 mit einer Beschichtung zur CO-, HC- und NOx-Konvertierung versehen ist, durch die der in die Außenumgebung abgeführte Abgasanteil den Vorschriften entsprechend gereinigt wird. Durch die Zusammenfassung der unterschiedlichen Funktionalitäten in jeweils einer Baueinheit lässt sich auch der für den Einbau dieser Baueinheiten erforderliche Einbauraum minimieren.In similar It is provided that at least the second filter part DPF second provided with a coating for CO, HC and NOx conversion is through which the in the outside environment dissipated Exhaust gas content is cleaned according to the regulations. By the summary of the different functionalities in each case a unit leaves also the for Minimize installation space required for installation of these units.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Möglichkeit, den bei Partikelfiltern üblichen Abgasgegendruck des zweiten Filterteils DPF 2 auszunutzen, um mit hinreichend großem Druckgefälle zur Ansaugseite große Abgasrückführmengen in den Ansaugtrakt, insbesondere vor den Verdichter eines Abgasturboladers zu transportieren. Auf diese Wiese könnte auf eine Abgasklappe nach der Abgasrückführ-Entnahmestelle verzichtet werden.One Another advantage of the arrangement according to the invention is the possibility the usual with particulate filters Exhaust back pressure of the second filter part DPF 2 exploit to sufficiently large pressure gradient for Suction side big Exhaust gas recirculation amounts in the intake, in particular in front of the compressor of an exhaust gas turbocharger to transport. On this meadow could on an exhaust flap after the Exhaust gas recirculation removal location be waived.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben.One embodiment The invention is illustrated in the drawing and in the following described in more detail.

Die einzige Figur zeigt schematisch einen Dieselmotor mit einer im Abgasstrang angeordneten Diesel-Partikelfilteranordnung gemäß der Erfindung.The single figure shows schematically a diesel engine with one in the exhaust system arranged diesel particulate filter assembly according to the invention.

Der Dieselmotor 2 hat einen als Ganzes mit 4 bezeichneten Ansaugtrakt sowie einen als Ganzes mit 6 bezeichneten Abgasstrang. Die in der Figur dargestellte Ausführungsform besitzt einen Abgasturbolader 8 mit einer Turbine 10, die von den im Abgasstrang 6 strömenden Abgasen angetrieben wird, sowie einem mit der Turbine 10 in Antriebsverbindung stehenden Verdichter 12, welcher dem Dieselmotor 2 vorverdichtete Ansaugluft zuführt.The diesel engine 2 has one as a whole 4 designated intake tract and one as a whole with 6 designated exhaust system. The embodiment shown in the figure has an exhaust gas turbocharger 8th with a turbine 10 that of the exhaust system 6 flowing exhaust gases is driven, as well as one with the turbine 10 in drive connected compressor 12 , which is the diesel engine 2 pre-compressed intake air feeds.

Im Abgasstrang 6 hinter der Turbine 10 ist eine Partikelfilteranordnung 14 angeordnet. Die Partikelfilteranordnung 14 besteht aus einem ersten Filterteil DPF 1 und einem stromabwärts davon angeordneten zweiten Filterteil DPF 2.In the exhaust system 6 behind the turbine 10 is a particle filter arrangement 14 arranged. The particle filter arrangement 14 consists of a first filter part DPF 1 and a second filter part DPF 2 arranged downstream thereof.

Hinter dem ersten Filterteil DPF 1 wird ein für eine Rückführung vorgesehener Abgasanteil abgezweigt und über eine Abzweigleitung 16 und einen Abgasrückführkühler 18 vor dem Verdichter 12 in den Ansaugtrakt 4 rückgeführt.Behind the first filter part DPF 1, a portion of exhaust gas intended for recirculation is branched off and via a branch line 16 and an exhaust gas recirculation cooler 18 in front of the compressor 12 in the intake tract 4 recycled.

Der restliche Abgasanteil wird über den zweiten Filterteil DPF 2 und über einen nicht dargestellten Schalldämpfer in die Außenumgebung abgeführt.Of the remaining exhaust gas is over the second filter part DPF 2 and a muffler, not shown in the outside environment dissipated.

Der erste Filterteil DPF 1 ist als Grobfilter ausgebildet, welcher das Abgas vorreinigt, so dass der Verdichter 12 im Wesentlichen nicht durch Partikel verunreinigt wird. Der erste Filterteil DPF 1 kann außerdem zumindest mit einer HC- und CO-Oxidationsbeschichtung ausgestattet sein, so dass das dem Dieselmotor 2 zugeführte Abgas weniger belastet ist mit der Folge, dass die Gesamtemissionen verringert werden.The first filter part DPF 1 is formed as a coarse filter, which pre-purifies the exhaust gas, so that the compressor 12 essentially not contaminated by particles. The first filter part DPF 1 can also be equipped at least with a HC and CO oxidation coating, so that the diesel engine 2 supplied exhaust gas is less loaded with the result that the total emissions are reduced.

Der zweite Filterteil DPF 2 ist als ein das gesamte Partikelgrößenspektrum abdeckender Filter ausgebildet, und er kann mit einer Beschichtung zur CO-, HC- und NOx-Konvertierung versehen sein.Of the second filter part DPF 2 is as a the whole particle size spectrum formed covering filter, and he can with a coating be provided for CO, HC and NOx conversion.

Der erste Filterteil DPF 1 und der zweite Filterteil DPF 2 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 20 angeordnet. Der aus dem ersten Filterteil DPF 1 und dem zweiten Filterteil DPF 2 gebildeten Baueinheit ist eine nicht dargestellte Einrichtung beispielsweise zur thermischen Regeneration der beiden Filterteile zugeordnet, so dass beide Filterteile gemeinsam und gleichzeitig regeneriert werden können.The first filter part DPF 1 and the second filter part DPF 2 are in a common housing 20 arranged. The assembly formed from the first filter part DPF 1 and the second filter part DPF 2 is associated with a device, not shown, for example, for thermal regeneration of the two filter parts, so that both filter parts can be regenerated together and simultaneously.

22
Dieselmotordiesel engine
44
Ansaugtraktintake system
66
Abgasstrangexhaust gas line
88th
Abgasturboladerturbocharger
1010
Turbineturbine
1212
Verdichtercompressor
1414
Partikelfilteranordnungparticulate filter assembly
1616
Abzweigleitungbranch line
1818
AbgasrückführkühlerExhaust gas recirculation cooler
2020
Gehäusecasing
DPF 1DPF 1
erster Filterteilfirst filter part
DPF 2DPF 2
zweiter Filterteilsecond filter part

Claims (6)

Partikelfilteranordnung für eine Dieselbrennkraftmaschine mit einem Abgasrückführungssystem, bei welchem aus dem Abgasstrang ein Anteil des Abgases abgezweigt und in den Ansaugtrakt rückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelfilteranordnung zweistufig mit einem ersten Filterteil (DPF 1) und einem nachgeordneten zweiten Filterteil (DPF 2) ausgebildet ist, wobei zwischen dem ersten Filterteil (DPF 1) und dem zweiten Filterteil (DPF 2) eine Einrichtung zur Entnahme des rückzuführenden Anteils des Abgases angeordnet ist.Particulate filter arrangement for a diesel internal combustion engine with an exhaust gas recirculation system, in which a portion of the exhaust gas is branched off and returned to the intake tract, characterized in that the particulate filter assembly comprises two stages with a first filter part (DPF 1) and a downstream second Fil Part (DPF 2) is formed, wherein between the first filter part (DPF 1) and the second filter part (DPF 2) means for removing the recirculating portion of the exhaust gas is arranged. Partikelfilteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filterteil (DPF 1) der Partikelfilteranordnung ein Grobfilter und der zweite Filterteil (DPF 2) ein das gesamte Partikelgrößenspektrum abdeckender Filter ist.Particle filter arrangement according to claim 1, characterized in that the first filter part (DPF 1) of the particle filter arrangement a coarse filter and the second filter part (DPF 2) a the entire Particle size range covering filter is. Partikelfilteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Filterteil (DPF 1) und der zweite Filterteil (DPF 2) in einem gemeinsamen Gehäuse (20) angeordnet sind.Particulate filter arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the first filter part (DPF 1) and the second filter part (DPF 2) in a common housing ( 20 ) are arranged. Partikelfilteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Filterteil (DPF 1) und dem zweiten Filterteil (DPF 2) der Partikelfilteranordnung eine gemeinsame Einrichtung zur thermischen Regeneration zugeordnet ist.Particle filter arrangement according to claim 3, characterized characterized in that the first filter part (DPF 1) and the second Filter part (DPF 2) of the particulate filter assembly a common device is assigned for thermal regeneration. Partikelfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Filterteil (DPF 1) mit einer Beschichtung zur CO- und HC-Konvertierung ausgestattet ist.Particle filter arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the first filter part (DPF 1) is equipped with a coating for CO and HC conversion. Partikelfilteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der zweite Filterteil (DPF 2) mit einer Beschichtung zur CO-, HC- und NOx-Konvertierung ausgestattet ist.Particle filter arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least the second filter part (DPF 2) equipped with a coating for CO, HC and NOx conversion is.
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