DE102009010307A1 - Exhaust gas treatment device and method for operating an exhaust gas treatment device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Partikelfilter und einem in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilter (6). Der zweite Partikelfilter (6) umfasst wenigstens eine von dem Abgas durchströmbare Trageinrichtung (16), an welcher eine Filtereinheit (17) angeordnet ist. Hierbei ist eine Porengröße der Filtereinheit (17) geringer als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung (16). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.The invention relates to an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine, comprising a first particle filter and a second particle filter (6) arranged downstream of the first particle filter in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas treatment device. The second particle filter (6) comprises at least one carrying device (16) through which the exhaust gas can flow, to which a filter unit (17) is arranged. In this case, a pore size of the filter unit (17) is smaller than a pore size of the at least one carrying device (16). Furthermore, the invention relates to a method for operating an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Partikelfilter und einem in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilter. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasbehandlungseinrichtung.The The invention relates to an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine, with a first particle filter and one in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas treatment device arranged downstream of the first particulate filter second Particulate filter. Furthermore, the invention relates to a method for operating such an exhaust gas treatment device.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasbehandlungseinrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher bzw. mittels welchem noch rascher eine Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit des ersten Partikelfilters feststellbar ist.task It is the object of the present invention to provide an exhaust gas treatment device or to provide a method of the type mentioned, by means of which or by means of which an even more rapid impairment the functionality of the first particulate filter detectable is.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.These The object is achieved by an exhaust gas treatment device having the features of claim 1. Furthermore this task becomes solved by a method having the features of claim 17. Advantageous embodiments with appropriate Further developments of the invention are dependent on the respective Claims specified.
Die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine weist einen ersten Partikelfilter und einen in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilter auf. Der zweite Partikelfilter umfasst wenigstens eine von dem Abgas durchströmbare Trageinrichtung, an welcher eine Filtereinheit angeordnet ist, wobei eine Porengröße der Filtereinheit geringer ist als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung.The Exhaust treatment device according to the invention for an internal combustion engine has a first particle filter and one in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas treatment device arranged downstream of the first particulate filter second Particle filter on. The second particulate filter comprises at least a carrying device through which the exhaust gas can flow, on which a filter unit is arranged, wherein a pore size the filter unit is less than a pore size the at least one carrying device.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem aus dem Stand der Technik bekannten zweiten Partikelfilter einer Verringerung seiner Partikelaufnahmefähigkeit durch Vorsehen eines besonders kleinen Volumens desselben Grenzen gesetzt sind. Bei einer zu kleinen Dimensionierung des zweiten Partikelfilters ist nämlich dessen mechanische Stabilität eingeschränkt. Vorliegend gewährleistet die von dem Abgas durchströmbare, poröse Trageinrichtung die ausreichende mechanische Stabilität des zweiten Partikelfilters. Dadurch kann die zweite Filtereinheit, welche die im Vergleich zu der Trageinrichtung geringere Porengröße aufweist, vergleichsweise filigran und auf das besonders wirksame Abscheiden von Partikeln hin optimiert ausgelegt sein.Of the Invention is based on the finding that in one of the Prior art known second particulate filter reduction its particle absorbency by providing a particularly small volumes of the same limits are set. At one too small Sizing of the second particulate filter is namely its mechanical stability is limited. present ensures the exhaust flow through the exhaust, porous carrying device the sufficient mechanical stability of the second particulate filter. This allows the second filter unit, which compared to the support lower pore size has, relatively delicate and on the most effective Deposition of particles to be optimized optimized.
Beispielsweise ist die Filtereinheit als auf die Trageinrichtung aufgebrachte Filtermembran ausgebildet. Eine Beladung der Filtermembran nimmt dann infolge eines Schadens, beispielsweise eines Risses, des ersten Partikelfilters sehr rasch zu. Eine Dauer bis zum Feststellen der Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit des ersten Partikelfilters ist dann besonders gering. Dadurch ist eine besonders hohe Genauigkeit beim Ermitteln einer Verringerung eines Abscheidegrades des ersten Partikelfilters erreichbar. Des Weiteren sind durch diese Ausbildung des zweiten Partikelfilters dessen Bauraumbedarf, Gewicht und Kosten besonders gering. Darüber hinaus erhöht der zweite Partikelfilter den Gegendruck der Abgasbehandlungseinrichtung lediglich geringfügig.For example is the filter unit as applied to the support filter membrane educated. A loading of the filter membrane then decreases damage, such as a crack, of the first particulate filter very quickly too. A period until the impairment is determined the functionality of the first particulate filter is then especially low. This is a particularly high accuracy upon determining a reduction in a degree of separation of the first Particulate filter achievable. Furthermore, this training the second particulate filter whose space requirements, weight and cost especially low. In addition, the second one increases Particle filter the back pressure of the exhaust treatment device only slightly.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Porengröße der Filtereinheit wenigstens die Hälfte, insbesondere die Hälfte bis ein Zehntel, der Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung. Die Porengröße der Filtereinheit kann auch beispielsweise ein Fünftel der Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung betragen. Dadurch ist besonders wirksam zu gewährleisten, dass das Zurückhalten der Partikel im Abgas strom durch die Filtereinheit erfolgt. So kann eine Zunahme der Beladung des zweiten Partikelfilters besonders rasch und genau erfasst werden.In an advantageous embodiment of the invention the pore size of the filter unit at least the Half, in particular half to one tenth, the pore size of the at least one support device. The pore size of the filter unit may also be, for example one-fifth of the pore size of at least a carrying device amount. This is especially effective too ensure that the retention of the particles in the exhaust stream through the filter unit. So can an increase the loading of the second particulate filter particularly quickly and accurately be recorded.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Filtereinheit zum Zurückhalten von Partikeln mittels Oberflächenfiltration ausgebildet ist. Dadurch ist die Filtereinheit vom Abgas mit einem sehr geringen Druckverlust durchströmbar. Jedoch können Rußpartikel nicht in die Filtereinheit eindringen, sondern werden an der Oberfläche der Filtereinheit zurückgehalten.When Furthermore, it has been shown to be advantageous if the filter unit for Retention of particles by surface filtration is trained. As a result, the filter unit from the exhaust gas with a flowed through very low pressure loss. However, you can Soot particles do not penetrate into the filter unit, but are retained on the surface of the filter unit.
Die Filtereinheit kann insbesondere Mikrofiltrationseigenschaften aufweisen, so dass Rußpartikel von weniger als 10 μm Durchmesser, insbesondere Rußpartikel mit einem Durchmesser von 10 μm bis 0,1 μm, besonders gut von der Filtereinheit zurückgehalten werden.The Filter unit can in particular have microfiltration properties, so that soot particles of less than 10 μm diameter, in particular soot particles with a diameter of 10 microns to 0.1 μm, particularly well retained by the filter unit become.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Dicke der wenigstens einen Trageinrichtung ein Mehrfaches einer Dicke der Filtereinheit. Dadurch, dass die Filtereinheit also im Vergleich zu der Trageinrichtung besonders dünn ausgebildet ist, weist die Filtereinheit für das Abgas eine gute Durchströmbarkeit auf. Alternativ, bevorzugt jedoch ergänzend, beträgt eine Porosität der wenigstens einen Trageinrichtung ein Mehrfaches der Porosität der Filtereinheit. Die somit im Vergleich zu der Trageinrichtung wenige und vergleichsweise feine Poren aufweisende Filtereinheit setzt sich also bei einem Schaden des ersten Partikelfilters, etwa wenn dieser infolge von wiederholten Temperaturwechseln oder aufgrund einer langen Betriebsdauer einen Riss oder ein Loch aufweist, sehr schnell zu. Eine damit einhergehende signifikante Erhöhung des Druckabfalls an dem zweiten Partikelfilter ist auch mit wenig sensiblen und somit besonders robusten Druckerfassungsmitteln sehr einfach und eindeutig erfassbar.In a further advantageous embodiment of the invention a thickness of the at least one support means is a multiple of one Thickness of the filter unit. As a result, the filter unit compared in comparison is designed to be particularly thin to the support device, has the filter unit for the exhaust good flow through on. Alternatively, but preferably in addition, amounts a porosity of the at least one support means Multiple of the porosity of the filter unit. The thus in the Compared to the carrying device few and comparatively fine Pore-containing filter unit is thus in a damage of the first particulate filter, for example if this is due to repeated Temperature changes or due to a long service life one Crack or a hole, very fast too. An accompanying one Significantly increase the pressure drop across the second particulate filter is also with little sensitive and thus particularly robust pressure detection means very easy and clearly detectable.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt eine geringste Erstreckung der wenigstens einen Trageinrichtung quer zur Strömungsrichtung des Abgases ein Mehrfaches, insbesondere mindestens ein Fünffaches, einer Dicke der wenigstens einen Trageinrichtung. Bei einer beispielsweise als poröse runde Scheibe ausgebildeten Trageinrichtung beträgt somit der Durchmesser ein Mehrfaches, insbesondere das Fünffache oder das Zehnfache, der Dicke der Trageinrichtung. Durch diese flache Ausbildung der Trageinrichtung ist deren Durchströmungswiderstand besonders gering.at a further advantageous embodiment of the invention is a minimum extension of at least one Carrying device transverse to the flow direction of the exhaust gas a multiple, in particular at least a fivefold, a thickness of the at least one support device. For example as a porous round disc trained carrying device Thus, the diameter is a multiple, in particular five times or ten times the thickness of the carrying device. By this flat design of the support device whose flow resistance especially low.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine Trageinrichtung und die Filtereinheit zumindest bereichsweise aus einem gleichen Material gebildet sind. Dadurch sind Spannungen zwischen der Trageinrichtung und der Filtereinheit aufgrund eines unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens bei einer Temperaturerhöhung vermeidbar. Damit geht eine besonders hohe Haltbarkeit des zweiten Partikelfilters einher.When Furthermore, it has proved to be advantageous if the at least one Carrying device and the filter unit at least partially a same material are formed. This causes tensions between the carrying device and the filter unit due to a different Expansion behavior at a temperature increase avoidable. This is a particularly high durability of the second particulate filter associated.
Bei dem die Trageinrichtung und die Filtereinheit bildenden Material kann es sich insbesondere um ein metallisches oder keramisches Material handeln. Beispielsweise kann die Trageinrichtung als metallisches Drahtgestrick, als einlagiges oder mehrlagiges Sieb oder als Metallschaumbauteil ausgebildet sein. Die beispielsweise als Filtermembran ausgebildete Filtereinheit kann dann ein dichtes Metallfaservlies sein. Bevorzugt weist ein solches Vlies aus Metallfasern eine filzartige Struktur auf. Fasern des Vlieses können beim Herstellen der Filtereinheit und/oder des zweiten Partikelfilters beispielsweise durch Versintern miteinander verbunden sein. Insbesondere kann auch ein Verbinden von Trageinrichtung und Filtereinheit durch Sintern erfolgen. Zum Verbinden der separat hergestellten Filtereinheit mit der Trageinrichtung kann jedoch Löten oder Schweißen zum Einsatz kommen. Anstelle eines separaten Herstellens der Filtereinheit und einem Aufbringen auf die Trageinrichtung in einem nachgelagerten Prozess können alternativ Trageinrichtung und Filtereinheit im gleichen Herstellungsprozess hergestellt sein.at the material forming the supporting device and the filter unit it may in particular be a metallic or ceramic material act. For example, the support means as metallic Knitted wire, as a single-layer or multi-layer sieve or as a metal foam component be educated. For example, designed as a filter membrane Filter unit can then be a dense metal fiber fleece. Prefers For example, such a non-woven fabric of metal fibers has a felt-like structure on. Fibers of the nonwoven fabric can be used in the manufacture of the filter unit and / or of the second particulate filter, for example by sintering together be connected. In particular, can also be a connection of support means and filter unit by sintering done. To connect the separately However, manufactured filter unit with the support means can Soldering or welding are used. Instead of a separate manufacturing of the filter unit and an application on the carrying device in a downstream process can alternatively carrying device and filter unit in the same manufacturing process be prepared.
Ist die Trageinrichtung aus einem keramischen Material gebildet, etwa als hochporöses Keramikbauteil, so ist bevorzugt die Filtereinheit ebenfalls aus einem porösen keramischen Material gebildet.is the support means formed of a ceramic material, such as As a highly porous ceramic component, so is the preferred filter unit also formed from a porous ceramic material.
Für die Trageinrichtung und die Filtereinheit verwendete metallische oder keramische Materialien sind in vorteilhafter Weise hochtemperaturbeständig, so dass eine Anordnung in großer Nähe zu dem ersten Partikelfilter vorgesehen sein kann. Derartige hochtemperaturbeständige Materialien überstehen eine Temperaturbelastung von 900°C, insbesondere von 1200°C bis 1300°C, unbeschadet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beim Regenerieren des Partikelfilters, also beim Abbrennen von auf dem Partikelfilter abgelagertem Ruß, hohe Temperaturen in der Abgasbehandlungseinrichtung auftreten.For the carrying device and the filter unit used metallic or ceramic materials are advantageously high temperature resistant, so that an arrangement in close proximity to the first Particulate filter can be provided. Such high temperature resistant Materials withstand a temperature load of 900 ° C, in particular from 1200 ° C to 1300 ° C, without damage. This is particularly advantageous when regenerating the Particulate filter, so when burning off on the particulate filter deposited soot, high temperatures in the exhaust treatment device occur.
Die wenigstens eine Trageinrichtung kann stromabwärts und/oder stromaufwärts der Filtereinheit angeordnet sein. Wenn die Trageinrichtung sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Filtereinheit angeordnet ist, so kann ein stoffschlüssiges Verbinden der Filtereinheit mit wenigstens einer der Trageinrichtungen entfallen, da die Filtereinheit durch die beiderseits angeordneten Trageinrichtungen in ihrer Lage fixierbar ist.The at least one carrying device can be downstream and / or be arranged upstream of the filter unit. If the Carrying device both upstream and downstream the filter unit is arranged, so can a material connection the filter unit with at least one of the support devices omitted, because the filter unit by the support means arranged on both sides is fixable in their position.
Wenn die wenigstens eine Trageinrichtung stromaufwärts der Filtereinheit angeordnet ist, so kann die Trageinrichtung zusätzlich zu ihrer Stützfunktion eine Abscheidefunktion für Partikel übernehmen. Hierbei weist dann der zweite Partikelfilter auch Eigenschafen eines Tiefenfilters auf, da ein Abscheiden von Partikeln sowohl in Kanälen und/oder Poren der Trageinrichtung als auch auf der Oberfläche der Filtereinheit erfolgt.If the at least one support device upstream of the filter unit is arranged, the support means may additionally to their support function a Abscheidefunktion for Take over particles. Here then points the second particle filter Also properties of a depth filter, as a separation of Particles both in channels and / or pores of the support device as well as on the surface of the filter unit.
Ist die Filtereinheit zwischen zwei Trageinrichtungen angeordnet, so können sich die zwei Trageinrichtungen hinsichtlich des für sie jeweils verwendeten Werkstoffs und/oder hinsichtlich ihrer Struktur und/oder ihrer Porosität und/oder ihrer Porengröße unterscheiden.is arranged the filter unit between two support means, so can the two support devices with regard to the for each material used and / or terms their structure and / or their porosity and / or their Distinguish pore size.
Der zweite Partikelfilter kann zumindest im Wesentlichen senkrecht oder geneigt zur Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasbehandlungseinrichtung angeordnet sein. Durch ein Anordnen geneigt zur Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasbehandlungseinrichtung ist eine Vergrößerung der zum Abscheiden von Partikeln wirksamen Fläche des zweiten Partikelfilters erreichbar. Bei einem Einbau senkrecht zur Strömungsrichtung ist hingegen ein besonders geringer Bauraumbedarf gegeben.The second particle filter may be arranged at least substantially perpendicular or inclined to the flow direction of the exhaust gas in the exhaust gas treatment device. By arranging inclined to the flow direction of the exhaust gas in the exhaust gas treatment device is an increase in the effective area for the deposition of particles of the second particulate filter achievable. When installed perpendicular to the flow direction, however, a particularly small space requirement is given.
Zum Festlegen des zweiten Partikelfilters an einer Innenwand der Abgasbehandlungseinrichtung kann die Trageinrichtung mit der Innenwand durch Schweißen oder Löten verbunden sein. Ergänzend oder alternativ kann zwischen der Innenwand der Abgasbehandlungseinrichtung und der wenigsten einen Trageinrichtung eine Fasermatte oder dergleichen vorgesehen sein, wobei die Trageinrichtung durch eine Klemmwirkung der Fasermatte in der Abgasbehandlungseinrichtung lagefixiert ist. Diese Klemmwirkung wird insbesondere durch eine Ausdehnung der Fasermatte bei erhöhter Temperatur der Abgasbehandlungseinrichtung verbessert.To the Setting the second particulate filter on an inner wall of the exhaust treatment device can the support means with the inner wall by welding or Be connected soldering. Complementary or alternative can between the inner wall of the exhaust treatment device and the least one support means a fiber mat or the like provided be, wherein the support means by a clamping action of the fiber mat is fixed in position in the exhaust gas treatment device. This clamping effect in particular by an expansion of the fiber mat at elevated Improved temperature of the exhaust treatment device.
Zum Vergrößern einer wirksamen Filterfläche des zweiten Partikelfilters kann der zweite Partikelfilter wenigstes eine Erhebung aufweisen. Die Erhebung ist hierbei bevorzugt entgegen der Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet, um ein Akkumulieren von Partikeln in einem Verengungsbereich des zweiten Partikelfilters zu verhindern. Insbesondere kann eine Mehrzahl von konzentrischen Erhebungen vorgesehen sein. Ergänzend oder alternativ kann der zweite Partikelfilter eine Mehrzahl von zueinander parallelen Erhebungen aufweisen, so dass der zweite Partikelfilter im Längsschnitt ein gewelltes Profil aufweist.To the Increasing an effective filter area of the second particulate filter, the second particulate filter at least have a survey. The survey is preferred here opposite the flow direction of the exhaust gas aligned to accumulate of particles in a throat region of the second particulate filter to prevent. In particular, a plurality of concentric Surveys should be provided. In addition or alternatively can the second particulate filter has a plurality of mutually parallel ones Have elevations, so that the second particle filter in longitudinal section has a corrugated profile.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der zweite Partikelfilter durch eine Wärmeübertragung regenerierbar in dem Abgastrakt angeordnet ist, wobei die Wärmeüber tragung mittels eines thermischen Regenerierens des ersten Partikelfilters bewirkbar ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Abbrennen von Ruß, welcher mittels des ersten Partikelfilters aus dem Abgas abgeschieden wurde, zu einem Abbrennen von Ruß an dem zweiten Partikelfilter führt. Auf ein separates Regenerieren des zweiten Partikelfilters kann so verzichtet werden.When Furthermore, it has proved to be advantageous if the second particle filter regenerable by a heat transfer in the Exhaust tract is arranged, the heat transfer over by means of a thermal regeneration of the first particle filter is feasible. This can ensure that a burn off of soot, which by means of the first particulate filter the exhaust gas is deposited, to burn off soot leads to the second particle filter. On a separate regeneration of the second particulate filter can be dispensed with.
Um eine besonders effiziente Wärmeübertragung von dem ersten Partikelfilter auf den zweiten Partikelfilter zu bewirken, kann der zweite Partikelfilter innerhalb eines den ersten Partikelfilter umgebenden Gehäuses angeordnet sein. Hierbei kann ein Abstand von wenigen Zentimetern zwischen dem ersten Partikelfilter und dem zweiten Partikelfilter vorgesehen sein. Alternativ kann zumindest bereichsweise ein Berührkontakt von erstem Partikelfilter und zweitem Partikelfilter bestehen.Around a particularly efficient heat transfer from effect the first particulate filter on the second particulate filter For example, the second particulate filter may be within a first particulate filter be arranged surrounding housing. This can be a distance of a few centimeters between the first particle filter and the be provided second particulate filter. Alternatively, at least in some areas a touch contact of the first particle filter and second particulate filter.
Alternativ kann der zweite Partikelfilter in einem separaten Gehäuse untergebracht sein, welches im Vergleich zu einem Bereich des Abgastrakts stromaufwärts dieses separaten Gehäuses einen vergrößerten Querschnitt aufweist. Durch das Anordnen des zweiten Partikelfilters in dem Gehäuse, welches den ersten Partikelfilter umgibt, oder in dem separaten Gehäuse kann der zweite Partikelfilter also einen besonders großen durchströmbaren Querschnitt und damit einhergehend einen besonders geringen Durchströmungswiderstand aufweisen.alternative The second particulate filter can be housed in a separate housing be accommodated, which upstream compared to an area of the exhaust tract this separate housing an enlarged Cross section has. By placing the second particulate filter in the housing surrounding the first particulate filter, or in the separate housing, the second particulate filter So a particularly large flow-through cross-section and thus a particularly low flow resistance exhibit.
Dadurch, dass beim Regenerieren des ersten Partikelfilters der zweite Partikelfilter ebenfalls regeneriert wird, kann ein kontinuierliches Zunehmen der Beladung des zweiten Partikelfilters infolge des Betreibens des intakten ersten Partikelfilters vermieden werden. Solange also der erste Partikelfilter intakt ist und eine zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften ausreichende Partikelaufnahmefähigkeit aufweist, wird an dem zweiten Partikelfilter kein signifikanter Anstieg des Abgasgegendrucks beobachtbar sein.Thereby, in that, when regenerating the first particle filter, the second particle filter is also regenerated, can be a continuous increase in Loading the second particulate filter as a result of operating the intact first particle filter can be avoided. So long as that first particulate filter is intact and one to comply with legal Regulations has sufficient particle absorption capacity, At the second particulate filter, there will be no significant increase in Exhaust Backpressure be observable.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasbehandlungseinrichtung Druckerfassungsmittel und eine Auswerteeinrichtung auf, wobei mittels der Auswerteeinrichtung eine Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des zweiten Partikelfilters und einer Stelle stromabwärts des zweiten Partikelfilters im Hinblick auf einen Zustand des ersten Partikelfilters auswertbar ist. Die Differenz kann hierbei mittels eines Differenzdrucksensors oder mittels zweier Absolutdrucksensoren bestimmt werden. Übersteigt der Wert der Differenz einen Schwellenwert, kann auf einen Schaden des ersten Partikelfilters geschlossen werden. Demgegenüber kann bei einem Unterschreiten des Schwellenwerts auf einen unkritischen Zustand des ersten Partikelfilters geschlossen werden.According to one Further advantageous embodiment of the invention, the exhaust gas treatment device Pressure sensing means and an evaluation, wherein means the evaluation device, a difference in pressure between a Position upstream of the second particulate filter and a location downstream of the second particulate filter with respect to a state of the first particulate filter is evaluable. The difference can in this case by means of a differential pressure sensor or by means of two Absolute pressure sensors are determined. Exceeds the value the difference a threshold, may be due to damage of the first Particle filters are closed. In contrast, at falling below the threshold value to a non-critical state of the first particulate filter are closed.
Ein solches Auswerten der Differenz im Hinblick auf den Zustand des ersten Partikelfilters ist besonders sicher und rasch. Eine ergänzend oder alternativ vorsehbare Auswertung eines Temperaturanstiegs am zweiten Partikelfilter beim thermischen Regenerieren desselben würde hingegen eine Detektion eines Schadens des ersten Partikelfilters lediglich während des Regenerierens ermöglichen. Da das thermische Regenerieren in unterschiedlich großen Zeitabständen durchgeführt wird, ist ein Schaden des ersten Partikelfilters dann nicht immer sofort detektierbar. Demgegenüber kann beim Erfassen des Druckabfalls an dem zweiten Partikelfilter gegebenenfalls eine ohnehin vorhandene Messeinrichtung zum Erfassen des Druckabfalls am ersten Partikelfilter, insbesondere eine Messleitung, mitgenutzt werden.One such evaluation of the difference with regard to the state of first particulate filter is particularly safe and fast. An additional or alternatively predictable evaluation of a temperature rise at second particulate filter during thermal regeneration of the same would however, a detection of a damage of the first particulate filter only during regeneration allow. As the thermal regeneration in different time intervals performed is a damage of the first particulate filter then not always immediately detectable. In contrast, can when detecting the pressure drop across the second particulate filter, if necessary an already existing measuring device for detecting the pressure drop on the first particulate filter, in particular a measuring line, shared become.
Als vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, wenn ein den Zustand des ersten Partikelfilters charakterisierender Referenzwert der Differenz in einem Speicher abgelegt ist. Der Speicher kann hierbei in der Auswerteeinrichtung angeordnet sein. Bevorzugt charakterisiert der Referenzwert der Differenz beim anfänglichen In-Betrieb-Nehmen der Abgasbehandlungseinrichtung einen Neuzustand des ersten und des zweiten Partikelfilters. Wird gegenüber dem Referenzwert für den Neuzustand des ersten Partikelfilters ein Wert der Differenz erfasst, welcher größer ist als ein Schwellenwert, so kann mittels der Auswerteeinrichtung auf einen fehlerhaften Zustand des ersten Partikelfilters geschlossen werden. Ein solcher fehlerhafter Zustand des ersten Partikelfilters ist insbesondere über eine Kommunikationseinrichtung kommunizierbar, etwa in Form eines optischen und/oder akustischen Alarmsignals oder einer Anzeige oder dergleichen.It has proven to be advantageous in this case if a reference value of the difference characterizing the state of the first particle filter is stored in a memory. The memory can in this case be arranged in the evaluation device. Preferably, the reference value characterizes the difference in initial start-up of the exhaust treatment device, a new condition of the first and the second particulate filter. If, compared to the reference value for the new condition of the first particulate filter, a value of the difference is detected which is greater than a threshold value, it is possible to conclude an erroneous condition of the first particulate filter by means of the evaluation device. Such a faulty state of the first particulate filter can be communicated in particular via a communication device, for example in the form of an optical and / or acoustic alarm signal or a display or the like.
Bevorzugt ist der den Zustand des ersten Partikelfilters charakterisierende Referenzwert in Abhängigkeit von einer Alterung des ersten Partikelfilters variabel. Der Referenzwert kann hierbei in Form einer Kennlinie in dem Speicher abgelegt sein, welche eine Betriebsdauer der Abgasbehandlungseinrichtung und/oder einen Abgasdurchsatz durch die Abgasbehandlungseinrichtung und/oder einen Kraftstoffdurchsatz der die Abgasbehandlungseinrichtung aufweisenden Verbrennungskraftmaschine und/oder bei in einem Fahrzeug angeordneter Abgasbehandlungseinrichtung eine zurückgelegte Fahrstrecke des Fahrzeugs berücksichtigt. Ergänzend oder alternativ können Temperaturprofile der Abgasbehandlungseinrichtung zum Charakterisieren der Alterung des ersten Partikelfilters herangezogen werden.Prefers is the characterizing state of the first particulate filter Reference value as a function of aging of the first Particle filter variable. The reference value may be in the form of a Characteristic stored in the memory, which is an operating period the exhaust gas treatment device and / or an exhaust gas flow rate the exhaust treatment device and / or a fuel flow rate the internal combustion engine having the exhaust gas treatment device and / or in an exhaust gas treatment device arranged in a vehicle considered a covered distance of the vehicle. Additionally or alternatively, temperature profiles the exhaust treatment device for characterizing the aging be used of the first particulate filter.
Um zu verhindern, dass ein kurzfristiges Überschreiten des Schwellenwerts zum Erkennen auf einen Schaden des ersten Partikelfilters führt, kann der aus Messwerten gebildete Wert der Differenz gedämpft und/oder, insbesondere unter Verwendung eines Tiefpassfilters, gefiltert in der Auswerteeinrichtung verarbeitet oder der Auswerteeinrichtung gedämpft oder gefiltert übergeben werden.Around to prevent a short-term crossing of the Threshold for detecting damage to the first particulate filter leads, the value of the difference formed from measured values steamed and / or, in particular using a Low-pass filter, filtered processed in the evaluation or the evaluation device is subdued or filtered become.
Der Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter kann insbesondere kontinuierlich ausgewertet werden. Hierbei erfolgt bevorzugt eine Normierung, um einen vom durchgesetzten Abgasvolumenstrom unabhängigen Wert zu erhalten.Of the Pressure drop across the second particulate filter can be particularly continuous be evaluated. In this case, a standardization is preferably carried out to a value independent of the volume of exhaust gas flow to obtain.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasbehandlungseinrichtung Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Drucks stromaufwärts und stromabwärts des ersten Partikelfilters auf. Dadurch kann der Beladungszustand des ersten Partikelfilters in Abhängigkeit von einem Druckabfall an dem ersten Partikelfilter ermittelt werden. Hierbei kann ein Differenzdrucksensor zum Einsatz kommen. Auch kann stromaufwärts und stromabwärts des ersten Partikelfilters jeweils ein Absolutdrucksensor vorgesehen sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the Exhaust treatment device Pressure detection device for detecting the pressure upstream and downstream of the first particulate filter on. As a result, the loading state of the first particulate filter in response to a pressure drop across the first particulate filter be determined. Here, a differential pressure sensor can be used come. Also can be upstream and downstream the first particulate filter is provided in each case an absolute pressure sensor be.
In einer alternativen Ausführungsform ist lediglich ein Absolutdrucksensor an einer Stelle stromaufwärts des ersten Partikelfilters vorhanden, und der Druck stromabwärts des ersten Partikelfilters wird über ein Modell berechnet.In an alternative embodiment is merely an absolute pressure sensor at a location upstream of the first particulate filter present, and the pressure downstream of the first particulate filter is calculated by a model.
Wird auch der Druckabfall am ersten Partikelfilter erfasst, so kann diese Größe zum Plausibilisieren des über das Messen des Druckabfalls am zweiten Partikelfilter bestimmten Zustands des ersten Partikelfilters herangezogen werden. Darüber hinaus kann die stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordnete Messstelle der Druckerfassungsmittel zum Bestimmen des Druckabfalls an dem ersten Partikelfilter und zum Bestimmen des Druckabfalls an dem zweiten Partikelfilter herangezogen werden.Becomes even the pressure drop detected on the first particulate filter, it can Size to plausibility of over the Measuring the pressure drop at the second particulate filter certain state be used of the first particulate filter. About that In addition, the downstream of the first particulate filter arranged Measuring point of the pressure detecting means for determining the pressure drop at the first particulate filter and for determining the pressure drop be used on the second particle filter.
Bei einer ergänzenden oder alternativ Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Abgasbehandlungseinrichtung Druckerfassungsmittel und eine Auswerteeinrichtung aufweist, können die Druckerfassungsmittel dazu herangezogen werden, ein Verhältnis einer Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des zweiten Partikelfilters und einer Stelle stromabwärts des zweiten Partikelfilters zu einer Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des ersten Partikelfilters und einer Stelle stromabwärts des ersten Partikelfilters zu ermitteln. Ein anhand der Druckerfassungsmittel bestimmtes Verhältnis kann mittels der Auswerteeinrichtung mit einem in einem Speicher abgelegten Verhältnis verglichen und im Hinblick auf einen Zustand des ersten Partikelfilters ausgewertet werden.at a supplementary or alternative embodiment the invention, wherein the exhaust gas treatment device pressure sensing means and an evaluation device, the pressure detection means to be used, a ratio of a difference the pressure between a location upstream of the second Particulate filter and a point downstream of the second Particulate filter to a difference in pressure between a point upstream the first particulate filter and a downstream location to determine the first particle filter. An based on the pressure sensing means certain ratio can be determined by means of the evaluation device compared with a stored in a memory ratio and evaluated with respect to a state of the first particulate filter become.
Das im Speicher abgelegte Verhältnis ist gewöhnlich im Neuzustand der Abgasbehandlungseinrichtung am größten und nimmt mit zunehmender Betriebsdauer der Abgasbehandlungseinrichtung ab. Auf einen Schaden des ersten Partikelfilters kann mittels der Auswerteeinrichtung geschlossen werden, wenn das anhand der Druckerfassungsmittel bestimmte Verhältnis während des Betreibens der Abgasbehandlungseinrichtung wieder zunimmt.The stored in memory ratio is ordinary in the new state of the exhaust treatment device largest and decreases with increasing operating time of the exhaust treatment device from. On a damage of the first particulate filter can by means of Evaluation be closed when determined by the pressure sensing means Ratio during the operation of the exhaust treatment device increases again.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, das anhand der Druckerfassungsmittel bestimmte Verhältnis in Abhängigkeit von einem thermischen Regenerieren zumindest des ersten Partikelfilters auszuwerten. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das im Speicher abgelegte, den Neuzustand der Abgasbehandlungseinrichtung charakterisierende Verhältnis am ehesten dann erreichbar ist, wenn der erste Partikelfilter und der zweite Partikelfilter gerade regeneriert wurden. So kann vorgesehen sein, dass anhand der Druckerfassungsmittel bestimmte Verhältnis immer dann auszuwerten, wenn gerade ein thermisches Regenerieren zumindest des ersten Partikelfilters erfolgt ist. Hierbei kann beispielsweise ein Mittelwert des Verhältnisses innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters bestimmt werden.In a further advantageous embodiment of the invention is the Evaluation designed to the basis of the pressure sensing means certain ratio depending on one evaluate thermal regeneration of at least the first particulate filter. This is based on the knowledge that the data stored in memory, characterizing the new condition of the exhaust gas treatment device Relationship most likely then achievable if the first Particle filter and the second particle filter just regenerated were. So it can be provided that on the basis of the pressure sensing means evaluate certain ratio whenever just one thermal regeneration of at least the first particulate filter takes place is. Here, for example, an average value of the ratio be determined within a given time window.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Abgasbehandlungseinrichtung eine stromabwärts des zweiten Partikelfilters abzweigende, insbesondere eine Drosseleinrichtung aufweisende, Abgasrückführleitung umfasst. Hierbei dient dann der zweite Partikelfilter einem Zurückhalten von aus dem ersten Partikelfilter stammenden Teilchen, welche dort gegebenenfalls infolge einer Schädigung oder aufgrund der Herstellung des ersten Partikelfilters vorliegen.After all it has proven to be advantageous if the exhaust gas treatment device branching off downstream of the second particulate filter, in particular a throttle device having, exhaust gas recirculation line includes. Here then the second particle filter serves a retention of particles originating from the first particle filter which are there possibly as a result of injury or because of Preparation of the first particulate filter present.
Insbesondere, wenn die Abgasrückführleitung stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine einmündet, dient der zweite Partikelfilter einem Schutz des Verdichters vor Beschädigung durch solche Teilchen. Darüber hinaus trägt der stromaufwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung angeordnete zweite Partikelfilter nicht zu einem Erhöhen des Gegendrucks der Abgasrückführleitung bei, so dass die Abgasrückführleitung ein unvermindertes effektives Spülgefälle aufweist. Durch ein Anordnen des zweiten Partikelfilters stromaufwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung ist des Weiteren vermieden, dass ein mit dem Betreiben der Abgasbehandlungseinrichtung zunehmendes Beladen des zweiten Partikelfilters bei intaktem ersten Partikelfilter zu einer Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Abgasrückführung führt.Especially, when the exhaust gas recirculation line upstream a compressor of an exhaust gas turbocharger in an intake of the Internal combustion engine opens, serves the second particulate filter a protection of the compressor from damage by such Particles. In addition, the upstream carries arranged the diversion of the exhaust gas recirculation line second particulate filter does not increase the backpressure the exhaust gas recirculation line, so that the exhaust gas recirculation line has an undiminished effective flushing gradient. By placing the second particulate filter upstream the branch of the exhaust gas recirculation line is the Further, it avoids one associated with operating the exhaust treatment device increasing loading of the second particulate filter with intact first Particle filter to a deterioration of the functionality the exhaust gas recirculation leads.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welchem Abgas mittels eines ersten Partikelfilters und mittels eines in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilters gefiltert wird. Hierbei durchströmt das mittels des zweiten Partikelfilters gefilterte Abgas wenigstens eine Trageinrichtung und eine an der wenigstens einen Trageinrichtung angeordnete Filtereinheit, wobei eine Porengröße der Filtereinheit geringer ist als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung. Die für die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung.According to one Another aspect of the invention, the above object is achieved by a method of operating an exhaust treatment device for an internal combustion engine, in which exhaust by means of a first particulate filter and by means of one in the flow direction the exhaust gas through the exhaust treatment device downstream of the first particulate filter arranged second particulate filter is filtered. This flows through the means of the second Particulate filter exhaust filtered at least one support device and a filter unit arranged on the at least one carrying device, wherein a pore size of the filter unit is lower is as a pore size of the at least one support device. The for the exhaust gas treatment device according to the invention described preferred embodiments and advantages also apply to the invention Method for operating an exhaust gas treatment device.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the below mentioned in the figure description and / or in the figures alone shown features and feature combinations are not only in the specified combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the invention.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the claims, the following description is more preferred Embodiments and with reference to the drawings. Showing:
Stromabwärts
des Gehäuses
Der
zweite Partikelfilter
Der
zweite Partikelfilter
Neben
diesem Bauteilschutz dient der zweite Partikelfilter
Drei
unterschiedliche Beispielen für spezifische Bauformen des
zweiten Partikelfilters
Die
Trageinrichtung
Ein
Zurückhalten von Partikeln mittels der Filtermembran
Die
dünne, von der Trageinrichtung
Gemäß einer
ersten in
Bei
einer alternativen Bauform des zweiten Partikelfilters
Bei
einer alternativen Bauform des zweiten Partikelfilters
Bei
einer in
In
Gemäß
Bei
der in
Bei
den in
Gemäß
Bei
der Anordnung der Druckerfassungsmittel, welche in
Die
in
Die
Anordnung der Druckerfassungsmittel gemäß
Auch
bei der Anordnung der Druckerfassungsmittel gemäß
Bei
der in
Sofern
in dem Luftzufuhrtrakt
Der
Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter
Der
Schwellenwert ist vorliegend in Form einer Kennlinie hinterlegt,
welche die Alterung des ersten Partikelfilters
Ergänzend
oder alternativ kann zum Überwachen des ersten Partikelfilters
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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