DE102011050443A1 - Arrangement for regeneration of filter for treatment of combustion exhaust gas from internal combustion engine, has heater arranged in flow direction partially upstream of filter into exhaust gas stream - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regeneration eines Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine, mit einer in Strömungsrichtung zumindest teilweise vor dem Filter in dem Abgasstrom angeordneten Heizvorrichtung zur Erwärmung des Abgasstroms und/oder des Filters und/oder von Ruß in dem Filter, einen Nachrüstsatz zum Einbau in eine Abgasanlage, aufweisend eine Anordnung zur Regeneration eines Filters, ein Verfahren zur Regeneration eines Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine durch Erwärmung des Abgasstroms und/oder des Filters mit einer in Strömungsrichtung zumindest teilweise vor dem Filter in dem Abgasstrom angeordneten Heizvorrichtung, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Regeneration eines Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine. The invention relates to an arrangement for the regeneration of a filter for the treatment of combustion exhaust gas of an internal combustion engine, with a arranged in the flow direction at least partially upstream of the filter in the exhaust stream heater for heating the exhaust stream and / or the filter and / or soot in the filter, a retrofit kit for installation in an exhaust system, comprising an arrangement for the regeneration of a filter, a method for regeneration of a filter for treating combustion exhaust gas of an internal combustion engine by heating the exhaust gas flow and / or the filter with a in the flow direction at least partially disposed in front of the filter in the exhaust stream heater, and a method for producing an arrangement for regenerating a filter for treating combustion exhaust gas of an internal combustion engine.
Zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine werden in dem Abgasstrom angeordnete Filter zum Akkumulieren von Rußpartikeln verwendet. Die im Filter zurückgehaltenen Rußpartikel führen zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes im Abgassystem, wodurch der Abgasgegendruck des Motors ansteigt, was zu einer Erhöhung des Brennstoffverbrauchs führt. Deshalb ist es notwendig, die im Filter abgelagerten Rußpartikel zu beseitigen, was beispielsweise durch Oxidation bei hohen Temperaturen erfolgen kann. Zur Regeneration des Filters ist es beispielsweise möglich, die Abgastemperatur soweit zu erhöhen, dass die Zündtemperatur der angesammelten Rußpartikel erreicht wird und diese verbrennen. Die hierzu notwendigen Temperaturen werden unter anderem weder bei Fahrzeug-Dieselmotoren im Fahrbetrieb noch bei Industriemotoren oder Dieselmotoren im Off-Road-Einsatz in der erforderlichen Häufigkeit erreicht, so dass die Regeneration dadurch allein nicht sichergestellt ist. Aus diesem Grund sind motorische Zusatzmaßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur bekannt, die jedoch mit einem erheblichen Kraftstoffmehrverbrauch verbunden sein können. Auch der Einsatz von Zusatzenergie, beispielsweise durch Zusatzbrenner zur Erhöhung der Abgastemperatur führt zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs. For treating combustion exhaust gas of an internal combustion engine, filters arranged in the exhaust gas flow are used for accumulating soot particles. The soot particles retained in the filter lead to an increase in the flow resistance in the exhaust system, whereby the exhaust backpressure of the engine increases, which leads to an increase in fuel consumption. Therefore, it is necessary to eliminate the deposited in the filter soot particles, which can be done for example by oxidation at high temperatures. To regenerate the filter, it is possible, for example, to increase the exhaust gas temperature so far that the ignition temperature of the accumulated soot particles is reached and burn them. The necessary temperatures are achieved, inter alia, neither in vehicle diesel engines while driving nor in industrial engines or diesel engines in off-road use in the required frequency, so that the regeneration alone is not guaranteed. For this reason, additional engine measures for increasing the exhaust gas temperature are known, which, however, can be associated with a considerable increase in fuel consumption. The use of additional energy, for example by additional burner to increase the exhaust gas temperature leads to an increase in energy consumption.
Des Weiteren ist eine Entzündung der Rußschicht im Eintrittsbereich der Filterkanäle durch elektrische Zündsysteme bekannt. Dabei sind auf der Eintrittsseite des Filterkörpers elektrische Widerstandsdrähte angeordnet, die an eine Stromversorgung anschließbar sind. Beim Zuschalten der Stromversorgung werden die Drähte erhitzt, so dass ein selbsttragender Rußabbrand in dem Filter einsetzt. Die
Hiervon ausgehend besteht eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe darin, eine Anordnung zur Regeneration eines Filters bereitzustellen, welche einen insgesamt verringerten Energieverbrauch aufweist und insbesondere den Rückgriff auf fahrzeugseitige bzw. motorseitige Ressourcen verringert. On this basis, an object underlying the invention is to provide an arrangement for the regeneration of a filter which has an overall reduced energy consumption and in particular reduces the recourse to vehicle-side or engine-side resources.
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung zur Regeneration eines Filters gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Erfindungsgegenstände, die die Aufgabe lösen, sind in nebengeordneten Ansprüchen angegeben. Die Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen. The object is achieved by an arrangement for the regeneration of a filter according to
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Regeneration eines Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine weist eine in Strömungsrichtung zumindest teilweise vor dem Filter in dem Abgasstrom angeordneten Heizvorrichtung zur Erwärmung des Abgasstroms und/oder des Filters und/oder von Ruß in dem Filter auf, wobei eine Rückgewinnung von Energie aus dem Abgasstrom vorgesehen ist und wobei die Heizvorrichtung mit der rückgewonnenen Energie beheizbar ist. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass die in dem Abgas insbesondere in Form von Wärme vorhandene Energie genutzt wird, bevor diese unwiederbringlich an die Umgebung abgegeben wird. Auch in Strömungsrichtung hinter dem Filter ist die Abgastemperatur noch in einem vorteilhaft zur Energiegewinnung nutzbaren Bereich. Ein Verbrauch von Strom aus dem Bordnetz kann so besonders vorteilhaft vermieden werden. The inventive arrangement for the regeneration of a filter for the treatment of combustion exhaust gas of an internal combustion engine has a in the flow direction at least partially upstream of the filter in the exhaust stream arranged heater for heating the exhaust gas stream and / or the filter and / or soot in the filter, wherein a recovery of Energy is provided from the exhaust stream and wherein the heater is heated with the recovered energy. An advantage of the arrangement according to the invention is that the energy present in the exhaust gas, in particular in the form of heat, is used before it is irretrievably released to the environment. Also in the flow direction behind the filter, the exhaust gas temperature is still in an advantageous usable for energy recovery area. A consumption of electricity from the electrical system can be avoided so advantageous.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die rückgewonnene Energie der Heizvorrichtung in Form von elektrischem Strom zuführbar ist. Weiterhin bevorzugt ist die rückgewonnene Energie der Heizvorrichtung unmittelbar zuführbar, das heißt insbesondere, ohne zuvor in ein Bordnetz gespeist zu werden. Die Zuführung von elektrischem Strom ist besonders vorteilhaft bei einer elektrischen Heizvorrichtung. Bevorzugt weist die Heizvorrichtung daher mindestens ein elektrisches Heizelement auf, besonders bevorzugt eine Mehrzahl elektrischer Heizelemente, wobei jedes Heizelement einem Segment des Filters zugeordnet ist. Die elektrischen Heizelemente können dann besonders vorteilhaft sequenziell beheizbar sein, wodurch die erforderliche Leistung wesentlich reduziert werden kann. Weiterhin bevorzugt ist eine Steuerung vorgesehen, wobei die Steuerung das Beheizen der Heizvorrichtung durch die rückgewonnene Energie eigenständig steuert, also insbesondere die Sequenz, in der die einzelnen Heizelemente mit Strom versorgt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der rückgewonnenen Leistung, die ja wesentlich von dem jeweiligen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine abhängt. Die Steuerung ist dabei vorzugsweise unabhängig von einer motorseitigen oder die Abgasanlage steuernden Einrichtung. Die Anordnung kann ein Speichermedium zum Zwischenspeichern der elektrischen Energie aufweisen, wobei das Speichermedium bevorzugt unabhängig von einem Bordnetz des Fahrzeugs ist. According to a preferred embodiment it is provided that the recovered energy of the heating device can be supplied in the form of electrical current. Further preferably, the recovered energy of the heater is fed directly, that is, in particular, without being previously fed into a vehicle electrical system. The supply of electric current is particularly advantageous in an electric heater. The heater therefore preferably has at least one electrical Heating element, more preferably a plurality of electrical heating elements, each heating element is associated with a segment of the filter. The electrical heating elements can then be particularly advantageously heated sequentially, whereby the required power can be significantly reduced. Further preferably, a controller is provided, wherein the controller independently controls the heating of the heater by the recovered energy, ie in particular the sequence in which the individual heating elements are supplied with power, for example, depending on the recovered power, which is essentially of the respective Operating state of the internal combustion engine depends. The controller is preferably independent of a motor-side or the exhaust system controlling device. The arrangement may have a storage medium for temporarily storing the electrical energy, wherein the storage medium is preferably independent of an electrical system of the vehicle.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rückgewinnung von Energie in Strömungsrichtung hinter dem Filter vorgesehen ist. According to a further preferred embodiment it is provided that the recovery of energy in the flow direction is provided behind the filter.
Dadurch wird vorteilhaft vermieden, dem Abgas vor dem Filter Energie zu entziehen, die für die Regeneration des Filters wieder zugeführt werden muss. As a result, it is advantageously avoided to extract energy from the exhaust gas in front of the filter, which must be supplied again for the regeneration of the filter.
Zur Rückgewinnung von Energie in Form von elektrischem Strom besteht beispielsweise die Möglichkeit, einen Generator in einem Rankine-Prozess oder direkt an einer Niederdruckturbine des Abgassystems vorzusehen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein thermoelektrischer Generator zur Rückgewinnung der Energie in dem Abgasstrom angeordnet ist. Mit einem thermoelektrischen Generator ist vorteilhaft eine direkte Wandlung von Wärme in elektrische Energie durch den sogenannten Seebeck-Effekt möglich (Thermovoltaik). Statt Metallen, wie bei einem Thermoelement, werden hier in der Regel Halbleitermaterialien verwendet. For example, to recover energy in the form of electric current, it is possible to provide a generator in a Rankine process or directly on a low-pressure turbine of the exhaust system. According to a further preferred embodiment it is provided that a thermoelectric generator for recovering the energy is arranged in the exhaust gas flow. With a thermoelectric generator is advantageously a direct conversion of heat into electrical energy by the so-called Seebeck effect possible (thermovoltaics). Instead of metals, as in a thermocouple, semiconductor materials are generally used here.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rückgewinnung und die Heizvorrichtung in ein Gehäuse des Filters integrierbar sind. Neben Heizelementen in Verbindung mit einem Oxidationskatalysator kann auch ein elektrischer Heizkatalysator mit externer Kraftstoffeinspritzung vorgesehen sein. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist in der Regel einen Partikelfilter und/oder einen NOx-Speicherkatalysator auf. According to a further preferred embodiment, it is provided that the recovery and the heating device can be integrated in a housing of the filter. In addition to heating elements in conjunction with an oxidation catalyst and an electric heating catalyst can be provided with external fuel injection. The exhaust gas aftertreatment device generally has a particle filter and / or a NOx storage catalytic converter.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Nachrüstsatz zum Einbau in eine Abgasanlage, aufweisend eine erfindungsgemäße Anordnung zur Regeneration eines Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine. Die Nachrüstung bestehender Abgassysteme, mit oder ohne Partikelfilter, läst sich durch einen solchen Nachrüstsatz besonders vorteilhaft durchführen, da die erfindungsgemäße Anordnung zur Regeneration des Filters nicht steuerungstechnisch mit dem vorhandenen System verbunden werden muss, sondern als abgeschlossene Einheit für sich funktionsfähig ist. Dass die Anordnung zur Regeneration des Filters als unabhängige Einheit betreibbar ist, bedeutet insbesondere, dass diese autark arbeitet, also ohne Versorgung von außen, insbesondere ohne Energiezufuhr, und dass diese autonom arbeitet, also ohne Steuerung des Regenerationsprozesses von außen. Der Nachrüstsatz bleibt im eingebauten Zustand also beispielsweise unabhängig von dem Bordnetz und/oder der Brennkraftmaschine bzw. deren gegebenenfalls vorhandenen Steuerungen. Die Anordnung zur Regeneration eines Filters weist dabei vorzugsweise eine Steuerung auf, die Teil des Nachrüstsatzes ist. Eine eigene unabhängige Energiespeichereinrichtung kann ebenfalls Teil des Nachrüstsatzes sein. Another object of the invention is a retrofit kit for installation in an exhaust system, comprising an inventive arrangement for the regeneration of a filter for the treatment of combustion exhaust gas of an internal combustion engine. The retrofitting of existing exhaust systems, with or without particulate filter, läst by such a retrofit kit perform particularly advantageous because the inventive arrangement for the regeneration of the filter does not have to be connected control technology with the existing system, but is functional as a self-contained unit. The fact that the arrangement for regeneration of the filter can be operated as an independent unit means, in particular, that it operates autonomously, ie without supply from the outside, in particular without energy supply, and that it operates autonomously, ie without controlling the regeneration process from outside. The retrofit kit remains in the installed state so for example, regardless of the electrical system and / or the internal combustion engine or their possibly existing controls. The arrangement for the regeneration of a filter preferably has a control that is part of the retrofit kit. A separate independent energy storage device may also be part of the retrofit kit.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine,
durch Erwärmung des Abgasstroms und/oder des Filters und/oder von Ruß in dem Filter mit einer in Strömungsrichtung zumindest teilweise vor dem Filter in dem Abgasstrom angeordneten Heizvorrichtung,
wobei Energie aus dem Abgasstrom rückgewonnen wird und wobei die Heizvorrichtung mit der rückgewonnenen Energie beheizt wird. Another object of the invention relates to a method for the regeneration of a filter for the treatment of combustion exhaust gas of an internal combustion engine,
by heating the exhaust gas stream and / or the filter and / or soot in the filter with a heating device arranged at least partially in the flow direction upstream of the filter in the exhaust gas stream,
wherein energy is recovered from the exhaust stream and wherein the heater is heated with the recovered energy.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass die rückgewonnene Energie der Heizvorrichtung in Form von elektrischem Strom zugeführt wird. According to a preferred embodiment of the method for regeneration is provided that the recovered energy of the heater is supplied in the form of electric current.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass die rückgewonnene Energie der Heizvorrichtung unmittelbar zugeführt wird. According to a further preferred embodiment of the method for regeneration is provided that the recovered energy of the heater is supplied directly.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass eine Mehrzahl elektrischer Heizelemente der Heizvorrichtung jeweils einem Segment des Filters zugeordnet werden. According to a further preferred embodiment of the method for regeneration, it is provided that a plurality of electrical heating elements of the heating device are each assigned to a segment of the filter.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass die elektrischen Heizelemente sequenziell beheizt werden. According to a particularly preferred embodiment of the method for regeneration, it is provided that the electrical heating elements are heated sequentially.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass die Energie in Strömungsrichtung hinter dem Filter rückgewonnen wird. According to another preferred embodiment of the method for regeneration provided that the energy in the flow direction behind the filter is recovered.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass ein thermoelektrischer Generator zur Rückgewinnung der Energie in dem Abgasstrom angeordnet wird. According to a further preferred embodiment of the method for regeneration it is provided that a thermoelectric generator for recovering the energy is arranged in the exhaust gas flow.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass eine unabhängige Steuerung das Beheizen der Heizvorrichtung durch die rückgewonnene Energie kontrolliert. According to a further preferred embodiment of the method for regeneration it is provided that an independent control controls the heating of the heating device by the recovered energy.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration ist vorgesehen, dass die Anordnung zur Regeneration des Filters als unabhängige Einheit betrieben wird. According to a further preferred embodiment of the method for regeneration is provided that the arrangement for the regeneration of the filter is operated as an independent unit.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Regeneration eines Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas einer Brennkraftmaschine,
mit einer in Strömungsrichtung zumindest teilweise vor dem Filter in dem Abgasstrom angeordneten Heizvorrichtung zur Erwärmung des Abgasstroms und/oder des Filters,
wobei eine Rückgewinnung von Energie aus dem Abgasstrom vorgesehen ist und
wobei die Heizvorrichtung mit der rückgewonnenen Energie beheizbar ist,
und wobei die Rückgewinnung und die Heizvorrichtung in ein Gehäuse des Filters integriert werden. Another object of the invention relates to a method for producing an arrangement for the regeneration of a filter for the treatment of combustion exhaust gas of an internal combustion engine,
with a heating device arranged in the exhaust gas flow at least partially upstream of the filter for heating the exhaust gas flow and / or the filter,
wherein a recovery of energy from the exhaust stream is provided and
wherein the heater is heatable with the recovered energy,
and wherein the recovery and the heater are integrated into a housing of the filter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung wird ein Nachrüstsatz in eine Abgasanlage eingebaut, wobei der Nachrüstsatz die Anordnung zur Regeneration des Filters zur Behandlung von Verbrennungsabgas der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Besonders bevorzugt enthält die Anordnung zur Regeneration eine Energiespeichereinrichtung und/oder eine Steuerung. According to a preferred embodiment of the method of manufacture, a retrofit kit is installed in an exhaust system, wherein the retrofit kit includes the arrangement for regenerating the filter for treating combustion exhaust gas of the internal combustion engine according to the present invention. Particularly preferably, the arrangement for regeneration contains an energy storage device and / or a controller.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungen beziehen sich auf die erfindungsgemäße Anordnung, den erfindungsgemäßen Nachrüstsatz, sowie die erfindungsgemäßen Verfahren, sind dabei lediglich beispielhaft und schränken den allgemeinen Erfindungsgedanken nicht ein. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments in drawings. The statements relate to the arrangement according to the invention, the retrofit kit according to the invention, as well as the method according to the invention, are merely exemplary and do not limit the general idea of the invention.
Es zeigen: Show it:
In der
Erfindungsgemäß ist eine Rückgewinnung
In der
Durch die im Zusammenhang mit der
In der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Heizelement heating element
- 2 2
- Steuerung control
- 3 3
- Filter filter
- 4 4
- Kontakt Contact
- 5 5
- Kontakt Contact
- 6 6
- Anschlussleitung connecting cable
- 7 7
- Anschlussleitung connecting cable
- 10 10
- Brennkraftmaschine Internal combustion engine
- 11 11
- Heizvorrichtung heater
- 30 30
- Rückgewinnung reclamation
- 31 31
- Generator generator
- P P
- Pfeil arrow
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DE102011050443A Withdrawn DE102011050443A1 (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Arrangement for regeneration of filter for treatment of combustion exhaust gas from internal combustion engine, has heater arranged in flow direction partially upstream of filter into exhaust gas stream |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3712333A1 (en) | 1987-04-11 | 1988-10-20 | Fev Motorentech Gmbh & Co Kg | REGENERATABLE FILTER ARRANGEMENT FOR REMOVING SOOT PARTICLES FROM EXHAUST GASES |
-
2011
- 2011-05-17 DE DE102011050443A patent/DE102011050443A1/en not_active Withdrawn
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CN108533362A (en) * | 2018-01-25 | 2018-09-14 | 江苏大学 | A kind of initiative regeneration DPF energy supply systems based on diesel engine exhaust waste heat thermo-electric generation |
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