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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs, bei welchem der Partikelfilter aus einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs ausgebaut wird. Anschließend wird der Partikelfilter zumindest teilweise von in dem Partikelfilter angesammelten Substanzen befreit. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Partikelfilteranordnung zur Durchführung des Verfahrens.
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Die
DE 10 2008 038 026 A1 beschreibt ein Verfahren zum Reinigen eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs, bei welchem in einem Rußabbrennvorgang im Partikelfilter angesammelte Rußpartikel abgebrannt werden. In einem dem Rußabbrennvorgang zeitlich nachgeschalteten Spülvorgang werden in dem Partikelfilter angesammelte Aschepartikel mittels einer durch den Partikelfilter geleiteten Spülflüssigkeit aus dem Partikelfilter entfernt. Während des Rußabbrennvorgangs wird bevorzugt eine Sauerstoffkonzentration in einem Heißluftstrom, mit welchem der Partikelfilter beaufschlagt wird, auf weniger als 10 Prozent eingestellt. Bei einem Überschreiten dieser Konzentration wird der Rußabbrennvorgang abgebrochen, damit kein unkontrollierbarer Rußabbrand mit unzulässig hohen Temperaturen stattfindet. So wird eine thermische Schädigung des Partikelfilters vermieden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Partikelfilteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem beziehungsweise mittels welcher sich auf verbesserte Weise Aussagen über den Zustand des Partikelfilters treffen lassen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Partikelfilteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem zumindest partiellen Befreien des Partikelfilters von den Substanzen eine katalytische Wirksamkeit einer im Betrieb des Partikelfilters dem Abgas des Kraftfahrzeugs ausgesetzten Oberfläche des Partikelfilters geprüft. Somit kann festgestellt werden, ob beispielsweise eine katalytisch wirksame Beschichtung des Partikelfilters intakt ist, oder ob sich ein Defekt beziehungsweise eine Inaktivität der Beschichtung zeigt. Zeigt sich nämlich eine vergleichsweise geringe Wirksamkeit der dem Abgas ausgesetzten Oberfläche des Partikelfilters, kann der Partikelfilter einer weiteren Reinigung oder gegebenenfalls einer weiteren Untersuchung zugeführt werden. Stellt sich die Oberfläche, insbesondere die Beschichtung des Partikelfilters, jedoch als defekt heraus, also als nicht mehr oder nicht mehr ausreichend katalytisch wirksam, so kann der Partikelfilter einem Recyclingprozess oder einer Aufbereitung zugeführt werden.
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Durch das Prüfen auf die katalytische Wirksamkeit der Oberfläche des Partikelfilters lassen sich weiter gehende Aussagen über den Zustand des Partikelfilters treffen. Zudem erfolgt die Prüfung zerstörungsfrei. Das Verfahren ist des Weiteren Ressourcen schonend und in Bezug auf die Prozesszeiten optimiert, da im gleichen Aufbau, in welchem die Reinigung des Partikelfilters erfolgt, auch die Prüfung auf die katalytische Wirksamkeit hin erfolgen kann. Dies bringt besonders geringe Investitionskosten für die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildete Partikelfilteranordnung mit sich und ist somit wirtschaftlich vorteilhaft.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zum Prüfen der katalytischen Wirksamkeit der Oberfläche der Partikelfilter mit einem Fluid beaufschlagt, welches wenigstens eine Abgaskomponente enthält, welche in Abhängigkeit von der katalytischen Wirksamkeit in eine weitere Komponente umsetzbar ist. Durch ein solches Prüffluid, welches bevorzugt eine definierte Zusammensetzung aufweist, lassen sich besonders gute Aussagen über den Zustand des Partikelfilters und insbesondere die katalytische Wirksamkeit seiner Oberfläche treffen. Zudem unterliegt dann das Fluid, mit dem der Partikelfilter beaufschlagt wird, keiner Schwankung seiner Zusammensetzung, was für die Beurteilung der katalytischen Wirksamkeit günstig ist.
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Bevorzugt wird der Partikelfilter über ein Beaufschlagungselement in einem Teilbereich mit dem Fluid beaufschlagt, welcher kleiner ist als eine Stirnseite des Partikelfilters. Durch dieses partielle Beaufschlagen des Partikelfilters mit dem Fluid kann die exakte Position von eine verminderte oder fehlende Wirksamkeit aufweisenden Oberflächenbereichen lokalisiert werden. Beispielsweise lässt sich so eine Beschädigung einer Beschichtung des Partikelfilters lokalisieren. Dies kann genutzt werden, um gezielt die Bereiche verringerter oder fehlender katalytischer Wirksamkeit erneut zu reinigen oder weiter zu untersuchen.
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Das Beaufschlagungselement kann insbesondere als Düse ausgebildet sein, welche es ermöglicht, das Fluid mit einem entsprechenden Druck in den Partikelfilter einzubringen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Fluid an einer Auslassseite des Partikelfilters in ein Aufnahmeelement eingebracht wird, wobei wenigstens ein Parameter des durch das Aufnahmeelement strömenden Fluids erfasst wird. So kann besonders gut auf die katalytische Wirksamkeit der Oberfläche rückgeschlossen werden. Das Aufnahmeelement kann beispielsweise als Rohr ausgebildet sein, und an Parametern können insbesondere eine Temperatur und/oder ein Massenstrom und/oder eine Zusammensetzung des Fluids erfasst werden.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Beaufschlagungselement und das Aufnahmeelement miteinander fluchtend ausgerichtet werden. Dann kann besonders gut sichergestellt werden, dass das über das Beaufschlagungselement in den Partikelfilter eingebrachte Fluid sehr weitgehend, insbesondere vollständig, auch in das Aufnahmeelement eintritt.
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Dies gilt insbesondere, wenn an einer Mündungsöffnung des Beaufschlagungselements und/oder an einer Mündungsöffnung des Aufnahmeelements ein Dichtelement angeordnet ist, welches gegen die Stirnseite des Partikelfilters beziehungsweise gegen die Auslassseite des Partikelfilters gedrückt wird.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn voneinander verschiedene Teilbereiche der Stirnseite des Partikelfilters zeitlich nacheinander mit dem Fluid beaufschlagt werden. So kann besonders genau die katalytische Wirksamkeit von stromabwärts der Teilbereiche angeordneten Bereichen des Partikelfilters geprüft werden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn als Fluid ein Gas eingesetzt wird, welches wenigstens ein Oxid eines Nichtmetalls enthält. Dann können besonders gut für die Abgasnachbehandlung relevante Eigenschaften der katalytisch wirksamen Beschichtung beziehungsweise Oberfläche des Partikelfilters überprüft werden.
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Hierbei hat sich beispielsweise der Einsatz von Oxiden des Kohlenstoffs als vorteilhaft herausgestellt.
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Die erfindungsgemäße Partikelfilteranordnung umfasst einen Partikelfilter eines Kraftfahrzeugs und eine Reinigungseinrichtung, mittels welcher der aus einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs ausgebaute Partikelfilter zumindest teilweise von in dem Partikelfilter angesammelten Substanzen befreit werden kann. Die Partikelfilteranordnung umfasst eine Prüfeinrichtung, mittels welcher eine katalytische Wirksamkeit einer im Betrieb des Partikelfilters dem Abgas des Kraftfahrzeugs ausgesetzten Oberfläche des zumindest teilweise von den Substanzen befreiten Partikelfilters prüfbar ist. Eine solche Partikelfilteranordnung ermöglicht eine, insbesondere partielle, Konversionsprüfung, beispielsweise für einen beschichteten Partikelfilter.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Partikelfilteranordnung und umgekehrt.
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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.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 in einer schematischen Seitenansicht eine Partikelfilteranordnung, mittels welcher die Wirksamkeit einer katalytischen Beschichtung eines aus einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs ausgebauten Partikelfilters geprüft wird;
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2 die Partikelfilteranordnung gemäß 1 in einer Frontansicht, wobei schematisch eine Möglichkeit dargestellt ist, eine Düse und ein Aufnahmerohr zu verfahren, über welche ein Bereich des Partikelfilters mit einem Prüfgas beaufschlagt beziehungsweise in welchem das Prüfgas nach dem Durchströmen des Partikelfilters aufgenommen wird;
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3 eine Kurve, welche die katalytische Wirksamkeit des Partikelfilters bei intakter katalytischer Beschichtung veranschaulicht; und
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4 eine Kurve, welche die katalytische Wirksamkeit bei deaktivierter katalytischer Beschichtung des Partikelfilters veranschaulicht.
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Eine in 1 ausschnittsweise gezeigte Partikelfilteranordnung 10 dient der Konversionsprüfung eines beschichteten Partikelfilters 12 eines Kraftfahrzeugs, welcher insbesondere als keramischer Wandstromfilter für Dieselrußpartikel ausgebildet sein kann. Im Betrieb sammeln sich in einem Filterkörper 14 des Partikelfilters 12 Rußpartikel an. Nach einem Abbrennen der Rußpartikel kann zudem Asche im Filterkörper 14 des Partikelfilters 12 zurückbleiben. Daher muss der Partikelfilter 12 von Zeit zu Zeit gereinigt werden.
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Dies geschieht vorliegend nach einem Ausbauen des Partikelfilters 12 aus einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs. Der Filterkörper 14 sowie eine Lagermatte, welche zwischen einem Gehäuse 16 des Partikelfilters 12 und dem Filterkörper 14 angeordnet ist, verbleiben hierbei im Gehäuse 16. Zum Reinigen des Partikelfilters 12 werden zunächst die im Partikelfilter 12 angesammelten Rußpartikel abgebrannt, etwa durch Erhitzen des ausgebauten Partikelfilters 12 in einem Ofen und Beaufschlagung desselben mit Luft für die Verbrennung. Anschließend wird die beim Abbrennen der Rußpartikel entstehende Asche aus dem Partikelfilter 12 ausgeblasen. Zusätzlich kann eine Flüssigreinigung erfolgen, also das Beaufschlagen des Partikelfilters 12 mit einer Reinigungsflüssigkeit. Nach einer solchen Reinigung wird der Partikelfilter 12 dann getrocknet.
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Nach dem Austragen der in dem Partikelfilter 12 angesammelten Substanzen, etwa der Rußpartikel und der Asche, aus dem Partikelfilter 12 erfolgt eine Konversionsprüfung des Partikelfilters 12, also eine Prüfung der katalytischen Wirksamkeit einer Beschichtung des Partikelfilters 12. Dies geschieht bevorzugt, solange sich der Partikelfilter 12 noch in einem aufgeheizten Zustand befindet, wobei insbesondere eine Temperatur von etwa 350°C vorgesehen sein kann. Die Überprüfung ist jedoch auch bei Temperaturen von weniger als 300°C, bis etwa 200°C möglich.
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Die Konversionsprüfung erfolgt mittels einer Prüfeinrichtung 18, mittels welcher der Partikelfilter 12 mit einem Gasstrom 20 beaufschlagt wird. Der Gasstrom 20 wird über ein Beaufschlagungselement etwa in Form einer Düse 22 in den Partikelfilter 12 eingebracht.
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Ein durchströmbarer Querschnitt der Düse 22 ist hierbei jedoch deutlich kleiner als die Fläche einer Stirnseite 26 oder Einlassseite des Partikelfilters 12. So kann die katalytische Wirksamkeit der Beschichtung des Partikelfilters 12 abschnittsweise überprüft werden.
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Um sicherzustellen, dass der über die Düse 22 in den Partikelfilter 12 eingebrachte Gasstrom 20 nach dem Durchströmen des Partikelfilters auch im Hinblick auf die mit dem Partikelfilter 12 noch erreichbare Reinigungswirkung gut erfasst werden kann, ist vorliegend als Aufnahmeelement der Prüfeinrichtung 18 ein Rohr 23 vorgesehen, welches mit der Düse 22 fluchtend an einer Auslassseite 27 des Partikelfilters 12 angeordnet ist.
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Der Partikelfilter 12 ist in der Partikelfilteranordnung 10 frei zugänglich aufgestellt, so dass er für die Düse 22 und das Rohr 23 der Prüfeinrichtung 18 sowohl von der Stirnseite 26 als auch von der Auslassseite 27 her gut zugänglich ist. Um eine dicht sitzende Anlage der Düse 22 an der Stirnseite 26 und des Rohrs 23 an der Auslassseite 27 zu erreichen, werden mit einer umlaufenden Dichtung 25 versehene Mündungsöffnungen der Düse 22 einerseits und des Rohrs 23 andererseits gegen entsprechende Teilbereiche der Stirnseite 26 beziehungsweise der Auslassseite 27 gepresst. Die Teilbereiche entsprechen hierbei bevorzugt von der Größe her Segmenten 15 des Filterkörpers 14, also von, insbesondere keramischen, Wänden des Partikelfilters 12 eingefassten Bereichen. Die Dichtung 25 ist aus einem elastischen Material gefertigt, so dass beim Anpressen der Düse 22 an die Stirnseite 26 und des Rohrs 23 an die Auslassseite 27 ein rundum dichter Sitz gewährleistet ist.
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Über einen ersten Sensor 28 werden Parameter des Gasstroms 20 erfasst, welcher über die Düse 22 in das Segment 15 eingebracht wird. Eine Strömungsrichtung des Gasstroms 20 durch das jeweilige Segment 15 ist in 1 durch einen Strömungspfeil 17 veranschaulicht. Ein zweiter, an dem Rohr 23 angeordneter Sensor 29 erfasst Parameter eines Gasstroms 21, welcher dem Gasstrom 20 nach dessen Hindurchtreten durch den Filterkörper 14 des Partikelfilters 12 entspricht. Mittels der Sensoren 28, 29 können beispielsweise die Temperatur, der Massenstrom und die Zusammensetzung der jeweiligen Gasströme 20, 21 erfasst werden. So lassen sich Aussagen über die katalytische Wirksamkeit der Beschichtung des Partikelfilters 12 treffen.
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Als Gasstrom 20, mit welchem der Partikelfilter 12 beaufschlagt wird, kann insbesondere ein Synthesegas zum Einsatz kommen, welches Oxide von Nichtmetallen, beispielsweise Oxide von Kohlenstoff enthält. Bei der Beaufschlagung des Partikelfilters 12 mit dem Gasstrom 20 kann vorgesehen sein, dass einen Massenstrom von bis zu 400 Kilogramm pro Stunde eingestellt werden kann.
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In 1 veranschaulichen Kraftpfeile 32 die Kraft, mit welcher die Düse 22 gegen die Stirnseite 26 beziehungsweise das Rohr 23 gegen die Auslassseite 27 des Partikelfilters 12 gepresst werden. Um diese Kraft aufzubringen, ist vorliegend ein Aufbau 35 vorgesehen, welcher Bewegungselemente etwa in Form von über Rollen 34 geführten Bändern 19 umfasst. Durch Drehen einer ersten der Rollen 34 in eine Bewegungsrichtung, welche in 1 durch einen Bewegungspfeil 36 veranschaulicht ist, kann bewirkt werden, dass einerseits die Düse 22 gegen die Stirnseite 26 des Partikelfilters 12 und andererseits simultan das Rohr 23 gegen die Auslassseite 27 des Partikelfilters 12 gedrückt werden.
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Mittel zum sequenziellen Abfahren der einzelnen Teilbereiche oder Segmente 15 der Stirnseite 26 und der Auslassseite 27 des Partikelfilters 12 sind vorliegend in 2 schematisch dargestellt. Hierbei können durch Drehen einer Rolle 38 in eine in 2 durch einen weiteren Bewegungspfeil 40 veranschaulichte Richtung die an einem weiteren Bewegungselement 42 gehaltene Düse 22 und das mit der Düse 22 fluchtende Rohr 23 nach unten bewegt werden, wie dies durch einen weiteren Pfeil 44 in 2 veranschaulicht ist.
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Über eine weitere Rolle 46 und ein weiteres Bewegungselement 48 kann das erste Bewegungselement 42 in Querrichtung verschoben werden. Dies ist in 2 durch einen weiteren Pfeil 50 veranschaulicht. So können gezielt mit der Düse 22 und dem Rohr 23 die einzelnen Segmente 15 des Filterkörpers 14 nacheinander angefahren und mit dem Gasstrom 20 beaufschlagt werden. Durch das damit ermöglichte partielle Messen der katalytischen Wirksamkeit der Beschichtung des Partikelfilters 12 kann eine eventuelle Beschädigung der katalytischen Beschichtung exakt lokalisiert werden.
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In einem in 3 gezeigten Graphen 52 sind auf einer Ordinate 54 die Konversionsrate in Prozent aufgetragen und auf einer Abszisse 56 Lastpunkte, bei welchen der Partikelfilter 12 mit dem Gasstrom 20 beaufschlagt wird. Hierbei liegen bei niedrigen Lastpunkten niedrige Temperaturen und niedrige Massenströme vor. Gemäß einer in 3 gezeigten Kurve 58, zeigt der untersuchte Teilbereich des Partikelfilters 12 bereits bei niedrigen Lastpunkten eine hohe Konversionsrate. Dies lässt darauf schließen, dass die katalytische Beschichtung dieses Teilbereichs des Partikelfilters 12 intakt, also aktiv oder wirksam ist.
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Demgegenüber veranschaulicht bei einem in 4 gezeigten Graphen 60 eine Kurve 62 das Prüfergebnis bei einer deaktivierten oder defekten katalytischen Beschichtung. Hier zeigen sich vergleichsweise geringe Konversionsraten, insbesondere bei den niedrigen Lastpunkten, bei welchen niedrige Temperaturen und geringe Massenströme vorliegen.
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Wird festgestellt, dass der Partikelfilter 12 eine defekte katalytische Beschichtung aufweist, so kann dieser dem Recycling zugeführt werden. Ist die Beschichtung hingegen lediglich deaktiviert, etwa in Folge einer unzureichenden Reinigung des Partikelfilters 12, so kann eine weitere Reinigung erfolgen oder gegebenenfalls eine weitere Untersuchung des Partikelfilters 12.
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Die Prüfeinrichtung 18 verfügt bevorzugt sowohl über die notwendige Sensorik zur Bestimmung der katalytischen Wirksamkeit der Beschichtung des Partikelfilters 12 als auch über eine entsprechende Auswertungssoftware zum Auswerten der Signale der Sensoren 28, 29.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038026 A1 [0002]
