DE102015205480A1 - Abgaspartikel-Filtersystem für einen Verbrennungsmotor in der beispielhaften Ausgestaltung als Dieselmotor - Google Patents

Abstract

Abgaspartikel-Filtersystem (3) für einen Verbrennungsmotor (2). Das Abgaspartikel-Filtersystem (3) umfasst zwei Abgaspartikelfilter (4, 5), welche in ihrer jeweiligen Filterrichtung (x) mit zu filterndem Abgas durchströmbar sind. Dabei sind die Abgaspartikelfilter (4, 5) stromabwärts derart miteinander fluidleitend verbunden, dass zur Regeneration eines der beiden Abgaspartikelfilter (4, 5) dieser entgegen seiner Filterrichtung (x) mit durch den jeweils anderen Abgaspartikelfilter (4, 5) bereits gefiltertem Abgas durchströmbar ist. Jeder Abgaspartikelfilter (4, 5) besitzt jeweils einen stromaufwärts gelegenen Abgaseingang (6, 7), welcher mit dem gesamten Filterquerschnitt des zugehörigen Abgaspartikelfilters (4, 5) gleichzeitig korrespondiert. Dabei sind die Abgaseingänge (6, 7) mit einer vorgelagerten Ventilanordnung (8) fluidleitend verbunden. Weiterhin besitzen die Abgaspartikelfilter (4, 5) stromabwärts gelegene, den Abgaseingängen (6, 7) gegenüberliegende Abgasausgänge (12, 13). Diese sind unter Zwischenschaltung einer nachgelagerten Ventilanordnung (14) untereinander fluidleitend verbunden und mit einer das bereits gefilterte Abgas weiterleitenden Abgasleitung (15) fluidleitend verbindbar. Erfindungsgemäß ist zwischen der vorgelagerten Ventilanordnung (8) und wenigstens einem der Abgaspartikelfilter (4, 5) ein Mittel zur Abgaskatalyse (11) angeordnet, welches mit dem Abgaseingang (6, 7) des zugehörigen Abgaspartikelfilters (4, 5) und einem Anschluss (c, d, l) der vorgelagerten Ventilanordnung (8) fluidleitend verbunden ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgaspartikel-Filtersystem für einen Verbrennungsmotor in der beispielhaften Ausgestaltung als Dieselmotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Der Betrieb von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen unterliegt sich anhaltend verschärfenden Abgasnormen. Primäres Ziel ist die weitere Reduzierung des Ausstoßes an Schadstoffen wie z. B. Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, Stickoxiden usw. sowie CO₂ und Feinstaub. Die Einhaltung der jeweiligen Grenzwerte obliegt den einzelnen Fahrzeugherstellern. Zur Umsetzung bieten sich neben einem reduzierten Fahrzeuggewicht unter anderem Optimierungen hinsichtlich der Verbrennungsabläufe und der Abgasreinigung an. Insbesondere die im Abgas enthaltenen Partikel bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren erfordern dabei spezielle Nachbehandlungssysteme.
• Nachbehandlungssysteme sehen den Einsatz von Filtern vor, um die allgemein als Ruß und Feinstaub bezeichneten Festkörper in Form von Partikeln aus dem Abgasstrom zu entfernen. Hierzu haben sich sogenannte Wandstromfilter etabliert, bei denen das strömende Abgas durch eine poröse Filterwand gezwungen wird. Dabei werden die aufgrund ihrer Größe nicht durch die einzelnen Porenöffnungen passenden Partikel auf der Oberfläche der Filterwand abgelagert. Aber auch kleinere Partikel werden durch Agglomeration und Adhäsion an der Filterwand abgeschieden. Die sich auf der Filterwand ansammelnden Ablagerungen sind allgemein als Filterkuchen bekannt.
• Derartige Filterwände können auf verschiedene Arten angelegt sein. Bevorzugt weisen Wandstromfilter eine durch die Filterwände gebildete monolithische Kanalstruktur auf. Deren parallel zueinander verlaufenden Kanäle sind dabei wechselseitig verschlossen. Mit anderen Worten sind die jeweils benachbarten Kanäle abwechselnd entweder an ihrem ersten oder zweiten Ende über geeignete Stopfen verschlossen. Hierdurch wird erreicht, dass das Abgas zunächst über die ein in Strömungsrichtung offenes Ende aufweisenden Kanäle einströmt. Aufgrund deren endseitigen Verschluss wird das Abgas anschließend durch die jeden einzelnen Kanal begrenzenden Filterwände hindurch in die umliegenden Kanäle gezwängt. Von dort aus gelangt das auf diese Weise gefilterte Abgas über die in Strömungsrichtung offenen Enden wieder heraus.
• Da sich die Durchlässigkeit der Filterwand mit zunehmender Ablagerungsmenge verringert, steigt der vorhandene Gegendruck eines Wandstromfilters während seiner Betriebszeit weiter an. Als Folge erhöht sich der Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitiger Leistungsverminderung der Brennkraftmaschine bis zur vollständigen Verstopfung des Wandstromfilters stetig. Ein bedarfsweiser Austausch der hierfür relevanten Teile wäre überaus kostenintensiv, zumal in Abhängigkeit vom Fahrbetrieb ein zu hoher Gegendruck schon nach nur geringen Fahrleistungen vorliegen kann. Insofern benötigen Wandstromfilter die Möglichkeit zu deren Regenerierung. Dies meint, dass die auf der Filterwand abgelagerten Festkörper wieder entfernt werden müssen. Da dies auch im laufenden Betrieb erfolgen muss und Wandstromfilter bereits aufgrund ihrer geschlossenen Bauweise keine mechanische Entfernung ermöglichen, werden die Ablagerungen auf geeignete Weise verbrannt. Insofern erfolgt die Entfernung der angelagerten Partikel durch deren nachträgliche Umwandlung in CO₂.
• Hierzu sind Temperaturen von mindestens 500° C notwendig, welche nicht in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durch die Abgastemperatur selbst zur Verfügung steht. Um dennoch eine grundsätzlich mögliche Verbrennung der Ablagerungen zu gewährleisten, wird die erforderliche Hitze beispielsweise durch eine Nacheinspritzung von Kraftstoff oder aber durch die zusätzliche Anordnung von Heizelementen bereitgestellt. Hierzu sind im Stand der Technik bereits unterschiedliche Ausführungsformen bekannt.
• So gehen beispielsweise aus der US 5,930,994 A und der deutschen Übersetzung DE 697 10 263 T2 der EP 0 816 646 B1 Abgasemissionssteuereinrichtungen hervor, welche dem Entfernen von Teilchen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen dienen. Die jeweilige Einrichtung umfasst zwei parallel zueinander angeordnete Filter, welche stromabwärts mit einer gemeinsamen Abgasleitung fluidleitend verbunden sind. Stromaufwärts ist jedem der beiden Filter ein Absperrventil nachgeschaltet. Durch Öffnen oder Schließen eines der Absperrventile kann der Abgasstrom durch den zugehörigen Filter abgesperrt werden. Stromaufwärts der beiden Filter sind diese über eine zusätzliche Kanalbrücke miteinander fluidleitend verbunden. Die Kanalbrücke umfasst einen Einlass für Verbrennungsluft sowie ein weiteres Absperrventil und einen Zusatzfilter. Zwischen den beiden Absperrventilen und den zugehörigen Filtern ist jeweils eine Düse für Spülluft angeordnet. Die Spülluft dient der Regeneration des jeweiligen Filters, indem diese in entgegengesetzte Richtung durch den Filter leitbar ist. Hierzu wird zunächst das dem Filter zugehörige Absperrventil geschlossen, woraufhin die Spülluft über die Düse richtungsverkehrt durch den Filter strömt. Hierbei werden im Filter angelagerte Teilchen mit der Spülluft mitgerissen. Zeitgleich wird das Absperrventil der Kanalbrücke geöffnet, so dass die mit Teilchen angereicherte Spülluft durch die Kanalbrücke hindurch und anschließend durch den anderen Filter leitbar ist. Da die Spülluft dabei durch den Zusatzfilter innerhalb der Kanalbrücke strömt, werden die Teilchen durch diesen herausgefiltert. Anschließend wird das Absperrventil der Kanalbrücke geschlossen und der Zusatzfilter über ein Heizmittel erhitzt. Durch den Einlass der Kanalbrücke wird nun Verbrennungsluft eingelassen, welche zu dem zuvor regenerierten Filter strömt. Hierbei werden die im erhitzten Zusatzfilter angelagerten Teilchen in Kombination mit der Verbrennungsluft verbrannt. Eine Regeneration des jeweils anderen Filters erfolgt über eine entsprechende Ansteuerung des ihm zugehörigen Absperrventils und der Düse für Spülluft.
• Die US 7,269,942 B2 und die US 2004/0226290 A1 offenbaren Wandstromfilter zum Herausfiltern von Partikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine. Der jeweilige Wandstromfilter umfasst ein Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass. Zwischen Einlass und Auslass ist ein Filterkörper innerhalb des Gehäuses angeordnet. Stromabwärts des Filterkörpers befindet sich eine Drosselklappe, durch deren Betätigung ein Rückstau des Abgasstroms erzeugt werden kann. Stromaufwärts des Filterkörpers ist ein langsam permanent angetriebener Rotor angeordnet. Der Rotor weist einen Außenring und diesen mit einer zentralen Drehachse verbindende Speichen auf. Ein Segment des Rotors ist als geschlossene Auffangschale ausgebildet. Die Auffangschale mündet in einen koaxial zur Drehachse des Rotors angeordneten Kanalstutzen. Stromaufwärts des Rotors weist das Gehäuse einen außenliegenden Umgehungskanal mit einem Ventil auf, welcher über eine Öffnung im Gehäuse an dieses angeschlossen ist. Der Umgehungskanal verbindet die Öffnung des Gehäuses mit dem Kanalstutzen des Rotors. Auf diese Weise stehen das Gehäuse und der Kanalstutzen des Rotors in fluidleitender Verbindung. Während der regulären Filterphase ist die Drosselklappe geöffnet, so dass Abgas ungehindert durch die offene Struktur des Rotors und anschließend durch den Filterkörper strömen kann. Sofern eine Regeneration des Filterkörpers erforderlich ist, wird die Drosselklappe so weit geschlossen, dass der Staudruck des Abgases innerhalb des Gehäuses erhöht ist. Gleichzeitig wird das Ventil innerhalb des Umgehungskanals geöffnet. Hierdurch dringt das strömende Abgas teilweise über die Auffangschale des Rotors zurück. Durch die Richtungsumkehr werden im aktuell über die Auffangschale verdeckten Bereich des Filterkörpers die darin angelagerten Partikel mit dem bereits gefilterten Abgasrückstau mitgerissen. Über den Umgehungskanal gelang das mit Partikeln beladene Abgas in eine Kammer, wo sich die Partikel niederlassen können. In der Kammer können die Partikel entzündet und verbrannt werden. Nach der so erfolgten Regeneration des Wandstromfilters wird die Drosselklappe wieder geöffnet.
• Weiterhin zeigen auch die US 7,273,514 B2 sowie die US 2006/0059899 A1 verschiedene Ausgestaltungen von Filtersystemen zum Entfernen von Partikel aus dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors. Eine Variante weist einen einzelnen Querstromfilter auf, welcher eine Vielzahl an parallel zueinander verlaufenden Kanälen besitzt. Die Kanäle legen eine Strömungsrichtung fest, in welcher Abgas durch diese hindurch strömt. Zur Filterung weisen die Kanäle, diese umfangsseitig begrenzende, poröse Wände auf. Dabei sind die Kanäle untereinander mit einem Spiel beabstandet, so dass seitlich durch die Wände hindurch strömendes Abgas quer zur Strömungsrichtung zwischen den Kanälen austreten kann. Besagter Querstromfilter ist mit seinen sich in Strömungsrichtung gegenüberliegenden Enden zwischen zwei synchron rotierenden Strömungsschablonen angeordnet. Die stromaufwärts gelegene Strömungsschablone weist eine Ringstruktur mit einem radial verlaufenden Steg auf. Durch eine Drehung der Strömungsschablone werden jeweils andere Kanäle kurzfristig durch den Steg abgedeckt, so dass durch diese kein Abgas in die Kanäle einströmen kann. Die gegenüberliegende Strömungsschablone weist demgegenüber eine nahezu geschlossene Scheibengestaltung auf, welche lediglich eine Blende in Form eines radial verlaufenden Schlitzes umfasst.
• Auf diese Weise wird ein Großteil der Kanäle endseitig abgedeckt, während nur einige der Kanäle während der Drehung der Strömungsscheibe nacheinander geöffnet sind. Hierdurch strömt das eingangsseitig in eine Vielzahl von Kanälen gelangende Abgas durch deren Wände hindurch, da diese Kanäle zu einem Großteil über die andere Strömungsscheibe endseitig verschlossen sind. Das so durch den Querstromfilter gefilterte Abgas gelang in ein den Querstromfilter umgebendes Gehäuse, von wo aus es über ein Gehäuseventil ausströmen kann. Durch die Kanäle, welche aufgrund der Stellung der Strömungsscheiben kurzfristig beidseitig geöffnet sind, kann das Abgas ungefiltert hindurch und in eine Sammelkammer gelangen. Grundsätzlich sind auch andere Ausgestaltungen der Strömungsschablonen angedacht, wie beispielsweise als Lochblenden.
• Zur Regeneration des Querstromfilters wird nun das Gehäuseventil geschlossen, so dass der Druck des Abgases innerhalb des Gehäuses ansteigt. Hierdurch wird das im Gehäuse angestaute, gefilterte Abgas wieder durch die Wände in die einzelnen Kanäle gepresst. Während der Rotation der stromabwärts gelegenen Strömungsscheibe werden nacheinander nur einige der Kanäle endseitig geöffnet, so dass der Überdruck an Abgas sich durch diese Kanäle hindurch in die Sammelkammer entladen kann. Auf diese Weise werden die sich zuvor an der Innenfläche der Wände angesammelten Partikel mitgerissen und in die Sammelkammer gespült. Dieser Effekt wird durch nachströmendes Abgas über die vereinzelt beidseitig geöffneten Kanäle nochmals verstärkt. Über ein in der Sammelkammer angeordnetes Heizmittel können die so aus dem Querstromfilter ausgespülten und in der Sammelkammer aufgefangenen Partikel verbrannt werden. Unverbrannte Reste können bei Bedarf über eine Wartungsklappe aus der Sammelkammer entfernt werden.
• Des Weiteren wird eine Ausgestaltung mit zwei parallel angeordneten Wandstromfiltern aufgezeigt. Diese sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, welches in Bezug auf die Längsrichtung der Wandstromfilter in drei getrennte Kammern unterteilt ist. Die Wandstromfilter sind dabei zylindrisch ausgebildet, wobei sie jeweils neben einem Filterkörper eine rohrförmige Verlängerung besitzen. Die jeweilige Verlängerung ist in einem sie umgebenden Rohr längsverschieblich angeordnet. Sowohl Verlängerung als auch Rohr weisen in ihren Mantelflächen angeordnete Öffnungen auf, welche miteinander in Deckung bringbar sind. Dabei sind die einzelnen Öffnungen zu zwei Öffnungsfeldern zusammengefasst, welche in jeweils einer von zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Kammern des Gehäuses liegen. Über die mittlere Kammer kann nun Abgas in das Gehäuse einströmen, welches anschließend durch eines der Öffnungsfelder hindurch in den Wandstromfilter gelangt. Nach dessen Filterung gelangt das von Partikeln befreite Abgas anschließend in eine endseitige Kammer, aus welcher es über ein Ventil entweichen kann.
• Zur Regeneration wird nun einer der Wandstromfilter derart axial verlagert, dass das zuvor durchlässige Öffnungsfeld geschlossen und nunmehr das andere Öffnungsfeld durchlässig ist. Gleichzeitig wird das Ventil der endseitigen Kammer geschlossen, wodurch ein Überdruck mit über den zweiten Wandstromfilter weiterhin in die endseitige Kammer einströmendem Abgas entsteht. Auf diese Weise kehrt sich der Abgasstrom für den zu regenerierenden Wandstromfilter um, so dass das über den anderen Wandstromfilter gefilterte Abgas nunmehr richtungsverkehrt durch den Wandstromfilter strömt. Hierbei werden die angelagerten Partikel mitgerissen. Das so mit Partikel angereicherte Abgas gelangt schließlich über das nunmehr geöffnete Öffnungsfeld in eine vordere Kammer und über eine Leitung aus dieser heraus. Anschließend werden die Partikel über einen Zirkulationsabscheider aus dem so wieder bereinigten Abgas gelöst und können durch ein Heizmittel in diesem verbrannt werden. Die Regeneration des jeweils anderen Wandstromfilters erfolgt, indem die axiale Verlagerung der beiden Wandstromfilter umgekehrt wird.
• Die EP 1 807 611 B1 offenbart ein Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine. Dieses umfasst zwei voneinander getrennte Filter, welche in eine Filterrichtung mit zu filterndem Abgas durchströmbar sind. In den Filtern selbst ausgebildet oder diesen vorgeschaltet können ferner Mittel zur Abgaskatalyse vorhanden sein. Den beiden Filtern ist jeweils ein Kraftstoffzusatzventil vorgeschaltet, um die Temperatur innerhalb des jeweiligen Filters auf wenigstes 500° C zu erhöhen. Hierdurch können die Filter einer Regeneration unterzogen werden, in der die gesammelten Partikel innerhalb der Filter verbrannt werden. Durch eine überkreuzte Führung der Abgasleitungen ist es ferner möglich, bereits durch einen der Filter gefiltertes Abgas zurück zum Einlass des jeweils anderen Filters zu führen. Auf diese Weise kann die von der Brennkraftmaschine insbesondere im Kaltstart ausgehende Partikellast gezielt auf die beiden Filter verteilt werden, um eine gleichmäßige Belastung zu erreichen.
• Die bekannten Ausgestaltungen ermöglichen hohe Laufleistungen derartiger Systeme durch deren Regeneration. Allerdings erfordert die nachgelagerte Verbrennung der abgelagerten Partikel in Form einer "heißen" Regeneration zusätzlichen Energieaufwand. Insbesondere die mobile Verbrennung durch eine Heizeinrichtung führt letztlich zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch. Aber auch herstellerseitig entstehen aufgrund der erforderlichen Zusatzvorrichtungen sowie des mitunter aufwendigen Aufbaus und des zusätzlichen Abstimmungsaufwands ebenfalls höhere Kosten. Mit Bezug auf die Betriebssicherheit solcher Systeme können insbesondere die zur Verbrennung der Ablagerungen erforderlichen hohen Temperaturen zu einer unerwünschten Deaktivierung des regelmäßig vorhandenen Katalysators führen. Letztlich ist damit auch die strukturelle Integrität des Filters gefährdet, zumal dem System hierdurch weitere Robustheitsrisiken zugeführt werden.
• Der DE 10 2010 007 162 A1 ist ein System für ein Fahrzeug zu entnehmen, das einen Motor mit einem Einlass und einem Auslass umfasst sowie ein Partikelmaterial-Rückhaltesystem besitzt. Dieses weist zwei Abgaspartikelfilter auf, welche in ihrer jeweiligen Filterrichtung mit zu filterndem Abgas des Motors durchströmbar sind. Zu deren Regeneration kann jeweils einer der beiden Abgaspartikelfilter mit durch den jeweils anderen Abgaspartikelfilter bereits gefiltertem Abgas entgegen seiner Filterrichtung durchströmt werden. Das so mit Partikeln beladene Abgas wird anschließend zurück zum Einlass des Motors geleitet, um in dessen Verbrennungsprozess mit verbrannt zu werden. Hierzu ist der Auslass des Motors über zwei den Abgaspartikelfiltern vorgeschaltete Steuerventile verbunden. Die Steuerventile sind mit jeweils einer Rückführleitung verbunden, wobei die beiden Rückführleitungen vor einem AGR-Kühler zusammengeführt sind. Stromabwärts der Abgaspartikelfilter sind diese durch ein Verbindungsrohr durchgehend fluidleitend miteinander verbunden. Das Verbindungsrohr ist über ein Regelventil mit einer weiterführenden Abgasleitung verbunden, welche in eine Schadstoffbegrenzungsvorrichtung führt. Aufgrund der jeweiligen Schaltstellung der beiden Steuerventile und des nur die Abgasleitung zumindest teilweise öffnenden oder schließenden Regelventils kann die Richtung des Abgases durch die beiden Abgaspartikelfilter hindurch bestimmt werden.
• Mit der DE 37 22 970 A1 wurde eine weitere Einrichtung zum Reinigen eines in einer Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilters bekannt. Gemäß einer Ausführungsvariante kann diese zwei nebeneinander angeordnete und in eine Filterrichtung mit Abgas durchströmbare Partikelfilter umfassen. Jedem der Partikelfilter ist jeweils eine Drosselklappe vorgeschaltet, welche mit jeweils einer Rückführleitung verbunden sind. Die Rückführleitungen sind mit dem Einlass der Brennkraftmaschine fluidleitend verbunden. Stromabwärts sind beide Partikelfilter über eine Y-förmiges Sammelrohr miteinander verbunden, welches in eine einzelne Abgasleitung mündet. Zwischen Sammelrohr und Abgasleitung ist eine weitere Drosselklappe angeordnet, um die Menge an in die Abgasleitung eintretendem Abgas zu regeln. Durch Ansteuerung der insgesamt drei Drosselklappen ist es möglich, die Richtung des strömenden Abgases in einem der beiden Partikelfilter umzukehren. Hierdurch können in dem jeweiligen Partikelfilter angereicherte Partikel gelöst und durch die zugehörige Rückführleitung in den Brennräumen der Brennkraftmaschine verbrannt werden.
• Durch die Ausgestaltungen der DE 10 2010 007 162 A1 und der DE 37 22 970 A1 ist die ansonsten bei der Regeneration von Partikelfiltern vorherrschende thermische Belastung der Partikelfilter deutlich reduziert. Angesichts der bekannten Ausgestaltungen bieten derartiger Filteranordnungen allerdings durchaus noch Raum für Verbesserungen.
• Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Abgaspartikel-Filtersystem dahingehend zu verbessern, dass die thermische Belastung des Abgaspartikelfilters aufgrund dessen Regeneration reduziert ist, wobei die im Betrieb durchzuführende Regeneration insgesamt wirtschaftlicher durchgeführt werden kann und wobei auch eine präzisere Kontrolle der Strömungswege des Abgases sowie eine hiervon unabhängige Abgaskatalyse ermöglicht sind. Als eine weitere Aufgabe kann angesehen werden, sicherzustellen, dass zu keinem Zeitpunkt des Betriebes Partikel in die Umgebung entweichen können.
• Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Abgaspartikel-Filtersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale und Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und damit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
• Das nachfolgend beschriebene Abgaspartikel-Filtersystem wird bevorzugt im Zusammenhang mit einer mit Dieselkraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) eingesetzt. Hiernach umfasst das erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem zwei oder mehr Abgaspartikelfilter. Die Abgaspartikelfilter sind dazu vorgesehen, im Abgas enthaltene Partikel wie beispielsweise Ruß herauszufiltern. Hierzu sind die Abgaspartikelfilter in ihrer jeweiligen Filterrichtung mit zu filterndem Abgas durchströmbar. Dabei sind die Abgaspartikelfilter in Bezug auf ihre Filterrichtung stromabwärts derart miteinander fluidleitend, also abgasleitend verbunden, dass zur Regeneration eines der Abgaspartikelfilter dieser entgegen seiner Filterrichtung mit durch den jeweils anderen Abgaspartikelfilter bereits gefiltertem Abgas durchströmbar ist. Mit anderen Worten wird der zu regenerierende Abgaspartikelfilter hierbei mit durch den anderen Abgaspartikelfilter zuvor gefiltertem Abgas durchströmt.
• Jeder der Abgaspartikelfilter besitzt einen Abgaseingang, welcher in Bezug auf die Filterrichtung jeweils stromaufwärts der Abgaspartikelfilter gelegen ist. Hierbei stehen die Abgaspartikelfilter und die zugehörigen Abgaseingänge derart in fluidleitender Verbindung, dass jeder der Abgaseingänge mit dem gesamten Filterquerschnitt des jeweils zugehörigen Abgaspartikelfilters gleichzeitig korrespondiert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass über den jeweiligen Abgaseingang einströmendes Abgas gleichzeitig annähernd gleichmäßig über den gesamten Filterquerschnitt verteilt durch den zugehörigen Abgaspartikelfilter hindurchströmen kann. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass hierdurch der ohnehin vorhandene bauartbedingte Staudruck durch die in den Abgaspartikelfiltern angeordneten Filterkörper möglichst gering gehalten werden kann.
• Die somit vollflächig über die zugehörigen Abgaseingänge anströmbaren Abgaspartikelfilter sind ferner mit einer vorgelagerten Ventilanordnung fluidleitend verbunden. Bei der Ventilanordnung handelt es sich bevorzugt um eine solche, welche von den Abgaspartikelfiltern separiert und nur über entsprechende Abgasleitungen mit den Abgaseingängen der Abgaspartikelfilter fluidleitend verbunden ist. Besagte Ventilanordnung ist dazu ausgebildet, um den Abgasstrom durch die Abgaspartikelfilter zu steuern. So ist die Ventilanordnung dazu vorgesehen, den Zustrom an zu filterndem Abgas zu einem der Abgaspartikelfilter hin zu unterbrechen. Weiterhin ist die Ventilanordnung dazu vorgesehen, die Regeneration eines der Abgaspartikelfilter zu ermöglichen, indem aufgrund einer Einstellung der Ventilanordnung das diesen Abgaspartikelfilter während seiner Regeneration nunmehr entgegen der Filterrichtung durchströmende Abgas zurück zum Verbrennungsmotor geleitet werden kann.
• Die Abgaspartikelfilter besitzen stromabwärts gelegene Abgasausgänge, welche somit den Abgaseingängen gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Abgasausgänge können unter Zwischenschaltung einer nachgelagerten Ventilanordnung untereinander fluidleitend verbunden sein und gleichzeitig mit einer das bereits gefilterte Abgas weiterleitenden Abgasleitung fluidleitend verbunden sein. Mit anderen Worten ist durch die nachgelagerte Ventilanordnung einstellbar, welchen Weg das nunmehr gefilterte Abgas ganz oder teilweise nimmt.
• Hierfür ist die nachgelagerte Ventilanordnung bevorzugt dazu ausgebildet, das aus wenigstens einem der Abgaspartikelfilter in Strömungsrichtung ausströmende, gefilterte Abgas zumindest teilweise in die weiterleitende Abgasleitung einzuleiten und somit abzuleiten. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die nachgelagerte Ventilanordnung bevorzugt dazu ausgebildet, das bereits gefilterte Abgas zumindest teilweise in einen der Abgaspartikelfilter über dessen Abgasausgang entgegen seiner Filterrichtung (x) einzuleiten, um diesen in der zuvor beschriebenen Weise zu regenerieren.
• Erfindungsgemäß weist das Abgaspartikel-Filtersystem ein zusätzliches Mittel zur Abgaskatalyse auf, welches in Form einer zusätzlichen Komponente vorhanden ist. Besagtes Mittel zur Abgaskatalyse ist zwischen der vorgelagerten Ventilanordnung und wenigstens einem der Abgaspartikelfilter angeordnet. Hierbei ist das Mittel zur Abgaskatalyse mit dem Abgaseingang des zugehörigen Abgaspartikelfilters und einem Anschluss der vorgelagerten Ventilanordnung fluidleitend verbunden. Auf diese Weise durchströmt das zu filternde Abgas vor seiner Filterung zunächst das Mittel zur Abgaskatalyse, bevor es anschließend in den jeweiligen Abgaspartikelfilter gelangt.
• Die vorgelagerte Ventilanordnung umfasst ein Vier-Wege-Ventil oder ist aus diesem gebildet. Das Vier-Wege-Ventil besitzt dabei vier Anschlüsse und kann bevorzugt zwei diskrete Schaltstellungen aufweisen. Von den vier Anschlüssen ist ein erster Anschluss an eine Abgasleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend angebunden.
• Unter der Abgasleitung des Verbrennungsmotors wird eine solche verstanden, welche dazu geeignet ist, zu filterndes Abgas von dem Verbrennungsmotor weg hin zu wenigstens einem der Abgaspartikelfilter zu leiten.
• Ein zweiter Anschluss ist an eine Rückführleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend angebunden.
• Unter der Rückführleitung des Verbrennungsmotors wird eine solche verstanden, welche geeignet ist, zuvor bereits gefiltertes und aufgrund seiner Strömung durch einen der Abgaspartikelfilter entgegen der Filterrichtung mit Partikeln beladenes Abgas zurück zum Verbrennungsmotor zu leiten.
• Das so zurückgeleitete, mit Partikeln beladene Abgas kann beispielsweise direkt dem im Verbrennungsmotor stattfindenden Verbrennungsprozess zugeführt werden. Weiterhin sind ein dritter Anschluss und ein vierter Anschluss an jeweils einen der Abgaseingänge der Abgaspartikelfilter fluidleitend angebunden.
• Auf diese Weise ist es möglich, dass in der ersten Schaltstellung der erste Anschluss mit dem dritten Anschluss und gleichzeitig der zweite Anschluss mit dem vierten Anschluss fluidleitend verbunden sind. Mit anderen Worten kann so in der ersten Schaltstellung das im Verbrennungsmotor entstehende Abgas durch die Ventilanordnung hindurch zu einem der Abgaspartikelfilter geleitet werden. Gleichzeitig kann das zur Regeneration des jeweils anderen Abgaspartikelfilters entgegen der Filterrichtung zurückströmende und mit aus dem zu regenerierenden Abgaspartikelfilter gelösten Partikeln beladene Abgas durch die Ventilanordnung hindurch in die Rückführleitung eingeleitet werden.
• Die zweite Schaltstellung der vorgelagerten Ventilanordnung ist demgegenüber dazu vorgesehen, das zuvor beschriebene Szenario quasi umzukehren. Dabei sind dann entsprechend der erste Anschluss mit dem vierten Anschluss und der zweite Anschluss mit dem dritten Anschluss fluidleitend verbunden. Mit anderen Worten kann so die Regeneration des anderen Abgaspartikelfilters erfolgen, indem das diesen nunmehr entgegen der Filterrichtung durchströmende gefilterte Abgas durch die Ventilanordnung hindurch in die Rückführleitung eingeleitet wird, während der bereits regenerierte Abgaspartikelfilter mit dem im Verbrennungsmotor entstehenden und noch zu filternden Abgas durch die Ventilanordnung hindurch beaufschlagt wird.
• Durch die von den Abgaspartikelfiltern getrennte vorteilhafte Anordnung der vorgelagerten Ventilanordnung ist es nunmehr möglich, durch zwei diskrete Schaltstellungen die Regeneration entweder des einen oder des anderen Abgaspartikelfilters durchzuführen. Auf diese Weise ist die Filterung des von dem Verbrennungsmotor ausgehenden Abgases zu jedem Zeitpunkt des Betriebes durch wenigstens einen der Abgaspartikelfilter dauerhaft sichergestellt.
• Weiterhin umfasst die nachgelagerte Ventilanordnung ein Drei-Wege-Mischventil oder ist aus einem solchen gebildet. Das Drei-Wege-Mischventil weist drei Anschlüsse auf. Dabei ist ein erster Anschluss an die weiterleitende Abgasleitung fluidleitend angebunden. Weiterhin sind ein zweiter Anschluss und ein dritter Anschluss des Drei-Wege-Mischventils an jeweils einen der Abgasausgänge fluidleitend angebunden. Auf diese Weise können alle drei Anschlüsse je nach Bedarf durch eine Manipulation der nachgelagerten Ventilanordnung entweder jeweils paarweise oder aber alle zusammen zumindest teilweise miteinander fluidleitend verbunden werden.
• Durch den Einsatz eines Drei-Wege-Mischventils lässt sich folglich auf einfache und kostengünstige Art eine vorteilhafte Bestimmung des Strömungsweges für das bereits gefilterte Abgas realisieren. Dabei kann das Drei-Wege-Mischventil entweder wenigstens zwei diskrete Schaltstellungen aufweisen oder aber als Mischventil agieren. Im ersten Fall wäre so eine Weiterleitung des Abgases gegeben, welche aus einem der Abgaspartikelfilter heraus entweder zurück in den jeweils anderen Abgaspartikelfilter hinein oder aber in die weiterleitende Abgasleitung (z. B. Auspuffendabschnitt) hinein verläuft. Im zweiten Fall ergebe sich die vorteilhafte Möglichkeit, das aus einem der beiden Abgaspartikelfilter ausströmende gefilterte Abgas zu gewissen Volumenanteilen dem jeweils anderen Abgaspartikelfilter und gleichzeitig der weiterleitenden Abgasleitung zuzuführen. Selbstverständlich kann die nachgelagerte Ventilanordnung in Form des Drei-Wege-Mischventils auch eine solche Schaltstellung aufweisen, welche den aus beiden Abgaspartikelfiltern gleichzeitig austretenden Abgasströmen eine vollständige Einleitung in die weiterleitende Abgasleitung ermöglicht.
• Der sich aus der Gesamtheit dieser Anordnung ergebende Vorteil ist darin zu sehen, dass die während der Regeneration eines der Abgaspartikelfilter aus diesem gelösten Partikel nun nicht mehr innerhalb des Abgaspartikelfilters selbst oder an anderer Stelle durch ein zusätzliches Heizelement verbrannt werden. Vielmehr wird erfindungsgemäß die ohnehin vorhandene thermische Energie des in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors genutzt, um die Partikel zu verbrennen. Hierzu kann das mit den Partikeln beladene Abgas beispielsweise über eine Rückführleitung des Verbrennungsmotors direkt dem Verbrennungsprozess innerhalb des Verbrennungsmotors zugeführt werden. Auf diese Weise lässt sich weitere Energie zusätzlich zu dem zu verbrennenden Kraftstoff (also z. B. Diesel) gewinnen. Diese thermische Energie geht bei konventionellen Regenerationen durch eine Verbrennung innerhalb des Abgaspartikelfilters oder einem geeigneten Auffanggefäß verloren, indem sie ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird.
• Durch den Einsatz der nachgelagerten Ventilanordnung ergibt sich ein überaus präzise zu kontrollierender Strömungsweg des Abgases in Bezug auf dessen Weiterleitung. Hierbei ist das erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem unabhängig von etwaigen Abgasdrücken, da die nachgelagerte Ventilanordnung quasi eine Zwangsführung für das Abgas darstellt. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Dosierung selbst kleinster Abgasmengen und Abgasströme realisierbar.
• Die nunmehr mögliche Art der Regeneration des erfindungsgemäßen Abgaspartikel-Filtersystems ermöglicht eine deutliche Reduzierung der Belastungen des Abgaspartikelfilters hinsichtlich der ansonsten üblichen hohen thermischen Vorgänge während seiner Regeneration. Da die angelagerten Partikel nun nicht mehr innerhalb des Abgaspartikelfilters verbrannt werden müssen, findet somit eine vollständige Abkehr von den ansonsten vorherrschenden Maßnahmen zu dessen Regeneration statt. Zudem bedarf es keinerlei weiterer kostenintensiver und zusätzlichen Platzbedarf sowie Gewicht mit sich bringender Vorrichtungen wie etwa eines Zyklonabscheiders, um die Partikel aus dem Abgasstrom zu filtern. Dank des Verzichts auf die Verbrennung im Bereich des Abgaspartikelfilters oder einem geeigneten Auffanggefäß mittels zusätzlicher Energiequellen kann dessen erforderliche Regeneration nunmehr insgesamt wirtschaftlicher durchgeführt werden. Zudem ermöglich das erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem einen einfachen Aufbau mit nur wenigen Komponenten, so dass insgesamt eine wirtschaftlichere Herstellung ermöglicht ist.
• Als mögliche Alternative zur Ausgestaltung der vorgelagerten Ventilanordnung als einzelnes Vier-Wege-Ventil wäre denkbar, dass diese zwei Drei-Wege-Ventile umfassen oder durch diese gebildet sein könnte. Die Drei-Wege-Ventile könnten dabei jeweils drei Anschlüsse besitzen und bevorzugt jeweils zwei diskrete Schaltstellungen aufweisen. Von den drei Anschlüssen jedes der Drei-Wege-Ventile kann dann ein erster Anschluss an die Abgasleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend anbindbar sein. Hierzu können die ersten Anschlüsse der beiden Drei-Wege-Ventile beispielsweise untereinander fluidleitend verbunden sein, wobei diese Verbindung eine Anbindung an die Abgasleitung des Verbrennungsmotors enthält, beispielsweise in Form eines T-Stücks. Ein zweiter Anschluss könnte dann an die Rückführleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend anbindbar sein. Bevorzugt wären hierbei zwei Rückführleitungen vorgesehen, so dass jeder zweite Anschluss der Drei-Wege-Ventile über eine eigene Rückführleitung mit dem Verbrennungsmotor fluidleitend verbunden sein könnte. Die jeweils dritten Anschlüsse der beiden Drei-Wege-Ventile könnten dann bevorzugt an jeweils einen Abgaseingang der Abgaspartikelfilter fluidleitend angebunden sein.
• Auf diese Weise wäre es möglich, dass in der jeweils ersten Schaltstellung eines der Drei-Wege-Ventile der erste Anschluss mit dem dritten Anschluss fluidleitend verbunden ist. Mit anderen Worten könnte so das von Seiten des Verbrennungsmotors in eines der Drei-Wege-Ventile einströmende Abgas durch dieses hindurch und zu dem jeweils zugehörigen Abgaspartikelfilter weitergeleitet werden. In der jeweils zweiten Schaltstellung eines der Drei-Wege-Ventile könnte dann dessen zweiter Anschluss mit dem dritten Anschluss fluidleitend verbunden sein. Mit anderen Worten stünden hierbei die Rückführleitung und der zugehörige Abgaspartikelfilter in fluidleitender Verbindung, so dass das diesen zur Regeneration durchströmende und nunmehr mit herausgelösten Partikeln beladene Abgas durch das Drei-Wege-Ventil hindurch in die Rückführleitung zurück zum Verbrennungsmotor geleitet würde.
• Dank der so voneinander unabhängigen Ansteuerung der voneinander getrennten Drei-Wege-Ventile der vorgelagerten Ventilanordnung wäre es möglich, die Abgaspartikelfilter voneinander unabhängig mit zu filterndem Abgas zu beschicken oder diese auf die zuvor bereits beschriebene Weise zu regenerieren. Ein Vorteil könnte hierbei in der Tatsache gesehen werden, dass dann beide Drei-Wege-Ventile so einstellbar wären, dass das zu filternde Abgas gleichzeitig durch beide Abgaspartikelfilter strömen könnte. Hierdurch könnte sich ein deutlich reduzierter Staudruck ergeben, was insbesondere bei hoher Motorlast vorteilhaft ist wäre.
• Als mögliche Alternative zur Ausgestaltung der nachgelagerten Ventilanordnung als einzelnes Drei-Wege-Mischventil wäre denkbar, dass diese zwei Proportionalventile umfassen oder aus diesen gebildet sein könnte. Vorzugsweise besäße dann jedes der beiden Proportionalventile zwei Anschlüsse. So könnte ein erster Anschluss an jeweils einen der Abgasausgänge der Abgaspartikelfilter fluidleitend angebunden sein. Dabei könnten die jeweiligen zweiten Anschlüsse der beiden Proportionalventile sowohl untereinander fluidleitend verbunden sein als auch mit der weiterleitenden Abgasleitung fluidleitend verbunden werden. Auf diese Weise könnte erreicht werden, dass der Abgasstrom durch die Abgaspartikelfilter über eine Manipulation bereits eines der Proportionalventile regelbar wäre. Hierbei würden die Proportionalventile eine stufenlose Einstellung des sie durchströmenden Abgasstroms ermöglichen. So könnte beispielsweise durch ein leichtes Öffnen eines der Proportionalventile ein nur geringer Abgasstrom zwecks Regeneration durch einen der Abgaspartikelfilter entgegen seiner Filterrichtung geleitet werden. Auf diese Weise wäre dessen Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt, so dass die Beladung mit gelösten Partikeln geringer ausfallen würde. Im Ergebnis könnte folglich eine überaus vorteilhafte Einstellung während der Regeneration derart erfolgen, dass beim Rückführen der Partikel in den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors dieser nicht schlagartig mit einer hohen Partikellast beaufschlagt würde. Dies könnte insbesondere der Verschleißreduzierung des Verbrennungsmotors dienen, da die zu verbrennende Menge an Partikeln quasi nicht auf einen Schlag, sondern in kleiner Dosis über einen geeigneten Zeitraum hinweg zugeführt würde.
• Die Erfindung sieht vor, dass das Abgaspartikel-Filtersystem neben seiner Möglichkeit zur Rußfilterung, also zur Partikelfilterung, auch katalytische Eigenschaften aufweisen kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Filterwände des Filterkörpers in wenigstens einem der Abgaspartikelfilter eine hierfür geeignete Beschichtung aufweist.
• Das zuvor vorgestellte erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem ermöglicht die überaus vorteilhafte Möglichkeit zur Regeneration der Abgaspartikelfilter. Aufgrund des Verzichts der hierzu notwendigen thermischen Verbrennung der abgelagerten Partikel im Inneren der Abgaspartikelfilter ist deren thermische Belastung deutlich reduziert. Im Ergebnis kann der ohnehin im Betrieb des Verbrennungsmotors anstehende Abgasdruck genutzt werden, um die in den Abgaspartikelfiltern abgelagerten Partikel zu entfernen. Hierbei nimmt das strömende Abgas die Partikel mit und kann diese in vorteilhafter Weise zum Verbrennungsmotor hin befördern. Die thermische Energie der Verbrennung kann nun genutzt werden, um die Partikel zu verbrennen. Da hierfür keinerlei zusätzliche Energiequelle für eine thermische Verbrennung innerhalb des Abgaspartikelfilters notwendig ist, kann dessen notwendige Regeneration überaus wirtschaftlicher durchgeführt werden. Letztlich erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine überaus wirtschaftliche da kostengünstige Herstellung eines solchen Abgaspartikel-Filtersystem. Insbesondere die vorgelagerte und nachgelagerte Ventilanordnung erlaubt den Rückgriff auf bereits erhältliche Standardkomponenten, so dass hierfür keine zusätzliche Entwicklung und Herstellung notwendig ist.
• Die Erfindung kann für einen Fahrzeugantrieb verwendet werden, welcher einen Verbrennungsmotor in der beispielhaften Ausgestaltung als Dieselmotor und ein wie zuvor beschriebenes Abgaspartikel-Filtersystem mit zwei Abgasfiltern umfasst.
• Bei dem im Rahmen der Erfindung benannten Mittel zur Abgaskatalyse kann es sich grundsätzlich um jegliche Art von Katalysatoren handeln. So kann das Mittel zur Abgaskatalyse beispielsweise ein Diesel-Oxidationskatalysator (DEC), ein NO_X-Speicher-Katalysator (LNT lite, LNT, PNA) oder ein NO_X-selektiver-Katalysator (SCR) sein oder einen solchen mit umfassen. Des Weiteren können die Filter unbeschichtet oder beschichtet sein. Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um jede Art von Edelmetall- oder SCR-Beschichtung oder aber eine andere Beschichtung handeln. In diesem Zusammenhang ist je nach Ausgestaltung auch jede Art von Einspritzung stromaufwärts der optionalen SCR oder Filtern mit SCR-Beschichtung ebenfalls denkbar.
• Je nach Ausgestaltung ist ferner denkbar, dass eine von einem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors baulich getrennte Kammer vorgesehen sein kann. Besagte Kammer kann dabei bevorzugt in dem Verbrennungsmotor oder im Bereich des Verbrennungsmotors angeordnet sein. Deren Funktionsweise sieht vor, dass die Kammer mit der Rückführleitung fluidleitend verbunden ist, so dass die Kammer dazu genutzt werden kann, die in dem rückgeführten Abgas vorhandenen Partikel durch die Wärmeenergie des Verbrennungsmotors zu verbrennen. Hierzu kann die Kammer derart mit dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors oder aber mit anderen ausreichend heißen Bereichen des Verbrennungsmotors in leitendem Kontakt stehen. Auf diese Weise kann die aus dem regulären Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors (Kraftstoffverbrennung) resultierende thermische Energie genutzt werden, die Partikel zu verbrennen. Alternativ hierzu kann die Kammer dazu genutzt werden, die angefallenen Partikel zu akkumulieren. Hierfür wäre dann eine entsprechend regelmäßige Entleerung der Kammer erforderlich.
• Auch kann die Erfindung für ein entsprechend ausgestattetes Fahrzeug verwendet werden. Hierzu kann das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor umfassen, welcher ein wie zuvor beschriebenes Abgaspartikel-Filtersystem mit zwei Abgaspartikelfiltern aufweist.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
• 1 den Aufbau eines Fahrzeugantriebs mit einem erfindungsgemäßen Abgaspartikel-Filtersystem in einer ersten Schaltstellung E,
• 2 den Fahrzeugantrieb aus 1 in einer geänderten zweiten Schaltstellung seines Abgaspartikel-Filtersystems F,
• 3 eine Variante des Fahrzeugantriebs mit einem alternativ ausgestalteten Abgaspartikel-Filtersystem in einer ersten Schaltstellung N/M,
• 4 der Fahrzeugantrieb aus 3 in einer geänderten zweiten Schaltstellung M/N seines alternativ ausgestalteten Abgaspartikel-Filtersystems,
• 5 der Fahrzeugantrieb aus den 3 und 4 in einer geänderten dritten Schaltstellung M/M seines alternativ ausgestalteten Abgaspartikel-Filtersystems sowie
• 6 der Fahrzeugantrieb aus den 1 bis 5 in einer weiteren möglichen alternativen Ausgestaltung seines Abgaspartikel-Filtersystems.
• 1 zeigt den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Fahrzeugantriebs 1. Der Fahrzeugantrieb 1 umfasst einen Verbrennungsmotor in der vorliegenden Form eines Dieselmotors 2 und ein Abgaspartikel-Filtersystem 3. Das Abgaspartikel-Filtersystem 3 weist zwei parallel zueinander angeordnete Abgaspartikelfilter 4, 5 auf, welche in ihrer jeweiligen Filterrichtung x mit zu filterndem Abgas des in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors 2 durchströmbar sind.
• Die beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 besitzen jeweils einen stromaufwärts gelegenen Abgaseingang 6, 7, welcher in nicht näher gezeigter Weise mit dem gesamten Filterquerschnitt des zugehörigen Abgaspartikelfilters 4, 5 gleichzeitig korrespondiert. Die Abgaseingänge 6, 7 sind mit einer vorgelagerten Ventilanordnung 8 fluidleitend verbunden. Wie zu erkennen, ist die vorgelagerte Ventilanordnung 8 als Vier-Wege-Ventil mit insgesamt vier Anschlüssen a, b, c, d ausgebildet. In dieser Ausgestaltung weist sie zwei diskrete Schaltstellungen E, F auf, von denen das Vier-Wege-Ventil vorliegend in einer ersten Schaltstellung E gezeigt ist.
• Ein erster Anschluss a des Vier-Wege-Ventils ist an eine Abgasleitung 9 des Verbrennungsmotors 2 fluidleitend angebunden, während ein zweiter Anschluss b an eine Rückführleitung 10 des Verbrennungsmotors 2 fluidleitend angebunden ist. Weiterhin ist ein dritter Anschluss c unter Zwischenschaltung eines Mittels zur Abgaskatalyse 11 an den Abgaseingang 6 des in 1 oben gelegenen Abgaspartikelfilters 4 fluidleitend angebunden. Dies gilt entsprechend auch für einen vierten und letzten Anschluss d der Ventilanordnung 8, welcher ebenfalls unter Zwischenschaltung eines Mittels zur Abgaskatalyse 11 an den Abgaseingang 7 des in 1 unten gelegenen Abgaspartikelfilters 5 fluidleitend angebunden ist. Die Abgasleitung 9 ist dabei insofern unterbrochen, als dass diese ebenfalls ein Mittel zur Abgaskatalyse 11 beinhaltet.
• Stromabwärts der beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 sind diese ersichtlich miteinander fluidleitend verbunden. Hierzu besitzen die Abgaspartikelfilter 4, 5 ihren Abgaseingängen 6, 7 gegenüberliegende Abgasausgänge 12, 13. Diese sind unter Zwischenschaltung einer nachgelagerten Ventilanordnung 14 untereinander und gleichzeitig mit einer zur Weiterführung des die beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 durchströmenden Abgases dienenden weiterleitenden Abgasleitung 15 fluidleitend verbunden. Insofern ist die nachgelagerte Ventilanordnung 14 dazu ausgebildet, das aus wenigstens einem der Abgaspartikelfilter 4, 5 in Strömungsrichtung x ausströmende, gefilterte Abgas zumindest teilweise durch die weiterleitende Abgasleitung 15 abzuleiten und/oder zwecks Regeneration in einen der beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 über dessen jeweiligen Abgasausgang 12, 13 entgegen seiner Filterrichtung x einzuleiten. Letztlich ist auch die weiterleitende Abgasleitung 15 mit einem stromabwärts gelegenen Mittel zur Abgaskatalyse 11 fluidleitend verbunden.
• Die im Rahmen der 1 bis 6 gezeigten Mittel zur Abgaskatalyse 11 sind als Option zu verstehen. So sieht die Erfindung vor, dass diese zwar an den gezeigten Stellen angeordnet sein können. Allerdings markieren diese Stellen bevorzugt lediglich die Orte, an denen nur eines oder – in Bezug auf die stromaufwärtige Lage vor den Abgaspartikelfiltern 4, 5 – zwei Mittel zur Abgaskatalyse 11 gleichzeitig angeordnet sein können. Insofern ist die Erfindung in Bezug auf die Anordnung der Mittel zur Abgaskatalyse 11 nicht auf die gezeigte Anordnung an allen Stellen gleichzeitig reduziert.
• Bei der nachgelagerten Ventilanordnung 14 handelt es sich vorliegend um ein Drei-Wege-Mischventil, welches insgesamt drei Anschlüssen g, h, i aufweist. Von diesen Anschlüssen g, h, i ist ein erster Anschluss g an die weiterleitende Abgasleitung 15 fluidleitend angebunden, während ein zweiter Anschluss h und ein dritter Anschluss i an jeweils einen der beiden Abgasausgänge 12, 13 fluidleitend angebunden sind. Insofern sind die drei Anschlüsse g, h, i und demnach die Abgasausgänge 12, 13 der Abgaspartikelfilter 4, 5 und die weiterleitende Abgasleitung 15 durch eine Manipulation der nachgelagerten Ventilanordnung 14 entweder paarweise oder aber alle zusammen zumindest teilweise miteinander fluidleitend verbindbar. Auf diese Weise kann das einen der beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 durchströmende und damit gefilterte Abgas durch die nachgelagerte Ventilanordnung 14 derart umgeleitet werden, dass es zur Regeneration des jeweils anderen Abgaspartikelfilters 4, 5 in diesen entgegen der Filterrichtung x einströmen und durch diesen hindurch zum Verbrennungsmotor 2 zurück geleitet werden kann.
• Mit Blick zurück auf die vorgelagerte Ventilanordnung 8 ist diese entsprechend dazu ausgebildet, den Zustrom an zu filterndem Abgas zu einem der beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 hin in Filterrichtung x zu unterbrechen. In der vorliegenden Schaltstellung E trifft dies für den unteren Abgaspartikelfilter 5 zu. So wird hierbei zunächst nur der obere Abgaspartikelfilter 4 mit Abgas in Filterrichtung x durchströmt, während das aus ihm austretende gefilterte Abgas über die nachgelagerte Ventilanordnung 14 zurück in den unteren Abgaspartikelfilter 5 eingeleitet wird. Hierdurch wird der untere Abgaspartikelfilter 5 während seiner Regeneration entgegen der Filterrichtung x mit bereits gefiltertem Abgas durchströmt, welches anschließend durch die erste Stellung E der vorgelagerten Ventilanordnung 8 zurück zum Verbrennungsmotor 2 geleitet wird.
• 2 zeigt die zweite Schaltstellung F der vorgelagerten Ventilanordnung 8 aus 1. In dieser zweiten Schaltstellung F sind der erste Anschluss a mit dem vierten Anschluss d und der zweite Anschluss b mit dem dritten Anschluss c fluidleitend verbunden. Ohne nähere Erklärung wird deutlich, dass diese zweite Schaltstellung F dazu dient, nunmehr den anderen (vorliegend oben gezeigten) Abgaspartikelfilter 4 zu regenerieren, indem dieser nun mit bereits gefiltertem Abgas entgegen der Förderrichtung x durchströmt wird.
• 3 zeigt eine alternative Ausgestaltung zu der vorgelagerten Ventilanordnung 8. Wie zu erkennen, wird diese vorliegend aus zwei Drei-Wege-Ventilen gebildet, welche jeweils drei Anschlüssen j, k, l umfassen. Jedes der beiden Drei-Wege-Ventile besitzt zwei diskrete Schaltstellungen M, N. Ersichtlich sind im Gegensatz zur Darstellung von 1 hier nun insgesamt zwei Rückführleitungen 10 vorhanden. Ein jeweils erster Anschluss j ist dabei an die Abgasleitung 9 des Verbrennungsmotors 2 angebunden, während ein jeweils zweiter Anschluss k an eine der beiden Rückführleitung 10 des Verbrennungsmotors 2 fluidleitend angebunden ist. Ein jeweils dritter Anschluss l der beiden Drei-Wege-Ventilen ist an jeweils einen der beiden Abgaseingänge 6, 7 fluidleitend angebunden, was vorliegend unter Zwischenschaltung der Mittel zur Abgaskatalyse 11 erfolgt ist.
• In der hier für das obere Drei-Wege-Ventile der vorgelagerten Ventilanordnung 8 gezeigten ersten Schaltstellung M ist der erste Anschluss j mit dem dritten Anschluss l fluidleitend verbunden. In der in Bezug auf das untere Drei-Wege-Ventile der vorgelagerten Ventilanordnung 8 gezeigten zweiten Schaltstellung N ist der zweite Anschluss k mit dem dritten Anschluss l fluidleitend verbunden. Auf diese Weise wird vorliegend das Abgas des Verbrennungsmotors 2, in der beispielhaften Ausgestaltung als Dieselmotor 2 über das obere Drei-Wege-Ventil in den oberen Abgaspartikelfilter 4 eingeleitet. Dieses wird bei seinem Austritt aus dem oberen Abgaspartikelfilter 4 durch die nachgelagerte Ventilanordnung 14 zumindest teilweise derart umgeleitet, dass es nunmehr entgegen der Filterrichtung x durch den unteren Abgaspartikelfilter strömt und durch das untere Drei-Wege-Ventil über die untere Rückführleitung 10 zurück zum Verbrennungsmotor 2.
• 4 dient der Veranschaulichung der bereits in 2 gezeigten Situation, in der nunmehr der obere Abgaspartikelfilter 4 regeneriert wird. Zur Vermeidung von Wiederholungen sei hierzu erwähnt, dass vorliegend die Schaltstellungen M, N der beiden obere Drei-Wege-Ventile der vorgelagerten Ventilanordnung 8 gewechselt haben, so dass das untere Drei-Wege-Ventile sich in der ersten Schaltstellung M und sich das obere Drei-Wege-Ventil in der zweiten Schaltstellung N befindet.
• 5 zeigt nun den Fall, in dem beide Drei-Wege-Ventile der vorgelagerten Ventilanordnung 8 sich in der ersten Schaltstellung M befinden. Hierbei wird deutlich, dass keine Regenerierung eines der beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 stattfindet, sondern vielmehr beide Abgaspartikelfilter 4, 5 gleichzeitig zur Filterung des Abgases dienen. So durchströmt das Abgas beide Abgaspartikelfilter 4, 5 gleichzeitig und kann stromabwärts in die weiterleitende Abgasleitung 15 einströmen.
• 6 beschränkt sich auf die Darstellung des stromabwärts gelegen Teils des Abgaspartikel-Filtersystems 3. Die hier gezeigte nachgelagerte Ventilanordnung 14 könnte demnach stellvertretend für jegliche Kombination mit den zuvor gezeigten Ausführungsvarianten stehen. Wie zu erkennen, wird hier die nachgelagerte Ventilanordnung 14 aus zwei Proportionalventilen 16, 17 gebildet. Die beiden Proportionalventile 16, 17 weisen jeweils zwei Anschlüssen o, p auf, von denen ein jeweils erster Anschluss o an jeweils einen der beiden Abgasausgänge 12, 13 fluidleitend angebunden ist. Demgegenüber sind die jeweiligen zweiten Anschlüsse p untereinander und gleichzeitig zusammen mit der weiterleitenden Abgasleitung 15 fluidleitend verbunden. Je nach Einstellung der beiden Proportionalventile 16, 17 kann folglich der Abgasstrom durch die beiden Abgaspartikelfilter 4, 5 über eine Manipulation wenigstens eines der beiden Proportionalventile 16, 17 geregelt werden.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeugantrieb

2

Verbrennungs-/Dieselmotor von 1

3

Abgaspartikel-Filtersystem von 1

4

Abgaspartikelfilter von 3

5

Abgaspartikelfilter von 3

6

Abgaseingang von 4

7

Abgaseingang von 5

8

Ventilanordnung, vorgelagert

9

Abgasleitung von 2

10

Rückführleitung von 2

11

Mittel zur Abgaskatalyse von 1

12

Abgasausgang von 4

13

Abgasausgang von 5

14

Ventilanordnung, nachgelagert

15

Abgasleitung, weiterleitend

16

Proportionalventil von 14

17

Proportionalventil von 14

a

erster Anschluss von 8

b

zweiter Anschluss von 8

c

dritter Anschluss von 8

d

vierter Anschluss von 8

E

erste Schaltstellung von 8 (Vier-Wege-Ventil)

F

zweite Schaltstellung von 8 (Vier-Wege-Ventil)

g

erster Anschluss von 14

h

zweiter Anschluss von 14

i

dritter Anschluss von 14

j

erster Anschluss von 8

k

zweiter Anschluss von 8

l

dritter Anschluss von 8

M

erste Schaltstellung von 8 (Drei-Wege-Ventil)

N

zweite Schaltstellung von 8 (Drei-Wege-Ventil)

o

erster Anschluss von 16, 17

p

zweiter Anschluss von 16, 17

x

Filterrichtung von 4, 5

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 5930994 A [0007]
• DE 69710263 T2 [0007]
• EP 0816646 B1 [0007]
• US 7269942 B2 [0008]
• US 2004/0226290 A1 [0008]
• US 7273514 B2 [0009]
• US 2006/0059899 A1 [0009]
• EP 1807611 B1 [0014]
• DE 102010007162 A1 [0016, 0018]
• DE 3722970 A1 [0017, 0018]

Claims (1)

1. Abgaspartikel-Filtersystem für einen Verbrennungsmotor (2), insbesondere für einen Dieselmotor (2), umfassend zwei Abgaspartikelfilter (4, 5), welche in ihrer jeweiligen Filterrichtung (x) mit zu filterndem Abgas durchströmbar sind und stromabwärts derart miteinander fluidleitend verbunden sind, dass zur Regeneration eines der Abgaspartikelfilter (4, 5) dieser entgegen seiner Filterrichtung (x) mit durch den jeweils anderen Abgaspartikelfilter (4, 5) bereits gefiltertem Abgas durchströmbar ist, wobei die Abgaspartikelfilter (4, 5) jeweils einen stromaufwärts gelegenen Abgaseingang (6, 7) und einen stromabwärts gelegenen, dem jeweiligen Abgaseingang (6, 7) gegenüberliegenden Abgasausgang (12, 13) besitzen, von denen der jeweilige Abgaseingang (6, 7) mit dem gesamten Filterquerschnitt des zugehörigen Abgaspartikelfilters (4, 5) gleichzeitig korrespondiert und mit einer vorgelagerten Ventilanordnung (8) fluidleitend verbunden ist, welche dazu ausgebildet ist, den Zustrom an zu filterndem Abgas zu einem der Abgaspartikelfilter (4, 5) hin zu unterbrechen und das diesen Abgaspartikelfilter (4, 5) während seiner Regeneration entgegen der Filterrichtung (x) durchströmende Abgas durch eine einzige Rückführleitung (10) zurück zum Verbrennungsmotor (2) zu leiten, wobei die Abgasausgänge (12, 13) unter Zwischenschaltung einer nachgelagerten Ventilanordnung (14) untereinander fluidleitend verbunden sind und mit einer das bereits gefilterte Abgas weiterleitenden Abgasleitung (15) fluidleitend verbindbar sind, und wobei die nachgelagerte Ventilanordnung (14) dazu ausgebildet ist, aus wenigstens einem der Abgaspartikelfilter (4, 5) in Filterrichtung (x) ausströmendes, gefiltertes Abgas zumindest teilweise durch die weiterleitende Abgasleitung (15) abzuleiten und/oder zwecks Regeneration in einen der Abgaspartikelfilter (4, 5) über dessen Abgasausgang (12, 13) entgegen seiner Filterrichtung (x) einzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der vorgelagerten Ventilanordnung (8) und wenigstens einem der Abgaspartikelfilter (4, 5) ein Mittel zur Abgaskatalyse (11) angeordnet ist, welches mit dem Abgaseingang (6, 7) des zugehörigen Abgaspartikelfilters (4, 5) und einem Anschluss (c, d, l) der vorgelagerten Ventilanordnung (8) fluidleitend verbunden ist, wobei die vorgelagerte Ventilanordnung (8) ein zwei diskrete Schaltstellungen (E, F) aufweisendes Vier-Wege-Ventil mit vier Anschlüssen (a, b, c, d) umfasst, von denen ein erster Anschluss (a) an eine Abgasleitung (9) und ein zweiter Anschluss (b) an die Rückführleitung (10) des Verbrennungsmotors (2) fluidleitend anbindbar ist, wobei ein dritter Anschluss (c) und ein vierter Anschluss (d) derart an jeweils einen der Abgaseingänge (6, 7) fluidleitend angebunden sind, dass in der ersten Schaltstellung (E) der erste Anschluss (a) mit dem dritten Anschluss (c) und der zweite Anschluss (b) mit dem vierten Anschluss (d) fluidleitend verbunden sind, während in der zweiten Schaltstellung (F) der erste Anschluss (a) mit dem vierten Anschluss (d) und der zweite Anschluss (b) mit dem dritten Anschluss (c) fluidleitend verbunden sind, und wobei die nachgelagerte Ventilanordnung (14) ein Drei-Wege-Mischventil mit drei Anschlüssen (g, h, i) umfasst, von denen ein erster Anschluss (g) an die weiterleitende Abgasleitung (15) fluidleitend anbindbar ist, wobei ein zweiter Anschluss (h) und ein dritter Anschluss (i) derart an jeweils einen der Abgasausgänge (12, 13) fluidleitend angebunden sind, dass die drei Anschlüsse (g, h, i) durch eine Manipulation der nachgelagerten Ventilanordnung (14) entweder paarweise oder alle zusammen zumindest teilweise miteinander fluidleitend verbunden sind.

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