DE102016110527A1 - Particle filter for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterkörper (2), wobei der Filterkörper (2) einen durchströmbaren Filtereintritt (3) und einen durchströmbaren Filteraustritt (4) aufweist, und wobei der Filterkörper (2) zumindest einen durchströmbaren ersten Kanal (5) mit einem dem Filtereintritt (3) zugewandt ausgebildeten ersten Ende (7) und einem dem Filteraustritt (4) zugewandt ausgebildeten zweiten Ende (8), und einen durchströmbaren zweiten Kanal (6) mit einem dem Filtereintritt (3) zugewandt ausgebildeten dritten Ende (9) und einem dem Filteraustritt (4) zugewandt ausgebildeten vierten Ende (10) aufweist, und wobei das zweite Ende (8) und das dritte Ende (9) undurchströmbar ausgebildet sind, wobei die Kanäle (5, 6) in einen durchströmbaren Kanalabschnitt (13) und einen undurchströmbaren Kanalabschnitt (14) gliederbar sind, und wobei ein Strömungsübertritt eines den Filterkörper (2) durchströmenden Abgases ausgehend vom ersten Kanal (5) in den zweiten Kanal (6) über eine zwischen dem ersten Kanal (5) und dem zweiten Kanal (6) ausgebildete gemeinsame Kanalwand (11) erfolgt, und wobei die Kanalwand (11) Rußpartikel des Abgases abscheidbar ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist zur Steigerung einer im Partikelfilter (1) vorliegenden Reaktionstemperatur zur Abbrennung der Rußpartikel der erste Kanal (5) und/oder der zweite Kanal (6) ein Heizelement (15) auf, wobei das Heizelement (15) im undurchströmbaren Kanalabschnitt (14) des Kanals (5; 6) angeordnet ist.The invention relates to a particulate filter for an internal combustion engine, comprising a filter body (2), wherein the filter body (2) has a filter inlet (3) and a filter outlet (4), and wherein the filter body (2) has at least one first channel (FIG. 5) with a first inlet (7) facing the filter inlet (3) and a second end (8) facing the filter outlet (4), and a second channel (6) with a third end facing the filter inlet (3) (9) and a filter outlet (4) facing formed fourth end (10), and wherein the second end (8) and the third end (9) are formed hindurchurchströmbar, wherein the channels (5, 6) in a flow-through channel section (13) and an orurchströmbaren channel portion (14) are articulated, and wherein a flow passage of a filter body (2) flowing through the exhaust gas from he Most channel (5) in the second channel (6) via a between the first channel (5) and the second channel (6) formed common channel wall (11), and wherein the channel wall (11) soot particles of the exhaust gas is formed separable. According to the invention, in order to increase a reaction temperature present in the particle filter (1) for burning off the soot particles, the first channel (5) and / or the second channel (6) has a heating element (15), wherein the heating element (15) in the channel section (14) can be flowed through. the channel (5; 6) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to a particle filter for an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.

Partikelfilter für Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere für selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen, sind bekannt. Der Partikelfilter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass mehrere Kanäle nebeneinander, insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Kanäle wechselseitig verschlossen sind. Das über einen Filtereintritt einströmende Abgas durchströmt den Partikelfilter in seiner Erstreckungsrichtung dadurch, dass es von einem am Filtereintritt geöffneten Kanal in einen am Filteraustritt geöffneten Kanal über eine zwischen diesen beiden Kanälen angeordnete poröse Wand tritt. Feste Partikel des Abgases lagern sich in und/oder auf der Wand ab. Da diese Partikel einen freien Strömungsquerschnitt des Partikelfilters reduzieren und weil das Potential für übermäßige Temperaturanstiege im Partikelfilter in Folge exothermen Rußabbrandes mit zunehmender Beladung ansteigt, sind diese Partikel aus dem Partikelfilter durch eine so genannte Regeneration, mit anderen Worten durch eine Konvertierung der Rußpartikel zu entfernen. Particulate filters for internal combustion engines, in particular for self-igniting internal combustion engines, are known. The particle filter is characterized in particular by the fact that a plurality of channels are arranged side by side, in particular parallel to one another, the channels being mutually closed. The exhaust gas flowing in via a filter inlet flows through the particle filter in its direction of extent in that it passes from a channel which is open at the filter inlet into a channel which is open at the filter outlet via a porous wall arranged between these two channels. Solid particles of the exhaust gas are deposited in and / or on the wall. Since these particles reduce a free flow cross-section of the particulate filter and because the potential for excessive temperature increases in the particulate filter increases as the load increases due to exothermic soot burnup, these particles are to be removed from the particulate filter by a so-called regeneration, in other words by conversion of the soot particles.

Der Patentschrift EP 2 161 420 B1 ist ein Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine entnehmbar, welcher in Bereichen der Kanäle, in denen sich überwiegend feste Partikel anlagern, unbeschichtet ist. Somit sind in den Kanälen jeweils ein beschichteter Abschnitt und ein unbeschichteter Abschnitt ausgebildet, wobei der unbeschichtete Abschnitt eines Kanals dem beschichteten Abschnitt eines weiteren Kanals benachbart ausgebildet ist. The patent EP 2 161 420 B1 a particulate filter for an internal combustion engine can be removed, which is uncoated in areas of the channels in which predominantly solid particles accumulate. Thus, a coated portion and an uncoated portion are formed in the channels, wherein the uncoated portion of a channel adjacent to the coated portion of another channel is formed.

Aus der Offenlegungsschrift EP 1 250 952 A1 geht ein Partikelfilter für eine als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine hervor, welcher zur Rußoxidation eine Beschichtung aufweist, deren Reaktionstemperatur unterhalb von 500°C liegt. Dies wird mit Hilfe bevorzugter Materialien des Partikelfilters, in Form von Erdalkalimetallverbindungen, einer Sauerstoff speichernden Substanz und Platin, Paladium oder Rhodium erreicht. From the publication EP 1 250 952 A1 is a particulate filter for a trained as a diesel engine combustion engine, which has a coating for soot oxidation, the reaction temperature is below 500 ° C. This is achieved by means of preferred particulate filter materials, in the form of alkaline earth metal compounds, an oxygen-storing substance and platinum, palladium or rhodium.

Die Patentschrift US 7,691,339 B2 offenbart einen Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine, welcher zur Reduzierung der sich im Partikelfilter anlagernden Rußpartikel Mikrowellenenergie nutzt. Dabei ist ein Mikrowellengenerator vorgesehen, welcher im Rußfilter aufgenommenes Mikrowellen-absorbierendes Material aufwärmt. The patent US 7,691,339 B2 discloses a particulate filter for an internal combustion engine, which uses microwave energy to reduce soot particles accumulating in the particulate filter. In this case, a microwave generator is provided, which warms up received in the soot filter microwave-absorbing material.

Der Offenlegungsschrift DE 10 2006 032 886 A1 ist ein Partikelfilter entnehmbar, der eine Funktionsmaterial-Beschichtung aufweist. Die zu durchströmenden Kanäle des Partikelfilters sind an ihren Wandoberflächen mit dem Funktionsmaterial beschichtet, wobei das Funktionsmaterial in einer exothermen Reaktion ausgehend von einer ersten Modifikation in eine zweite Modifikation übergeht und zu einer Erhöhung einer im Partikelfilter vorliegenden Temperatur führt. The published patent DE 10 2006 032 886 A1 a particulate filter is removable, which has a functional material coating. The channels of the particle filter to be flowed through are coated on their wall surfaces with the functional material, wherein the functional material in an exothermic reaction, starting from a first modification, passes into a second modification and leads to an increase in a temperature present in the particle filter.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen. The object of the present invention is to provide an improved particulate filter for an internal combustion engine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by a particulate filter for an internal combustion engine with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the respective subclaims.

Ein erfindungsgemäßer Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine weist einen Filterkörper auf, wobei der Filterkörper einen durchströmbaren Filtereintritt und einen durchströmbaren Filteraustritt besitzt. Der Filterkörper umfasst zumindest einen durchströmbaren ersten Kanal, mit einem dem Filtereintritt zugewandt ausgebildeten ersten Ende und einem dem Filteraustritt zugewandt ausgebildeten zweiten Ende, und einen durchströmbaren zweiten Kanal, mit einem dem Filtereintritt zugewandt ausgebildeten dritten Ende und einem dem Filteraustritt zugewandt ausgebildeten vierten Ende. Das zweite Ende und das dritte Ende sind undurchströmbar oder in gewisser Weise schwer durchströmbar ausgebildet, wodurch die Kanäle in einen durchströmbaren Kanalabschnitt und einen undurchströmbaren oder in gewisser Weise schwer durchströmbaren Kanalabschnitt gliederbar sind. A particulate filter according to the invention for an internal combustion engine has a filter body, wherein the filter body has a filter inlet which can be flowed through and a filter outlet which can be flowed through. The filter body comprises at least one first channel which can be flowed through, with a first end facing the filter inlet and a second end facing the filter outlet, and a second channel through which the filter inlet faces with a third end facing the filter inlet and a fourth end facing the filter outlet. The second end and the third end are formed such that they can not be flowed through or flow through them to a certain extent, so that the channels can be divided into a flow-through channel section and a passage section which can be flowed through or, to a certain extent, be difficultly flowed through.

Hierdurch sind erste Kanäle mit versperrtem oder behindertem Strömungseintritt am Filtereintritt und zweite Kanäle mit versperrtem oder behindertem Strömungsaustritt am Filteraustritt ausgebildet. Ein Strömungsübertritt von den Partikelfilter durchströmendem Abgas, ausgehend vom ersten Kanal in den zweiten Kanal, erfolgt über eine zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal ausgebildete gemeinsame Kanalwand. Die Kanalwand ist Rußpartikel des Abgases abscheidbar ausgebildet. As a result, first channels are formed with obstructed or obstructed flow inlet at the filter inlet and second channels with obstructed or obstructed flow outlet at the filter outlet. A flow passage from the exhaust gas flowing through the particulate filter, starting from the first channel into the second channel, via a common channel wall formed between the first channel and the second channel. The channel wall is formed soot particles of the exhaust gas depositable.

Nachfolgend ist unter einem undurchströmbaren Kanalabschnitt nicht notwendiger Weise ein vollständig abgedichteter und gegen jegliche Durchströmbarkeit verschlossener Kanalabschnitt zu verstehen, sondern es ist darunter auch ein in gewisser Weise schwer durchströmbarer Kanalabschnitt zu verstehen – z. B. ein so genannter diffusionsoffener Kanalabschnitt, wobei insbesondere Sauerstoffmoleküle diesen schwer durchströmbaren Kanalabschnitt durchdringen können. Below is an underflowable channel section is not necessarily a completely sealed and closed against any flow-through channel section to understand, but it is also a somewhat difficult to be flowed through channel section to understand -. As a so-called diffusion-open channel section, in particular oxygen molecules can penetrate this difficult to flow through the channel section.

Zur Steigerung einer im Partikelfilter vorliegenden Reaktionstemperatur zur Abbrennung der Rußpartikel weist der erste Kanal und/oder der zweite Kanal ein Heizelement auf, wobei das Heizelement im undurchströmbaren Kanalabschnitt des Kanals angeordnet ist. To increase a reaction temperature present in the particle filter for burning off the soot particles, the first channel and / or the second channel has a heating element, wherein the heating element is arranged in the channel section of the channel which can not be flowed through.

Die Anordnung des Heizelements im undurchströmbaren Kanalabschnitt weist mehrere Vorteile auf. So wird bspw. eine Durchströmung des Partikelfilters aufgrund des Heizelementes, welches einen Strömungswiderstand aufweist, nicht beeinträchtigt. Ein weiterer Vorteil ist in einer Nutzung der, hinsichtlich der Durchströmung, ungenutzten Bereiche des Partikelfilters zu sehen: eine Steigerung der Reaktionstemperatur zur Abbrennung der Rußpartikel kann erreicht werden unter Beibehaltung der ursprünglichen Größe des Partikelfilters. Das heißt mit anderen Worten, dass ein vorgesehener Bauraum des Partikelfilters erhalten bleibt und bzgl. des Bauraumes keine konstruktiven Änderungsmaßnahmen vorzunehmen sind. Sofern bspw. die Kanäle des Partikelfilters beschichtet sind, kann dies zur Folgen haben, dass im Vergleich zu unbeschichteten Kanälen, ein Kanalquerschnitt des Kanals aufgrund der Beschichtung verkleinert wird. Damit jedoch dem unbeschichteten Partikelfilter entsprechende Durchströmbedingungen des die Beschichtung aufweisenden Partikelfilters erreicht werden können, ist der Kanalquerschnitt des Partikelfilters zu vergrößern, wodurch sich der benötigte Bauraum des die Beschichtung aufweisenden Partikelfilters ebenfalls vergrößert. The arrangement of the heating element in the flow-through channel section has several advantages. Thus, for example, a flow through the particle filter due to the heating element, which has a flow resistance, not affected. Another advantage is the use of, with regard to the flow, unused areas of the particulate filter: an increase in the reaction temperature for burning off the soot particles can be achieved while maintaining the original size of the particulate filter. In other words, that means that an intended installation space of the particulate filter is maintained and no constructive modification measures are to be made with regard to the installation space. If, for example, the channels of the particle filter are coated, this may have the consequence that, compared to uncoated channels, a channel cross-section of the channel is reduced due to the coating. However, in order for the uncoated particle filter to be able to achieve corresponding throughflow conditions of the particle filter having the coating, the channel cross section of the particle filter must be increased, as a result of which the required installation space of the particle filter having the coating likewise increases.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelfilters ist das Heizelement aus einem Funktionsmaterial ausgebildet, welches bei einer Sauerstoffeinspeicherung exotherm reagiert. Das bedeutet mit anderen Worten, dass das Heizelement quasi selbstzündend ausgebildet ist. Der Vorteil ist darin zu sehen, dass es lediglich des Heizelementes selbst bedarf, ohne bspw. wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein Hilfsmittel in Form einer Zündvorrichtung, wie bspw. dem Mikrowellengenerator, vorzusehen. Es ist lediglich der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine so anzupassen, dass aufgrund einer entsprechenden Temperatur des Abgases und/oder einer entsprechenden Zusammensetzung des Abgases die exotherme Reaktion des Funktionsmaterials initiiert wird. In one embodiment of the particle filter according to the invention, the heating element is formed from a functional material which reacts exothermically when oxygen is stored. This means in other words that the heating element is quasi self-igniting. The advantage lies in the fact that it requires only the heating element itself, without, for example, as known from the prior art, an aid in the form of an ignition device, such as. The microwave generator to provide. It is merely the operation of the internal combustion engine to be adjusted so that due to a corresponding temperature of the exhaust gas and / or a corresponding composition of the exhaust gas, the exothermic reaction of the functional material is initiated.

Bevorzugt ist das Heizelement mit Hilfe einer Änderung eines Verbrennungsluftverhältnisses des Abgases zur Wärmeabgabe anregbar. Dazu kann durch Hinzufügen oder durch Reduzierung von Kraftstoff oder Luft das Verbrennungsluftverhältnis des Abgases verändert werden. Insbesondere ist eine so genannte unterstöchiometrische Zusammensetzung, die einem Verbrennungsluftverhältnis mit einem Wert kleiner als 1 entspricht oder eine überstöchiometrische Zusammensetzung, die einem Verbrennungsluftverhältnisses mit einem Wert größer als 1 entspricht, durch einen so genannten fetten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine oder einen mageren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erzielbar. Preferably, the heating element can be excited by means of a change in a combustion air ratio of the exhaust gas for heat dissipation. For this purpose, by adding or reducing fuel or air, the combustion air ratio of the exhaust gas can be changed. In particular, a so-called substoichiometric composition corresponding to a combustion air ratio of less than 1 or a superstoichiometric composition corresponding to a combustion air ratio of greater than 1 is achievable by so-called rich operation of the internal combustion engine or lean operation of the internal combustion engine.

Bevorzugt ist das Heizelement mit Hilfe einer Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses des Abgases von einem Verbrennungsluftverhältnis mit einem Wert kleiner als 1, zu einem Verbrennungsluftverhältnis mit einem Wert größer als 1 zur Wärmeabgabe anregbar. Diese Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses lässt sich bspw. ausgehend von einem Lastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine bei einem auch nur gering unterstöchiometrischen Betrieb, bspw. bei einem Wert des Verbrennungsluftverhältnisses von ca. 0,98 und einem sich daran anschließenden Schubbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere mit einer Schubabschaltung erreichen. Preferably, the heating element with the aid of a change in the combustion air ratio of the exhaust gas from a combustion air ratio with a value less than 1, can be excited to a combustion air ratio with a value greater than 1 for heat dissipation. This change in the combustion air ratio can be achieved, for example, starting from a load operation of the internal combustion engine at a low stoichiometric operation, for example. At a value of the combustion air ratio of about 0.98 and a subsequent overrun operation of the internal combustion engine, in particular with a fuel cut.

Ein derartiger Betrieb der Verbrennungskraftmaschine kann bspw. bereits durch eine Bergabfahrt oder eine Verzögerung eines Kraftfahrzeugs mit der Verbrennungskraftmaschine erlangt werden. Dadurch ist bereits bei einem kurzzeitigen, z. B. aufgrund der Bergabfahrt oder einer Verzögerung realisierbaren Schubbetrieb, insbesondere mit einer Schubabschaltung, eine Temperatursteigerung aufgrund der Wärmeabgabe des Heizelementes im Partikelfilter herbeiführbar. Mit anderen Worten kann das Heizelement auf einen kurzzeitigen Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine, bspw. durch Schubabschaltung, mit einem heftigen Temperaturanstieg reagieren. Der Vorteil ist, dass eine Motorsteuerung zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nicht oder nur gering angepasst werden muss. Such an operation of the internal combustion engine can, for example, already be achieved by a downhill or a deceleration of a motor vehicle with the internal combustion engine. This is already at a short time, z. B. due to the downhill or a delay realizable overrun, especially with a fuel cut, a temperature increase due to the heat output of the heating element in the particle filter can be brought. In other words, the heating element can react to a brief lean operation of the internal combustion engine, for example. By fuel cut, with a sharp increase in temperature. The advantage is that an engine control for operating the internal combustion engine does not have to be adjusted or only slightly.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelfilters weist das Heizelement einen Elementquerschnitt auf, welcher einem Querschnitt des Kanals entspricht. Damit kann das Heizelement, neben seiner Temperatur erhöhenden Funktion, zur einseitigen Abdichtung des Kanals genutzt werden. In a further embodiment of the particulate filter according to the invention, the heating element has an element cross section which corresponds to a cross section of the channel. Thus, the heating element, in addition to its temperature-increasing function, be used for one-sided sealing of the channel.

Bevorzugt ist das Heizelement zumindest auf Basis von Ceroxid und/oder Cer-Zirkon-Mischoxiden ausgebildet. Diese Oxide weisen, bei entsprechender Beschaffenheit und Konzentration, eine ausgeprägte Sauerstoffspeicherfähigkeit auf, die eine hohe Temperatursteigerung aufgrund der exothermen Reaktion realisieren lässt. Preferably, the heating element is formed at least on the basis of cerium oxide and / or cerium-zirconium mixed oxides. These oxides have, with appropriate nature and concentration, a pronounced oxygen storage capacity, which can realize a high temperature increase due to the exothermic reaction.

Sofern das Heizelement Edelmetalle wie bspw. Palladium und/oder Rhodium aufweist, ist auch durch diese, zumindest in einem bestimmten Temperaturbereich, eine direkte Sauerstoffspeicherfähigkeit gegeben. If the heating element contains precious metals such as, for example, palladium and / or rhodium, this also gives them a direct oxygen storage capacity, at least in a certain temperature range.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelfilters ist das Heizelement des ersten Kanals aus einem ersten Material ausgebildet und das Heizelement des zweiten Kanals aus einem, sich vom ersten Material unterscheidenden, zweiten Material ausgebildet. Der Vorteil ist die Ausbildung unterschiedlich hoher Temperatursteigerungen im Partikelfilter. In a further preferred embodiment of the particulate filter according to the invention, the heating element of the first channel is formed of a first material and the heating element of the second channel is formed of a second material different from the first material. The advantage is the formation of different high temperature increases in the particle filter.

Die Partikelfilter des Standes der Technik weisen prinzipiell eine vergleichsweise niedrige Reaktionsgeschwindigkeit des Abbrennens der Rußpartikel auf. Dies kann zur Folge haben, dass, bspw. aufgrund einer in allen Filterbereichen nahezu gleichzeitig einsetzenden Abbrennung einer an allen Stellen des Partikelfilters gleichen Rußbeladung, in Bereichen des Partikelfilters, welche ausgehend von einem Filtereintritt in Richtung eines Filteraustritts des Partikelfilters liegen, sehr hohe Temperatur vorliegen können, die unter Umständen zu einer Schädigung des Partikelfilters und/oder einer ggf. vorhandenen Beschichtung führen können. Am höchsten kann in so einem Fall die Temperatur in der Nähe des Filteraustritts des Partikelfilters sein. Es ist anzunehmen, dass auch bei z. B. 800 °C der Abbrand relativ langsam ist und sich so die im Bereich des Filtereintritts freigewordene Wärme des Abbrandes sich in den stromabwärts befindenden Bereichen, somit ebenfalls im Bereich vor Filteraustritts, mit der dort frei werdenden Wärme akkumuliert. The particle filters of the prior art have, in principle, a comparatively low reaction rate of the burning off of the soot particles. This can have the consequence that, for example due to a burning in all filter areas almost simultaneously incipient at all points of the particulate filter the same soot loading in areas of the particulate filter, which are starting from a filter inlet in the direction of a filter outlet of the particulate filter, very high temperature may possibly lead to damage of the particulate filter and / or any existing coating. In this case, the highest temperature can be in the vicinity of the filter outlet of the particle filter. It is likely that even with z. B. 800 ° C, the burn-up is relatively slow and so the released in the filter inlet heat of the burn is accumulated in the downstream areas, thus also in the area before the filter outlet, with the heat released there.

Somit ist mit dieser Ausgestaltung der Vorteil gegeben, im Bereich des Filtereintritts einen Temperaturanstieg herbeizuführen, der sich von dem Temperaturanstieg im Bereich des Filteraustritts unterscheidet. Vorteilhaft ist es, das Heizelement im Bereich des Filtereintritts aus einem ersten Material auszubilden, welches nur bei im Partikelfilter vorliegenden tiefen und mittleren Temperaturen, bis bspw. ca. 800°C, Wärme freigesetzt, zum Beispiel Palladium, und im Bereich des Filteraustritts das Heizelement aus einem zweiten Material auszubilden, welches auch für noch höhere im Partikelfilter vorliegenden Temperaturen Wärme freisetzt, zum Beispiel mit hohem Anteil an Standardspeichermaterialien heutiger 3-Wege-Katalysatoren. Thus, with this embodiment, the advantage is given to bring about a rise in temperature in the region of the filter inlet, which differs from the temperature increase in the region of the filter outlet. It is advantageous to form the heating element in the region of the filter inlet of a first material, which releases heat only when present in the particulate filter low and medium temperatures, for example, about 800 ° C, heat, for example palladium, and in the region of the filter outlet, the heating element form a second material, which releases heat even for even higher temperatures present in the particulate filter, for example, with a high proportion of standard storage materials of today's 3-way catalysts.

So wären bspw. insbesondere hoch beladene Partikelfilter, d.h. Partikelfilter, welche eine große Menge an Rußpartikeln aufweisen, diese ausgehend vom Filteraustritt zu erhitzen. Würde der Abbrand bzw. die Regeneration am Filteraustritt initiiert werden, würde die dort freigesetzte Wärme wirklich freigesetzt und nicht in den vorgelagerten Bereichen als „thermische Bürde“ auferlegt. Unter gewissen Randbedingungen, insbesondere sofern Strömungsgeschwindigkeiten nicht zu hoch sind, würde dann die so genannte Rußabbrandfront entgegen der Strömungsgeschwindigkeit in Richtung des Filtereintritts und in die dort ausgebildeten Bereiche des Partikelfilters hinein laufen. Daher kann es von Vorteil sein, wenn das erste Material zur Reaktion in einem mittleren Temperaturbereich ausgebildet ist, und das zweite Material zur Reaktion über einem weiteren Temperaturbereich ausgebildet ist. For example, particulate filters which are highly loaded, e.g. Particulate filters, which have a large amount of soot particles to heat them from the filter outlet. If the burn-up or the regeneration were initiated at the filter outlet, the heat released there would really be released and not imposed in the upstream areas as a "thermal burden". Under certain boundary conditions, in particular if flow velocities are not too high, the so-called Rußabbrandfront would run against the flow velocity in the direction of the filter inlet and in the formed there areas of the particulate filter into it. Therefore, it may be advantageous if the first material is designed for the reaction in a medium temperature range, and the second material is designed to react over a further temperature range.

Eine weitere Steigerung einer effizienten Regenerierung kann mit Hilfe eines weiteren Heizelementes herbeigeführt werden, wenn dieses im durchströmbaren Kanalabschnitt angeordnet ist. A further increase of an efficient regeneration can be brought about with the aid of a further heating element, if this is arranged in the flow-through channel section.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der undurchströmbare Kanalabschnitt einen Stopfen auf, wobei das Heizelement den Stopfen vollständig oder teilweise ersetzend ausgebildet ist. Partikelfiltern gemäß dem Stand der Technik besitzen Stopfen, die lediglich dem Zweck dienen den Kanal dichtend abzuschließen. Sie sind massiv ausgebildet und weisen eine relativ große Länge auf. Bspw. sind für im Ottomotoren-Bereich eingesetzte bzw. vorgesehene Partikelfilter Längen der Stopfen von ca. 7 mm üblich. Ein Massenanteil der Stopfen liegt in den verstopften Filtereintritts- bzw. Filteraustrittsbereichen bei ca. 60–70 %. Daher führt ein vollständiger oder teilweiser Ersatz dieser Stopfen durch ein Heizelement, hergestellt aus einem Material mit einem hohen Anteil einer Speicherkomponente mit hoher Oxidationswärme, zu einem heftigen Temperaturanstieg bei einer Betriebsumstellung der Verbrennungskraftmaschine von dem fetten Betrieb auf den mageren Betrieb, beispielsweise in Verbindung mit einer Schubabschaltung. Ein besonders effizienter Partikelfilter ist somit realisiert. In a further embodiment of the invention, the infiltrated channel section has a plug, wherein the heating element is designed to replace the plug completely or partially. Particulate filters according to the prior art have plugs which serve only the purpose of sealing the channel. They are solid and have a relatively long length. For example. For plug filters used or provided in the gasoline engine sector, plug lengths of approx. 7 mm are usual. A mass fraction of the plug is in the clogged filter inlet or filter outlet areas at about 60-70%. Therefore, a complete or partial replacement of these plugs by a heating element made of a material with a high proportion of a storage component with high oxidation heat, to a sharp increase in temperature at a change in the operation of the internal combustion engine from rich operation to lean operation, for example in conjunction with a fuel cut. A particularly efficient particle filter is thus realized.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Es zeigen: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention. Identical or functionally identical elements are assigned identical reference numerals. Show it:

1 in einem t-λ-Diagramm einen Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses λ von Abgas und in einem korrespondierenden t-T-Diagramm Temperaturen in einem Partikelfilter gemäß dem Stand der Technik und in einem erfindungsgemäßen Partikelfilter Temperaturverläufe an unterschiedlichen Positionen des Partikelfilters, ermittelt mit Hilfe einer Simulationsrechnung, 1 in a t-λ diagram, a curve of the combustion air ratio λ of exhaust gas and in a corresponding tT diagram temperatures in one Particle filter according to the prior art and in a particulate filter according to the invention temperature profiles at different positions of the particulate filter, determined by means of a simulation calculation,

2 in einem x-T-Diagramm Temperaturverläufe zu verschiedenen Zeitpunkten im Partikelfilter gemäß dem Stand der Technik und dem erfindungsgemäßen Partikelfilter, 2 in an xT-diagram temperature profiles at different times in the particulate filter according to the prior art and the particulate filter according to the invention,

3 in einer schematischen Darstellung einen erfindungsgemäßen Partikelfilter, und 3 in a schematic representation of a particulate filter according to the invention, and

4 ein Ellingham-Diagramm der Elemente Palladium und Rhodium und deren Oxide. 4 an Ellingham diagram of the elements palladium and rhodium and their oxides.

Eine schlagartige Temperaturerhöhung in einem erfindungsgemäßen Partikelfilter 1 ist mit einer exothermen Reaktion eines Materials, das einen hohen Sauerstoffspeicheranteil aufweist, bei einer Betriebsumstellung einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine von einem Last- auf einen Schubbetrieb herbeiführbar. Dabei wird eine der Verbrennungskraftmaschine zugeführte Luft-Kraftstoffmischung in ihren Anteilen verändert. Bevorzugt ist ausgehend von einem so genannten fetten Betrieb, welcher ein Verbrennungsluftverhältnis λ der Luft-Kraftstoffmischung mit einem Wert kleiner 1 aufweist, in einen mageren Betrieb, welcher ein Verbrennungsluftverhältnis λ der Luft-Kraftstoffmischung mit einem Wert größer 1 aufweist, zu wechseln. Dadurch weist Abgas der Verbrennungsmaschine, welche den Partikelfilter 1 durchströmt, einen erhöhten Sauerstoffanteil auf, welcher die exotherme Reaktion auslöst. Eine gleichzeitige Schubabschaltung erhöht den Sauerstoffanteil wesentlich, wodurch ebenfalls eine deutliche Steigerung der Temperatur im Partikelfilter 1 erzielbar ist. A sudden increase in temperature in a particle filter according to the invention 1 is with an exothermic reaction of a material having a high oxygen storage content, at a change in operation of an internal combustion engine, not shown from a load to a push operation brought about. In this case, an internal combustion engine supplied air-fuel mixture is changed in their proportions. Preferably, starting from a so-called rich operation, which has a combustion air ratio λ of the air-fuel mixture with a value less than 1, to change into a lean operation, which has a combustion air ratio λ of the air-fuel mixture with a value greater than 1. As a result, exhaust gas of the internal combustion engine, which the particle filter 1 flows through, an increased oxygen content, which triggers the exothermic reaction. A simultaneous overrun fuel cut significantly increases the oxygen content, which also causes a significant increase in the temperature in the particulate filter 1 is achievable.

1 zeigt im unteren Abschnitt in einem t-λ-Diagramm einen Verlauf L1 eines Verbrennungsluftverhältnis λ über der Zeit t vor einem bekannten Partikelfilter. Ein sprunghafter Wechsel des Verbrennungsluftverhältnisses λ von einem Wert von hier ca. 0,95 auf einen Wert von deutlich über 1 kennzeichnet einen Zeitpunkt der Betriebsumstellung der Verbrennungskraftmaschine von Last- auf Schubbetrieb mit Kraftstoffabschaltung. 1 shows in the lower section in a t-λ diagram a curve L1 of a combustion air ratio λ over the time t before a known particle filter. A sudden change in the combustion air ratio λ from a value of approximately 0.95 here to a value significantly above 1 indicates a point in time at which the internal combustion engine switches over from operation to coasting with fuel cutoff.

Im oberen und mittleren Abschnitt der 1 sind in Abhängigkeit der Betriebsumstellung berechnete Temperaturverläufe T1, T2, und T3 für verschiedene Positionen entlang einer Strömungsachse der Partikelfilter dargestellt. Im oberen Abschnitt sind die Temperaturverläufe eines Partikelfilters 1 gemäß dem Stand der Technik und im mittleren Abschnitt der 1 sind Temperaturverläufe eines erfindungsgemäßen Partikelfilters 1 dargestellt. Der Temperaturverlauf T0 entspricht einer so genannten Zulauftemperatur, also der Gastemperatur vor OPF. In the upper and middle section of the 1 are calculated as a function of the operating change calculated temperature profiles T1, T2, and T3 for different positions along a flow axis of the particulate filter. In the upper section are the temperature curves of a particulate filter 1 according to the prior art and in the middle section of 1 are temperature profiles of a particulate filter according to the invention 1 shown. The temperature profile T0 corresponds to a so-called inlet temperature, ie the gas temperature before OPF.

Der erfindungsgemäße Partikelfilter 1, welcher schematisch gemäß 3 ausgebildet ist, besitzt durchströmbare Kanalabschnitte 13 und undurchströmbare Kanalabschnitte 14. Die Temperaturverläufe T1 und T3 zeigen ein thermisches Verhalten des Partikelfilters 1 in einer Ebene nahe eines Filtereintritts 3 bzw. nahe eines Filteraustritts 4 des Partikelfilters 1, also in Ebenen, die auch undurchströmbare Kanalabschnitte 14 durchschneiden. Der Temperaturverlauf T2 zeigt das thermische Verhalten des Partikelfilters 1 nahe einer Mittelebene des Partikelfilters 1, welche mittig zwischen den Ebenen des Filtereintritts 3 und des Filteraustritts 4 ausgebildet ist. The particle filter according to the invention 1 which schematically according to 3 is formed, has durchströmbare channel sections 13 and infiltratable channel sections 14 , The temperature curves T1 and T3 show a thermal behavior of the particulate filter 1 in a plane near a filter entrance 3 or near a filter outlet 4 of the particulate filter 1 that is, in planes that also have infiltrated channel sections 14 cut. Temperature curve T2 shows the thermal behavior of the particulate filter 1 near a mid-plane of the particulate filter 1 , which is located midway between the levels of the filter inlet 3 and the filter outlet 4 is trained.

Die Temperaturen T1, T2, T3 im Partikelfilter 1 gemäß dem Stand der Technik folgen zeitverzögert, aufgrund der Wärmekapazität des Partikelfilters 1 selbst, der abkühlenden Zulauftemperatur T0. Die Temperaturen T1, T2, T3 im erfindungsgemäßen Partikelfilter 1 zeigen andere Verläufe. Die Temperaturen T1, T3 der Ebenen mit undurchströmbaren Kanalabschnitten 14 steigen unmittelbar auf den Wechsel vom (leicht) fetten zum mageren Gemisch nur unmerklich verzögert heftig an, in diesem Beispiel um ca. 75°C. Sobald eine exotherme Befüllung eines Sauerstoffspeichers in den undurchströmbaren Kanalabschnitten 14 abgeschlossen ist, folgen auch diese Temperaturen T1, T3 zeitlich verzögert der stets kälter werdenden Zulauftemperatur T0. The temperatures T1, T2, T3 in the particle filter 1 According to the prior art follow delayed, due to the heat capacity of the particulate filter 1 itself, the cooling inlet temperature T0. The temperatures T1, T2, T3 in the particle filter according to the invention 1 show other courses. The temperatures T1, T3 of the planes with infiltrated channel sections 14 immediately rise to the change from the (slightly) rich to the lean mixture only imperceptibly decelerates violently, in this example by about 75 ° C. Once an exothermic filling of an oxygen storage in the umurchströmbaren channel sections 14 is completed, follow these temperatures T1, T3 delayed in time the ever colder inlet temperature T0.

Die Berechnungen erfolgten ohne Berücksichtigung eines Rußabbrandes. Nicht näher dargestellte Messungen zeigen, dass bei ca. 700°C des Partikelfilters 1 der Rußabbrand nur schleppend verläuft. Bei ca. 850°C ist eine Regeneration von eingelagertem Ruß deutlich erkennbar. Für den hier dargestellten Lastfall hat der Partikelfilter 1 ohne Ruß kaum regeneriert. Der erfindungsgemäße Partikelfilter 1, aufweisend die undurchströmbaren Kanalabschnitte 14, zündet den Rußabbrand jedoch so, dass dieser dann sich selbst beschleunigend bzw. erhaltend bis zur weitgehenden Regeneration abläuft. The calculations were made without consideration of a Rußabbrandes. Not shown measurements show that at about 700 ° C of the particulate filter 1 The Rußabbrand runs only slowly. At around 850 ° C regeneration of stored soot is clearly visible. For the load case shown here has the particle filter 1 hardly regenerated without soot. The particle filter according to the invention 1 comprising the flow-through channel sections 14 However, ignites the Rußabbrand so that it then expires itself or sustaining until extensive regeneration expires.

2 zeigt in einem x-T-Diagramm Temperaturverläufe zu verschiedenen Zeitpunkten t0, t1, t2, t3, t4 vor und nach einem Wechsel von einem (leicht) fetten Lastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine in den Schubbetrieb mit Kraftstoffabschaltung in Richtung der Strömungsachse des Partikelfilters 1. Im oberen Abschnitt von 2 sind die Temperaturverläufe t0, t1, t2, t3, t4 im Partikelfilter 1 gemäß dem Stand der Technik und im unteren Abschnitt von 2 die Temperaturverläufe t0, t1, t2, t3, t4 im erfindungsgemäßen Partikelfilter 1 dargestellt. 2 shows in an xT diagram temperature curves at different times t0, t1, t2, t3, t4 before and after a change from a (light) rich load operation of the internal combustion engine in the overrun with fuel cut in the direction of the flow axis of the particulate filter 1 , In the upper section of 2 are the temperature curves t0, t1, t2, t3, t4 in the particle filter 1 according to the prior art and in the lower section of 2 the temperature curves t0, t1, t2, t3, t4 in the particle filter according to the invention 1 shown.

Der Temperaturverlauf t0 entspricht einem Verlauf vor der Betriebsumstellung. Die Temperaturverläufe t1, t2, t3, t4 sind Temperaturverläufe nach Betriebsumstellung, wobei der Temperaturverlauf t1 20,2 sec., der Temperaturverlauf t2 21,2 sec., der Temperaturverlauf t3 22,2 sec und der Temperaturverlauf t4 23,2 sec. einem Temperaturverlauf über die Strömungsachse nach Betriebsumstellung entspricht. The temperature curve t0 corresponds to a course before the operating changeover. The temperature profiles t1, t2, t3, t4 are temperature profiles after the changeover of operation, wherein the temperature profile t1 is 20.2 sec., The temperature profile t2 is 21.2 sec., The temperature profile t3 is 22.2 sec and the temperature profile t4 is 23.2 sec Temperature profile over the flow axis after change of operation corresponds.

Der erfindungsgemäße Partikelfilter 1 für die nicht näher dargestellte Verbrennungskraftmaschine ist in einer schematischen Darstellung gemäß 3 ausgebildet. Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, welche in Form eines direkteinspritzenden Ottomotors ausgeführt ist, entsteht aufgrund einer Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches Rußpartikel enthaltendes Abgas. The particle filter according to the invention 1 for the internal combustion engine, not shown in accordance with a schematic representation 3 educated. During operation of the internal combustion engine, which is embodied in the form of a direct-injection gasoline engine, exhaust gas containing soot particles is produced as a result of combustion of the air-fuel mixture.

Der Partikelfilter 1 weist einen Filterkörper 2 mit einem durchströmbaren Filtereintritt 3 und einem durchströmbaren Filteraustritt 4 auf. Im Filterkörper 2 ist eine Vielzahl von durchströmbaren Kanälen 5, 6 ausgebildet. Die Kanäle 5, 6 sind sich entlang einer Längsachse L erstreckend, nebeneinander liegend ausgebildet, wobei eine Durchströmung entlang der Längsachse L erfolgt. The particle filter 1 has a filter body 2 with a flow-through filter inlet 3 and a flow-through filter outlet 4 on. In the filter body 2 is a multitude of channels that can be flowed through 5 . 6 educated. The channels 5 . 6 are along a longitudinal axis L extending, formed adjacent to each other, wherein a flow along the longitudinal axis L takes place.

Die Kanäle 5, 6 weisen abwechselnd ein am Filtereintritt 3 bzw. ein am Filteraustritt 4 verschlossenes Ende auf. Im Weiteren wird mittels eines ersten Kanals 5 und eines zweiten Kanals 6 die Vielzahl der Kanäle und die Funktionsweise des Partikelfilters 1 beschrieben. The channels 5 . 6 alternate at the filter inlet 3 or on the filter outlet 4 locked end up. In the following, by means of a first channel 5 and a second channel 6 the variety of channels and the functioning of the particulate filter 1 described.

Der erste Kanal 5 besitzt ein dem Filtereintritt 3 zugewandt ausgebildetes erstes Ende 7 und ein dem Filteraustritt 4 zugewandt ausgebildetes zweites Ende 8. Der zweite Kanal 6 weist ein dem Filtereintritt 3 zugewandt ausgebildetes drittes Ende 9 und ein dem Filteraustritt 4 zugewandt ausgebildetes viertes Ende 10 auf. Das zweite Ende 8 und das dritte Ende 9 sind undurchströmbar ausgebildet. Ein Strömungsübertritt des Abgases vom ersten Kanal 5 in den zweiten Kanal 6 erfolgt über eine zwischen dem ersten Kanal 5 und dem zweiten Kanal 6 ausgebildete gemeinsame Kanalwand 11. The first channel 5 owns the filter inlet 3 facing trained first end 7 and one the filter outlet 4 facing trained second end 8th , The second channel 6 indicates the filter inlet 3 facing trained third end 9 and one the filter outlet 4 facing trained fourth end 10 on. The second end 8th and the third end 9 are formed unblocked. A flow passage of the exhaust gas from the first channel 5 in the second channel 6 via one between the first channel 5 and the second channel 6 trained common canal wall 11 ,

Die Kanalwand 11 ist strömungsdurchlässig porös ausgebildet, wobei sich die Rußpartikel des die Kanalwand 11 durchströmenden Abgases an der Kanalwand 11 an- bzw. – ablagern. Das Abgas durchströmt den Partikelfilter 1 in Richtung der eingezeichneten Pfeile. The canal wall 11 is flow-permeable porous, with the soot particles of the channel wall 11 flowing exhaust gas at the channel wall 11 deposit or deposit. The exhaust gas flows through the particle filter 1 in the direction of the arrows.

Die Kanäle 5, 6 sind an ihren undurchströmbaren Enden 8, 9 mit Hilfe eines Stopfens 12 verschlossen. Das heißt mit anderen Worten, dass die Kanäle 5, 6 jeweils einen frei durchströmbaren Kanalabschnitt 13 und einen undurchströmbaren Kanalabschnitt 14 aufweisen. The channels 5 . 6 are at their unbroken ends 8th . 9 with the help of a plug 12 locked. In other words, that means the channels 5 . 6 in each case a freely flow-through channel section 13 and an air flow passage section 14 exhibit.

Der Stopfen 12 weist einen Elementquerschnitt QE auf, welcher einem Querschnitt Q des Kanals 5; 6 entspricht. Da in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Kanäle 5, 6 einen identischen Querschnitt aufweisen, entspricht der Elementquerschnitt QE ebenfalls einem Querschnitt Q des zweiten Kanals 6. In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Kanäle 5, 6 unterschiedliche Querschnitte Q auf. Das bedeutet, dass der Stopfen 12 einen dem Querschnitt Q des entsprechenden Kanals 5, 6 angepasst ausgebildeten Elementquerschnitt QE besitzt. The stopper 12 has an element cross-section QE, which is a cross-section Q of the channel 5 ; 6 equivalent. Since in the illustrated embodiment, the channels 5 . 6 have an identical cross section, the element cross section QE also corresponds to a cross section Q of the second channel 6 , In an embodiment not shown, the channels 5 . 6 different cross sections Q on. That means the plug 12 a cross-section Q of the corresponding channel 5 . 6 has adapted trained element cross-section QE.

Der Elementquerschnitt QE des Stopfens 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Länge L des Stopfens 12 konstant. Ebenso könnte sich der Elementquerschnitt QE über seine Länge L verändern. So weist zum Beispiel in einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel der Stopfen 12 eine kegelstumpfförmige Form mit einem sich über die Länge LE verändernden Elementquerschnitt QE auf, sofern der Kanal 5; 6 eine konische Form besitzt. The element cross-section QE of the plug 12 is in the illustrated embodiment over a length L of the plug 12 constant. Likewise, the element cross section QE could change over its length L. Thus, for example, in a non-illustrated embodiment, the plug 12 a frusto-conical shape with an over the length LE changing element cross-section QE, if the channel 5 ; 6 has a conical shape.

Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine sammeln sich die Rußpartikel im Partikelfilter 1, wobei ein effektiver Strömungsquerschnitt des Partikelfilters 1 über die Zeit reduziert wird. Die Reduzierung des effektiven Strömungsquerschnitts führt zu einer Erhöhung eines Abgasgegendruckes der Verbrennungskraftmaschine, der zu einer Steigerung von Ladungswechselverlusten führen kann. Dies wiederum hätte bei konstanter Leistung eine Erhöhung eines Kraftstoffverbrauches der Verbrennungskraftmaschine oder bei gleichem Kraftstoffverbrauch eine Reduzierung der Leistung der Verbrennungskraftmaschine zur Folge. Somit wird in Abhängigkeit einer so genannten Beladung des Partikelfilters 1 eine Regeneration des Partikelfilters 1 durchgeführt. During operation of the internal combustion engine, the soot particles accumulate in the particle filter 1 , wherein an effective flow cross-section of the particulate filter 1 is reduced over time. The reduction of the effective flow cross-section leads to an increase of an exhaust backpressure of the internal combustion engine, which can lead to an increase of charge cycle losses. This in turn would have a constant increase in fuel consumption of the internal combustion engine or with the same fuel consumption, a reduction in the performance of the internal combustion engine result. Thus, depending on a so-called loading of the particulate filter 1 a regeneration of the particulate filter 1 carried out.

Zur Regeneration des Partikelfilters 1 weist dieser zumindest ein Heizelement 15 auf, welches in dem undurchströmbaren Kanalabschnitt 14 angeordnet ist. Das Heizelement 15 besteht aus einem Funktionsmaterial, welches bei einem Luftüberschuss exotherm reagiert, mit anderen Worten Wärme abgibt und somit zu einer Temperaturerhöhung im Partikelfilter 1 führt. For regeneration of the particle filter 1 this has at least one heating element 15 on, which in the flow-through channel section 14 is arranged. The heating element 15 consists of a functional material, which reacts exothermically at an excess of air, in other words gives off heat and thus to a temperature increase in the particle filter 1 leads.

Das Heizelement 15 ist in Form des Stopfens 12 ausgebildet und ersetzt diesen. Ebenso könnte das Heizelement 15 auch als Teil des Stopfens 12 ausgebildet sein. Es ist aus einem Material ausgebildet, welches bei einer Sauerstoffeinspeicherung eine exotherme Reaktion auslösend ausgebildet ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Heizelement 15 aufgrund seines Molekülaufbaus selbständig Wärme freisetzt, sofern eine Sauerstoffeinspeicherung ausgebildet ist. Das bedeutet, es erfolgt eine Reaktionswärmefreisetzung. The heating element 15 is in the form of the plug 12 trained and replaced this. Likewise, the heating element could 15 also as part of the plug 12 be educated. It is formed from a material which is formed triggering an oxygen storage an exothermic reaction. In other words, this means that the heating element 15 due to its molecular structure self-releasing heat, provided that an oxygen storage is formed. This means that there is a reaction heat release.

Das Material ist ein Feststoff, welcher in wenigstens zwei Modifikationen vorliegen kann. Im fetten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine liegt er zumindest teilweise in einer reduzierten Modifikation, der ersten Modifikation vor und geht in einem mageren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in eine oxidierte Modifikation, der zweiten Modifikation über. Dieser Feststoff, auch Funktionsmaterial genannt, ist bevorzugt ein Mischoxid aus Cer- und Zirkonoxiden mit ggf. weiteren Stoffen, wie bspw. Metalle und/oder Erdmetalle, Lanthan, Präsodymium, Ytterium, sowie Aluminiumoxid. The material is a solid which may be present in at least two modifications. In rich operation of the internal combustion engine, it is at least partially in a reduced modification, the first modification before and goes in a lean operation of the internal combustion engine in an oxidized modification, the second modification. This solid, also called functional material, is preferably a mixed oxide of cerium and zirconium oxides with optionally further substances, such as. Metals and / or earth metals, lanthanum, presodymium, ytterium, and alumina.

Auch eignen sich die „unedleren“ Edelmetalle Palladium und Rhodium, welche auch direkt eine Sauerstoffspeicherfähigkeit besitzen. Bei höheren Temperaturen, zum Beispiel ca. 900 °C, oxidieren sie nicht, speichern somit auch nicht, und behalten ihren edlen metallischen Zustand bei. Dabei ist es irrelevant, ob es sich um ein Abgas mit einer fetten Zusammensetzung entsprechend dem fetten Betrieb oder um ein Abgas mit einer mageren Zusammensetzung entsprechend dem mageren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine handelt. Rhodium würde gem. 4 Rhodiumoxid bis zu ca. 880°C bilden können und sich somit bis zu dieser Temperatur unedel verhalten können. Also suitable are the "less precious" noble metals palladium and rhodium, which also have an oxygen storage capacity directly. At higher temperatures, for example, about 900 ° C, they do not oxidize, therefore do not store, and maintain their noble metallic state. It is irrelevant whether it is an exhaust gas with a rich composition corresponding to the rich operation or an exhaust gas with a lean composition corresponding to the lean operation of the internal combustion engine. Rhodium would gem. 4 Rhodium oxide can form up to about 880 ° C and thus can behave subdued up to this temperature.

Gemäß seiner Zusammensetzung kann das Funktionsmaterial zur exothermen Reaktion in unterschiedlichen Temperaturbereichen ausgebildet sein. Bspw. weist ein erstes Material eine Zusammensetzung auf, mit einer Reduktions-/ Oxidationsfähigkeit in einem Tief- und Mitteltemperaturbereich bis ca. 700°C, bspw. Palladium. Ein zweites Material weist eine Zusammensetzung auf mit einer exothermen Reaktion zusätzlichen in einem hohen Temperaturbereich, wie bspw. TWC(Three-way-catalyst)-Standard-Speichermaterialien. Das heißt mit anderen Worten, dass das erste Material zur Reaktion bei im Partikelfilter 1 vorliegenden tiefen und mittleren Temperaturen ausgebildet ist, und dass das zweite Material zur Reaktion über sämtliche im Partikelfilter 1 vorliegenden Temperaturen ausgebildet ist. According to its composition, the functional material for the exothermic reaction may be formed in different temperature ranges. For example. For example, a first material has a composition having a reducing / oxidizing ability in a low and medium temperature range up to about 700 ° C, for example, palladium. A second material has a composition having an exothermic reaction additional in a high temperature range, such as TWC (three-way-catalyst) standard storage materials. In other words, that means that the first material reacts in the particle filter 1 formed low and medium temperatures, and that the second material to the reaction on all in the particulate filter 1 existing temperatures is formed.

Selbstredend können sämtliche Stopfen 12 durch je ein Heizelement 15 ersetzt sein, wodurch die Regeneration verbessert wird. Needless to say, all plugs 12 by a heating element 15 be replaced, whereby the regeneration is improved.

Ebenso ist auch ein Partikelfilter 1 mit mehreren Heizelementen 15, die aus einem einzigen Material und/oder einem Materialmix ausgebildet sind zielführend. Die Positionierung des bzw. der Heizelemente 15, eintrittseitig oder austrittseitig, kann auch in Abhängigkeit einer Einbausituation des Partikelfilters 1, motornah oder motorfern, gewählt werden. Likewise is also a particle filter 1 with several heating elements 15 , which are formed from a single material and / or a material mix are targeted. The positioning of the heating element (s) 15 , inlet side or outlet side, can also be a function of a mounting situation of the particulate filter 1 , close to the engine or remote from the engine.

In einem nicht näher dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Stopfen 12 des Partikelfilters 1 durch jeweils ein Heizelement 15 ersetzt. Ein weiteres, nicht näher dargestelltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters 1 weist am zweiten Ende 8 das Heizelement 15 ausgebildet aus dem ersten Material und am dritten Ende 9 das Heizelement 15 ausgebildet aus dem zweiten Material auf. In a preferred embodiment, not shown, all plugs 12 of the particulate filter 1 by a respective heating element 15 replaced. Another, unspecified illustrated embodiment of the particulate filter according to the invention 1 indicates at the second end 8th the heating element 15 formed from the first material and at the third end 9 the heating element 15 formed of the second material.

Ein weiteres nicht näher dargestelltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters weist an zweiten Enden und dritten Enden, die entfernter von der zentralen Längsachse liegen, Heizelemente aus einem ersten Material auf. An den zweiten Enden und dritten Enden, die näher zur zentralen Längsachse liegen, weist es Heizelemente aus einem zweiten Material oder gar keine Heizelemente auf. Another not shown embodiment of the particulate filter according to the invention has at second ends and third ends, which are located farther from the central longitudinal axis, heating elements made of a first material. At the second ends and third ends, which are closer to the central longitudinal axis, it has heating elements made of a second material or no heating elements.

Auch könnte im durchströmbaren Kanalabschnitt 13 ein weiteres Heizelement 15 angeordnet sein. Dieses könnte aus einem weiteren, sich vom ersten Material und vom zweiten Material unterscheidenden Material ausgebildet sein. D. h. mit anderen Worten, es besteht aus einem weiteren Material mit einer sich vom ersten Material und vom zweiten Material unterscheidenden Sauerstoffspeicherfähigkeit. Also could be in the flow-through channel section 13 another heating element 15 be arranged. This could be formed from a further, different from the first material and the second material material. Ie. in other words, it is made of another material having an oxygen storage ability different from the first material and the second material.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Partikelfilter particulate Filter
2 2
Filterkörper filter body
3 3
Filtereintritt filter inlet
4 4
Filteraustritt filter outlet
5 5
Erster Kanal First channel
6 6
Zweiter Kanal Second channel
7 7
Erstes Ende First end
8 8th
Zweites Ende Second end
9 9
Drittes Ende Third end
10 10
Viertes Ende Fourth end
11 11
Kanalwand channel wall
12 12
Stopfen Plug
13 13
Durchströmbarer Kanalabschnitt Flow-through channel section
14 14
Undurchströmbarer Kanalabschnitt Non-permeable channel section
15 15
Heizelement heating element
L L
Längsachse longitudinal axis
LE LE
Länge length
L1 L1
Verlauf course
Q Q
Kanalquerschnitt Channel cross section
QE QE
Elementquerschnitt Element section
T T
Temperatur temperature
T0 T0
Zulauftemperatur inlet temperature
T1 T1
erster Temperaturverlauf first temperature profile
T2 T2
zweiter Temperaturverlauf second temperature profile
T3 T3
dritter Temperaturverlauf third temperature profile
t t
Zeit Time
t0 t0
Temperaturverlauf vor Betriebsumstellung Temperature course before operating changeover
t1 t1
Temperaturverlauf nach Betriebsumstellung Temperature course after change of operation
t2 t2
Temperaturverlauf nach Betriebsumstellung Temperature course after change of operation
t3 t3
Temperaturverlauf nach Betriebsumstellung Temperature course after change of operation
t4 t4
Temperaturverlauf nach Betriebsumstellung Temperature course after change of operation
λ λ
Verbrennungsluftverhältnis Combustion air ratio

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterkörper (2), wobei der Filterkörper (2) einen durchströmbaren Filtereintritt (3) und einen durchströmbaren Filteraustritt (4) aufweist, und wobei der Filterkörper (2) zumindest einen durchströmbaren ersten Kanal (5) mit einem dem Filtereintritt (3) zugewandt ausgebildeten ersten Ende (7) und einem dem Filteraustritt (4) zugewandt ausgebildeten zweiten Ende (8), und einen durchströmbaren zweiten Kanal (6) mit einem dem Filtereintritt (3) zugewandt ausgebildeten dritten Ende (9) und einem dem Filteraustritt (4) zugewandt ausgebildeten vierten Ende (10) aufweist, und wobei das zweite Ende (8) und das dritte Ende (9) undurchströmbar ausgebildet sind, wobei die Kanäle (5, 6) in einen durchströmbaren Kanalabschnitt (13) und einen undurchströmbaren Kanalabschnitt (14) gliederbar sind, und wobei ein Strömungsübertritt eines den Filterkörper (2) durchströmenden Abgases ausgehend vom ersten Kanal (5) in den zweiten Kanal (6) über eine zwischen dem ersten Kanal (5) und dem zweiten Kanal (6) ausgebildete gemeinsame Kanalwand (11) erfolgt, und wobei die Kanalwand (11) Rußpartikel des Abgases abscheidbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steigerung einer im Partikelfilter (1) vorliegenden Reaktionstemperatur zur Abbrennung der Rußpartikel der erste Kanal (5) und/oder der zweite Kanal (6) ein Heizelement (15) aufweist, wobei das Heizelement (15) im undurchströmbaren Kanalabschnitt (14) des Kanals (5; 6) angeordnet ist. Particulate filter for an internal combustion engine, with a filter body ( 2 ), wherein the filter body ( 2 ) a flow-through filter inlet ( 3 ) and a flow-through filter outlet ( 4 ), and wherein the filter body ( 2 ) at least one through-flowable first channel ( 5 ) with a filter inlet ( 3 ) facing first end ( 7 ) and a filter outlet ( 4 ) facing the second end ( 8th ), and a flow-through second channel ( 6 ) with a filter inlet ( 3 ) facing third end ( 9 ) and a filter outlet ( 4 ) facing fourth end ( 10 ), and wherein the second end ( 8th ) and the third end ( 9 ) are formed umströmströmbar, wherein the channels ( 5 . 6 ) in a flow-through channel section ( 13 ) and an air passage section ( 14 ) are articulated, and wherein a flow passage of the filter body ( 2 ) flowing exhaust gas from the first channel ( 5 ) into the second channel ( 6 ) over one between the first channel ( 5 ) and the second channel ( 6 ) formed common channel wall ( 11 ), and wherein the channel wall ( 11 ) Soot particles of the exhaust gas is formed separable, characterized in that to increase one in the particulate filter ( 1 ) present reaction temperature for burning off the soot particles of the first channel ( 5 ) and / or the second channel ( 6 ) a heating element ( 15 ), wherein the heating element ( 15 ) in the flow-through channel section ( 14 ) of the channel ( 5 ; 6 ) is arranged. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (15) aus einem Funktionsmaterial ausgebildet ist, welches bei einer Sauerstoffeinspeicherung exotherm reagiert. Particulate filter according to claim 1, characterized in that the heating element ( 15 ) is formed of a functional material which reacts exothermically in an oxygen storage. Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (15) mit Hilfe einer Änderung eines Verbrennungsluftverhältnisses (λ) des Abgases zur Wärmeabgabe anregbar ist. Particulate filter according to claim 1 or 2, characterized in that the heating element ( 15 ) is excitable by means of a change of a combustion air ratio (λ) of the exhaust gas for heat dissipation. Partikelfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (15) mit Hilfe einer Änderung eines Verbrennungsluftverhältnisses (λ) des Abgases von einem Verbrennungsluftverhältnis (λ) mit einem Wert kleiner als 1 zu einem Wert größer als 1 zur Wärmeabgabe anregbar ist. Particulate filter according to claim 3, characterized in that the heating element ( 15 ) by means of a change of a combustion air ratio (λ) of the exhaust gas from a combustion air ratio (λ) with a value less than 1 to a value greater than 1 can be excited for heat dissipation. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (15) einen Elementquerschnitt (QE) aufweist, welcher einem Querschnitt (Q) des Kanals (5, 6) entspricht. Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element ( 15 ) has an element cross section (QE) which corresponds to a cross section (Q) of the channel (Q) 5 . 6 ) corresponds. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (15) zumindest aus Cer- und Zirkonoxiden und/oder deren Mischoxide ausgebildet ist. Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element ( 15 ) is formed at least from cerium and zirconium oxides and / or their mixed oxides. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (15) Palladium und/oder Rhodium aufweist. Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element ( 15 ) Has palladium and / or rhodium. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (15) des ersten Kanals (5) aus einem ersten Material ausgebildet ist und das Heizelement (15) des zweiten Kanals (6) aus einem sich vom ersten Material unterscheidenden zweiten Material ausgebildet ist. Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element ( 15 ) of the first channel ( 5 ) is formed of a first material and the heating element ( 15 ) of the second channel ( 6 ) is formed of a different from the first material second material. Partikelfilter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material zur Reaktion bei im Partikelfilter (1) vorliegenden tiefen und mittleren Temperaturen ausgebildet ist, und das zweite Material zur Reaktion über sämtliche im Partikelfilter (1) vorliegenden Temperaturen ausgebildet ist. Particulate filter according to claim 8, characterized in that the first material for the reaction in the particulate filter ( 1 ) is formed, and the second material for reaction over all in the particulate filter ( 1 ) present temperatures is formed. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Heizelement (15) im durchströmbaren Kanalabschnitt angeordnet ist. Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that a further heating element ( 15 ) is arranged in the flow-through channel section. Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der undurchströmbare Kanalabschnitt einen Stopfen (12) aufweist, wobei das Heizelement (15) den Stopfen (12) vollständig oder teilweise ersetzend ausgebildet ist. Particulate filter according to one of the preceding claims, characterized in that the non-flowable passage section comprises a plug ( 12 ), wherein the heating element ( 15 ) the plug ( 12 ) is formed completely or partially replacing.
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