DE102017213740B3 - Partikelfilter, Anordnung mit einem Verbrennungsmotor und einem Abgassystem, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter, eine Anordnung mit einem einen Abgasstrom erzeugenden Verbrennungsmotor und einem sich an den Verbrennungsmotor anschließenden Abgassystem zur Aufnahme des Abgasstroms mit einem Partikelfilter als Abgasnachbehandlungseinrichtung, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung sowie ein Verfahren zur Regeneration eines im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters als Abgasnachbehandlungseinrichtung.Ein erfindungsgemäßer Partikelfilter weist im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauende Mikroorganismen auf. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist das Inkontaktbringen des Partikelfilters mit im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen auf.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelfilter, eine Anordnung mit einem einen Abgasstrom erzeugenden Verbrennungsmotor und einem sich an den Verbrennungsmotor anschließenden Abgassystem zur Aufnahme des Abgasstroms mit einem Partikelfilter als Abgasnachbehandlungseinrichtung, ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung sowie ein Verfahren zur Regeneration eines im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters als Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Der Einsatz von Partikelfiltern zur Kontrolle der Emission von kohlenstoffhaltigem Feinstaub, auch als Rußpartikelfilter bezeichnet, durch Verbrennungsmotoren ist hinreichend bekannt. Nachdem Partikelfilter zunächst für Motoren mit Kompressionszündung genutzt wurden, ist zukünftig auch der Einsatz für Motoren mit Fremdzündung geplant.
  • Nachdem sich im Partikelfilter eine bestimmte Menge an Feinstaub, z. B. in Form von Ruß und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen, angesammelt hat, muss diese entfernt werden (Regeneration des Partikelfilters), um das Risiko einer Partikelfilterbeschädigung zu minimieren und zu hohen Gegendruck zu verhindern. Zur Entfernung des Feinstaubs sind zahlreiche Methoden bekannt.
  • Eine gängige Methode verwendet im Abgas enthaltenes Stickstoffdioxid (NO2) zum kontinuierlichen Oxidation des Feinstaubs zu Kohlenstoffdioxid (CO2) und Stickstoffmonoxid (NO). Allerdings erfordert diese Methode genügend hohe Temperaturen und NO2-Konzentrationen, wie sie zumeist nur bei Vollastbetrieb des Verbrennungsmotors, z. B. bei Autobahnfahrten, zu erzielen sind. Bei Teillastbetrieb hingegen, z. B. im Stadtverkehr, funktioniert diese Methode nur eingeschränkt.
  • Probleme treten ebenfalls bei Personenkraftwagen auf, da bei diesen das Nutzungsprofil (Verwendung für Kurzstrecken, Langstrecken, in bergigem Gelände, auf Autobahnen etc.) nicht ausreichend vorhergesagt werden kann, um einen für die Regeneration mittels dieser Methode ausreichenden Vollastbetrieb gewährleisten zu können.
  • Darüber hinaus verlangen neue gesetzliche Vorschriften die Verminderung der NOx-Emission, so dass NO2 direkt nach dem Verlassen des Verbrennungsmotors aus dem Abgasstrom entfernt werden muss und folglich für die Partikelfilterregeneration nicht mehr zur Verfügung steht.
  • Eine weitere Methode zur Partikelfilterregeneration beruht auf der Erhöhung der Abgastemperatur, so dass die für die Oxidation des Feinstaubs notwendige Temperatur erreicht wird. Dazu kann zusätzlicher Kraftstoff genutzt werden. Dieser kann beispielsweise mittels Nacheinspritzung in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors oder in den Abgasstrom stromabwärts des Verbrennungsmotors zugeführt werden.
  • Die Regeneration des Partikelfilters kann durch weitere Maßnahmen wie z. B. eine Drosselung entlang des Luftpfads (Strömungsweg des Abgasstroms) begleitet werden und ist üblicherweise nach mehreren Hundert Kilometern erforderlich. Die beschriebenen Maßnahmen können auch miteinander kombiniert werden.
  • Es lässt sich feststellen, dass für die Regeneration des Partikelfilters üblicherweise Temperaturen von ca. 600 °C für die Zeitdauer von einigen Minuten erforderlich sind. Auch durch die Verwendung von Kraftstoffadditiven kann dieses Temperaturminimum bestenfalls auf 450 °C gesenkt werden. Diese Temperaturen können nur erreicht werden, wenn bestimmte Anforderungen an den Betrieb des Verbrennungsmotors, z. B. an die Betriebsdauer und die Geschwindigkeit eines mit dem Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugs, erfüllt sind.
  • Wird der Verbrennungsmotor hingegen nur für kurze Zeitdauern, ggf. mit dazwischenliegenden langen Pausen, betrieben, werden die erforderlichen Temperaturen nicht erreicht und der Partikelfilter kann nicht erfolgreich regeneriert werden, so dass sich immer mehr Feinstaub im Partikelfilter ansammelt. In der Folge kann z. B. der Fahrer eines Fahrzeugs mit einem solchen Verbrennungsmotor, beispielsweise mittels einer entsprechenden Mitteilung in der Instrumententafel, aufgefordert werden, den Verbrennungsmotor im Vollastbetrieb zu betreiben, z. B. indem er die Autobahn für eine gewisse Zeitdauer benutzt, oder eine Werkstatt oder einen Fachhändler aufzusuchen, um eine Regeneration der Partikelfilters durchführen zu lassen und eine Partikelfilterverstopfung oder -beschädigung zu vermeiden.
  • Darüber hinaus ist bekannt, dass bestimmte Bakterien oder Pilze in der Alge sind, kohlenstoffhaltige Verunreinigungen, z. B. vonRohöl, abzubauen (Bik HM, Halanych KM, Sharma J, Thomas WK (2012) Dramatic Shifts in Benthic Microbial Eukaryote Communities following the Deepwater Horizon Oil Spill. PLoS ONE 7(6): e38550. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0038550).
  • Diese Bakterien werden üblicherweise als hydrocarbonoklastische Bakterien (HCB) bezeichnet. Sie kommen natürlich vor, sind jedoch aufgrund von Nahrungsmangel zumeist nur in sehr geringer Konzentration vorhanden.
  • Aus der DE 199 03 215 A1 ist die Reinigung von Verbrennungsabgasen von Triebwerken unter Verwendung von Mikroorganismen bekannt. Hierfür ist in einem Abgastrakt eine Vorrichtung zur Reaktionsreinigung vorgesehen, in der ein Mikroorganismus in Kontakt mit dem Verbrennungsabgas gebracht wird, welcher dabei einen Bestandteil aus dem Abgas entfernt. Ein Katalysator mit Bioreaktor für Verbrennungsmotoren wird zudem in der EP 2 110 524 A2 offenbart.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Möglichkeit anzugeben, die beschriebenen Probleme und die sich daraus ergebenden Nachteile zu verringern oder zu beseitigen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche enthalten Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösungen.
  • Grundgedanke der Erfindung ist es, bestimmte Mikroorganismen, die im Feinstaub enthaltene kohlenstoffhaltige Bestandteile, wie z. B. Ruß, abbauen können, zur Entfernung von Feinstaub im Partikelfilter bei niedrigen Temperaturen zu nutzen. Die Erfinder haben erkannt, dass die natürlich vorkommenden Mikroorganismen, welche kohlenstoffhaltige Verunreinigungen abbauen können wie z. B. HCB, in oder auf einem Partikelfilter optimale Lebensbedingungen vorfinden, da der herausgefilterte Feinstaub eine Quelle für Kohlenstoff und Kohlenwasserstoffe darstellt, Sauerstoff aufgrund der Umgebungsluft vorhanden ist und auch eine notwendige Menge an Wasser vorhanden ist, die durch den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors sowie Kondensation nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors entsteht.
  • Es handelt sich dabei um einen im Vergleich zu den einleitend beschriebenen bisherigen Methoden langsamen Regenerationsprozess, der beispielsweise auch ablaufen kann, während sich der Verbrennungsmotor in einem abgeschalteten Betriebszustand befindet, z. B. während ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug geparkt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch zur Regeneration des Partikelfilters für im Teillastbetrieb betriebene Verbrennungsmotoren, z. B. in Kraftfahrzeugen, die überwiegend für Kurzstrecken genutzt werden, geeignet. Ein notwendiges Zuführen von zusätzlichem Kraftstoff oder Kraftstoffadditiven kann verringert oder sogar ganz vermieden werden.
  • Ein erfindungsgemäßer Partikelfilter zur Entfernung von kohlenstoffhaltigem Feinstaub aus dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors weist im Feinstaub enthaltene Bestandteile, insbesondere kohlenstoffhaltige Bestandteile, abbauende Mikroorganismen auf.
  • Beispielsweise können die Mikroorganismen auf, am und/oder im Partikelfilter angeordnet sein. Der Partikelfilter kann als Wandstromfilter ausgebildet sein, bei dem der Abgasstrom eine poröse Wand im Partikelfilter durchströmt. Die poröse Wand kann aus Fasern und/oder Pulvern aufgebaut sein, die Keramiken und/oder Metalle aufweisen können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann es sich bei den im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen um hydrocarbonoklastische Bakterien, Pilze und/oder Archaeen handeln.
  • Diese Mikroorganismen haben sich im Vergleich zu anderen Mikroorganismen als besonders nützlich in Hinblick auf die Regeneration des Partikelfilters erwiesen, da sie eine hohe Toleranz gegenüber Temperaturschwankungen aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der Partikelfilter als Dieselpartikelfilter oder SCR-beschichteter Partikelfilter, d. h. als Partikelfilter, der auch der selektiven katalytischen Reduktion (engl. selective catalytic reduction, SCR) dient, ausgebildet sein.
  • Eine erfindungsgemäße Anordnung weist einen Abgasstrom erzeugenden Verbrennungsmotor und ein sich an den Verbrennungsmotor anschließendes Abgassystem zur Aufnahme des Abgasstroms mit einem Partikelfilter als Abgasnachbehandlungseinrichtung auf. Der Partikel ist wie vorstehend beschrieben ausgebildet. Insofern dienen die obigen Ausführungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Partikelfilters auch zur Beschreibung der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechen denen des erfindungsgemäßen Partikelfilters.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Partikelfilter kann die Anordnung auch weitere Einrichtungen zur Regeneration des Partikelfilters aufweisen. Sollte beispielsweise die Regeneration mittels der Mikroorganismen zu langsam verlaufen, da sich beispielsweise auf Grund des Betriebsverhaltens des Verbrennungsmotors mehr Feinstaub im Partikelfilter ansammelt als abgebaut werden kann, können weitere Maßnahmen zur Partikelfilterregeneration, wie z. B. die Anordnung eines Exothermkatalysators, der aus unverbranntem Kraftstoff durch eine exotherme Reaktion Wärme erzeugt, stromaufwärts des Partikelfilters oder die Zuführung von zusätzlichem Kraftstoff wie einleitend beschrieben, ergriffen werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Abgassystem weiterhin eine Zuführeinrichtung zur Zufuhr einer Zusammensetzung mit den im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen zum Abgasstrom und/oder direkt zum Partikelfilter aufweist.
  • Eine Zuführung zum Abgasstrom kann bevorzugt stromaufwärts des Partikelfilters erfolgen. Durch eine Zuführung zum Abgasstrom kann die Zusammensetzung indirekt dem Partikelfilter zugeführt werden, indem die Zusammensetzung zusammen mit dem Abgasstrom den Partikelfilter erreicht.
  • Bei der Zusammensetzung kann es sich beispielsweise um eine wässrige Zusammensetzung wie z. B. eine wässrige Suspension der Mikroorganismen handeln. Optional kann die Zusammensetzung ein oder mehrere Additive zur Abgasnachbehandlung, beispielsweise ein ammoniakbildendes Additiv wie eine Harnstofflösung zur Behandlung des Abgasstroms in einem SCR-Katalysator, aufweisen.
  • Die Zuführeinrichtung kann über ein steuerbares Ventil und/oder eine steuerbare Pumpeinrichtung verfügen, um die Menge der zuzuführenden Zusammensetzung steuern oder regeln zu können. Die Steuerung oder Regelung kann beispielsweise in Abhängigkeit der herrschenden Drücke und/oder Temperaturen.
  • Die Zuführeinrichtung ermöglicht eine Zuführung der Mikroorganismen zum Partikelfilter. Je nach Bedingungen, z. B. in Abhängigkeit der herrschenden Temperaturen, kann eine Zuführung der Mikroorganismen mehr oder weniger häufig notwendig sein, um einer Verringerung der Anzahl an Mikroorganismen entgegen zu wirken und die Regeneration des Partikelfilters mittels dieser Mikroorganismen aufrecht zu erhalten.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Abgassystem einen mit der Zuführeinrichtung verbundenen Vorratsbehälter für die Zusammensetzung aufweisen. Unter „verbunden“ ist dabei zu verstehen, dass die Zusammensetzung vom Vorratsbehälter zur Zuführeinrichtung gelangen kann, beispielsweise mittels einer Schlauchverbindung.
  • Bei dem Vorratsbehälter kann es sich beispielsweise um einen bereits vorhandenen Vorratsbehälter für ein Additiv zur Abgasnachbehandlung, z. B. einen Tank für eine Harnstofflösung, handeln.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Abgassystem zumindest eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweisen. Die Zuführeinrichtung ist dann zur Zufuhr der Zusammensetzung zum Abgasstrom stromaufwärts oder stromabwärts der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung ausgebildet.
  • Bei der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Oxidationskatalysator, z. B. einen Dieseloxidationskatalysator, einen Stickoxidspeicherkatalysator oder einen SCR-Katalysator handeln. Es können auch mehrere der genannten weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtungen vorhanden sein.
  • Um eine Beeinträchtigung der Regenerationswirkung der Mikroorganismen durch die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung zu vermeiden, kann es vorteilhaft sein, die Zusammensetzung mit den Mikroorganismen erst stromabwärts der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung dem Abgasstrom zuzuführen.
  • Handelt es sich bei der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung beispielsweise um einen SCR-Katalysator, so kann eine Zuführung stromaufwärts des SCR-Katalysators vorteilhaft sein. Dies ermöglicht die gemeinsame Zuführung des vom SCR-Katalysator benötigten ammoniakbildenden Additivs, so dass eine weitere Zuführeinrichtung sowie ein weiterer Vorratsbehälter nicht notwendig sind.
  • Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Anordnung eine Steuereinheit aufweisen, die ausgebildet ist zur Steuerung der Zuführeinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur, z. B. der Temperatur des Partikelfilters oder der Temperatur des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelfilters, und/oder des Drucks, z. B. des Drucks des Abgasstroms stromaufwärts des Partikelfilters, und/oder in Abhängigkeit eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors, z. B. in Abhängigkeit davon, ob sich der Verbrennungsmotor in einem ein- oder ausgeschalteten Zustand befindet, und/oder der Zeitdauer, die seit einem bestimmten Ereignis, z. B. dem Ausschalten des Verbrennungsmotors, vergangen ist oder die bis zu einem bestimmten Ereignis verbleibt.
  • Die Ermittlung der Temperatur kann mittels eines Temperatursensors, die Ermittlung des Drucks mittels eines Drucksensors erfolgen. Mittels der Steuereinheit ist es möglich, die Zufuhr der Zusammensetzung bedarfsgerecht zu steuern. Wird beispielsweise vermutet, dass der Partikelfilter eine zu geringe Anzahl von Mikroorganismen aufweist, kann eine erneute, ggf. verstärkte Zuführung der Zusammensetzung erfolgen. Zudem kann die Zufuhr gezielt dann erfolgen, wenn von einer besonders erfolgreichen Regeneration des Partikelfilters durch die Mikroorganismen ausgegangen werden kann. Dies kann beispielsweise nach dem Ausschalten des Verbrennungsmotors der Fall sein, da dann die Temperatur des Abgasstroms und damit auch die Temperatur des Partikelfilters sinken, so dass eine Temperaturschädigung der Mikroorganismen verringert ist.
  • Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Abgassystem weiterhin ein Endrohr aufweisen und der Partikelfilter im Bereich des Endrohres angeordnet sein.
  • In Richtung Auslass des Abgassystems, d. h. mit zunehmender Entfernung vom Verbrennungsmotor, kann die Temperatur des Abgasstroms abnehmen. Da im Gegensatz zu den bisherigen Methoden für die Regeneration des Partikelfilters für die erfindungsgemäße Regeneration mittels Mikroorganismen keine hohen Temperaturen erforderlich sind, sondern die Mikroorganismen z. B. auch bei Umgebungstemperatur den Partikelfilter regenerieren können, kann der erfindungsgemäße Partikelfilter auch im Bereich des Endrohres angeordnet sein.
  • Dies hat zudem den Effekt, dass mit abnehmender Temperatur auch der Volumenstrom und damit der Gegendruck abnehmen, so dass die einleitend beschriebenen Probleme aufgrund des Gegendrucks verringert oder sogar vermieden werden können.
  • Darüber hinaus wird durch die Anordnung des Partikelfilters im Bereich des Endrohres mehr Bauraum für die Anordnung von weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtungen in der Nähe des Verbrennungsmotors geschaffen. Dies kann für Abgasnachbehandlungseinrichtungen, die nur bei hohen Temperaturen eine ausreichende Wirksamkeit aufweisen, z. B. Katalysatoren, die ein schnelles Erreichen ihrer light-off Temperatur erfordern, um die Schadstoffemission ausreichend zu reduzieren, vorteilhaft sein.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist eine der zuvor beschriebenen Anordnungen auf. Unter einem Kraftfahrzeug ist ein durch einen Motor angetriebenes Fahrzeug, z. B. ein Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen, zu verstehen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regeneration eines in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, z. B. des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, angeordneten Partikelfilters als Abgasnachbehandlungseinrichtung weist ein Inkontaktbringen des Partikelfilters mit im Feinstaub enthaltende Bestandteile abbauenden Mikroorganismen auf.
  • Das Inkontaktbringen kann beispielsweise erfolgen, indem die Mikroorganismen auf, am oder im Partikelfilter angeordnet werden, so dass im herausgefilterten Feinstaub enthaltene Bestandteile, insbesondere kohlenstoffhaltige Bestandteile, abgebaut werden können.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mittels der oben stehend erläuterten erfindungsgemäßen Anordnung ausgeführt werden. Insofern dienen die obigen Ausführungen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnung auch zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen denen der erfindungsgemäßen Anordnung und deren entsprechender Ausführungsvarianten.
  • Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die im Feinstaub im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend hydrocarbonoklastische Bakterien, Pilze und Archaeen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsvarianten weist das Verfahren weiterhin ein Zuführen einer Zusammensetzung mit den im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen zum Abgasstrom, beispielsweise stromaufwärts des Partikelfilters, und/oder direkt zum Partikelfilter auf.
  • Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Zusammensetzung zusammen mit einem Additiv für einen SCR-Katalysator zugeführt werden. Bei dem Additiv kann es sich um eine ammoniakbildende Zusammensetzung, z. B. eine Harnstofflösung, handeln.
  • Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann das Zuführen der Zusammensetzung durch das Ausschalten des Verbrennungsmotors, das Überschreiten einer Temperatur oder eines Drucks oder dem Ablaufen einer Zeitdauer ausgelöst werden.
  • Mit anderen Worten kann das Zuführen in Abhängigkeit eines der genannten Auslöseereignisse erfolgen. Dies kann eine bedarfsgerechte Zuführung der Zusammensetzung ermöglichen, z. B. angepasst an den Betrieb des Verbrennungsmotors.
  • Durch das Auslösen des Zuführens der Zusammensetzung durch ein Ausschalten des Verbrennungsmotors kann erreicht werden, dass eine frische Population an Mikroorganismen dem Partikelfilter zugeführt wird, die den Filter während eines abgeschalteten Betriebszustands des Verbrennungsmotors, z. B. während eines Parkvorgangs des Kraftfahrzeugs, regeneriert. Vorteilhaft kann dadurch eine schnellere Regeneration des Partikelfilters erreicht werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Zusammensetzung stromaufwärts oder stromabwärts einer weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung zum Abgasstrom zugeführt werden.
  • Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Abbildungen ersichtlich. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung; und
    • 2 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Anordnung.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
  • Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die dem Fachmann auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.
  • Eine beispielhafte Anordnung gemäß 1 weist einen Abgasstrom 3 erzeugenden Verbrennungsmotor 2 sowie ein sich an den Verbrennungsmotor 2 anschließendes Abgassystem zur Aufnahme des Abgasstroms 3 auf. Zudem verfügt das Abgassystem über einen Partikelfilter 1 als Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die Anordnung kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein.
  • Der Partikelfilter 1 dient der Entfernung von kohlenstoffhaltigem Feinstaub aus dem Abgasstrom 3 des Verbrennungsmotors 2. Optional kann es sich bei dem Partikelfilter 1 um einen Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung handeln, der neben dem Herausfiltern von Feinstaub aus dem Abgasstrom 3 der katalytischen Reduktion von im Abgasstrom 3 enthaltenen Stickoxiden dient. In diesem Fall kann unter Umständen ein zusätzlich angeordneter SCR-Katalysator entfallen.
  • Der Partikelfilter 1 weist hydrocarbonoklastische Bakterien als im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauende Mikroorgansimen (nicht dargestellt) auf.
  • Darüber hinaus weist das Abgassystem der Anordnung eine Zuführeinrichtung 4 zur Zufuhr einer Zusammensetzung mit den hydrocarbonoklastische Bakterien zum Abgasstrom auf, die stromaufwärts des Partikelfilters 1 angeordnet ist. Die Zuführeinrichtung 4 ist mit einem Vorratsbehälter 6 zur Bevorratung der Zusammensetzung verbunden.
  • Neben dem Partikelfilter 1 weist das Abgassystem zwei weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung 5a, 5b auf. Eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung 5a ist als SCR-Katalysator oder Stickstoffspeicherkatalysator ausgebildet, welcher stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist. Eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung 5b ist als Oxidationskatalysator oder Stickstoffspeicherkatalysator ausgebildet und befindet sich stromaufwärts des Partikelfilters 1 sowie der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung 5a. Die Zuführeinrichtung 4 ist zwischen den beiden weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtungen 5a, 5b angeordnet.
  • Zwischen der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung 5a und dem Partikelfilter 1 befinden sich ein Drucksensor 9 sowie ein Temperatursensor 10 zur Ermittlung des Drucks sowie der Temperatur des Abgasstroms 3. Der Drucksensor 3 kann als Differenzdrucksensor oder Relativdrucksensor ausgebildet sein. Die Messsignale des Drucksensors 9 sowie des Temperatursensors 10 können an eine Steuereinheit (nicht dargestellt) übermittelt werden, die dazu ausgebildet ist, die Zuführeinrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Drucks und/oder der ermittelten Temperatur zu steuern.
  • Eine Hartstofflösungszuführeinrichtung 8 stromaufwärts der Zuführeinrichtung 4 und stromabwärts der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung 5b dient der Zufuhr einer Harnstofflösung zum Abgasstrom 3. Optional kann eine gemeinsame Zuführeinrichtung für die Zufuhr der Harnstofflösung sowie der Zusammensetzung vorhanden sein.
  • Optional kann die Anordnung über einen Turbolader 7 verfügen, der zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung 5b angeordnet ist. Zusätzlich können auch weitere Sensoren vorhanden sein.
  • Weiter optional kann das Abgassystem über einen Abgasrückführung (nicht dargestellt) verfügen. Die Abgasrückführung kann dazu ausgebildet sein, Abgas aus dem Abgassystem von einer Abgasentnahmestelle an eine in einem Zuluftstrang des Verbrennungsmotors angeordnete Abgaseinleitstelle zu leiten. Die Abgasrückführung kann als Hochdruck- oder Niederdruckabgasrückführung ausgebildet sein.
  • Bei der Anordnung gemäß 1 handelt es sich um eine sog. „close coupled“ Ausgestaltung, bei der alle Komponenten inklusive dem Partikelfilter 1 motornah angeordnet sind. Für eine konventionelle Regeneration des Partikelfilters 1 kann daher eine Kraftstoffnacheinspritzung im Verbrennungsmotor 2 durchgeführt werden, um den Partikelfilter 1 durch eine Verbrennung dieses Kraftstoffs für eine konventionelle Regeneration ausreichend aufheizen zu können.
  • Die beispielhafte Anordnung gemäß 2 unterscheidet sich von der Anordnung gemäß 1 dahingehend, dass der Partikelfilter 1 am Ende des Abgasstrangs im Bereich des Endrohres angeordnet ist und sich die Zuführeinrichtung 4 direkt stromaufwärts des Partikelfilters 1 befindet.
  • Stromaufwärts der Zuführeinrichtung 4 sind der Drucksensor 9 und der Temperatursensor 10 angeordnet. Stromaufwärts des Drucksensors 9 und des Temperatursensors 10 sind ein Exothermkatalysator 12 und eine Kraftstoffzuführeinrichtung 11 angeordnet.
  • Bei der Anordnung gemäß 2 handelt es sich um eine sog. „close coupled and underfloor“ Ausgestaltung, bei der der Partikelfilter 1 weiter entfernt vom Verbrennungsmotor 2, beispielsweise im Unterboden eines mit dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Fahrzeugs, angeordnet ist. Dadurch sinkt die Temperatur nach den motornahen weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtungen 5a, 5b zu stark, so dass eine Kraftstoffzuführeinrichtung 11 und ein Exothermkatalysator 12 vorgesehen sind, um die für eine konventionelle Regeneration des Partikelfilters 1 notwendige Temperatur erreichen zu können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Partikelfilter
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Abgasstrom
    4
    Zuführeinrichtung
    5a, 5b
    weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung
    6
    Vorratsbehälter
    7
    Turbolader
    8
    Harnstofflösungszuführeinrichtung
    9
    Drucksensor
    10
    Temperatursensor
    11
    Kraftstoffzuführeinrichtung
    12
    Exothermkatalysator

Claims (16)

  1. Partikelfilter (1) zur Entfernung von kohlenstoffhaltigem Feinstaub aus dem Abgasstrom (3) eines Verbrennungsmotors (2), dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (1) im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauende Mikroorganismen aufweist.
  2. Partikelfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend hydrocarbonoklastische Bakterien, Pilze und Archaeen.
  3. Partikelfilter (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (1) als Dieselpartikelfilter oder SCR-beschichteter Partikelfilter ausgebildet ist.
  4. Anordnung mit einem einen Abgasstrom (3) erzeugenden Verbrennungsmotor (2) und einem sich an den Verbrennungsmotor (2) anschließenden Abgassystem zur Aufnahme des Abgasstroms (3) mit einem Partikelfilter (1) als Abgasnachbehandlungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem weiterhin eine Zuführeinrichtung (4) zur Zufuhr einer Zusammensetzung mit den im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen zum Abgasstrom (3) und/oder direkt zum Partikelfilter (1) aufweist.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem einen mit der Zuführeinrichtung (4) verbundenen Vorratsbehälter (6) für die Zusammensetzung aufweist.
  7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem zumindest eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung (5a, 5b) aufweist und die Zuführeinrichtung (4) zur Zufuhr der Zusammensetzung zum Abgasstrom (3) stromaufwärts oder stromabwärts der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung (5a, 5b) ausgebildet ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung weiterhin eine Steuereinheit ausgebildet zur Steuerung der Zuführeinrichtung (4) in Abhängigkeit einer Temperatur, eines Drucks, eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (2) und/oder einer Zeitdauer aufweist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgassystem weiterhin ein Endrohr aufweist und der Partikelfilter (1) im Bereich des Endrohres angeordnet ist.
  10. Kraftfahrzeug mit einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 9.
  11. Verfahren zur Regeneration eines in einem Abgasstrom (3) eines Verbrennungsmotors (2) angeordneten Partikelfilters (1) als Abgasnachbehandlungseinrichtung, aufweisend: - Inkontaktbringen des Partikelfilters (1) mit im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend hydrocarbonoklastische Bakterien, Pilze und Archaeen.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, weiterhin aufweisend: - Zuführen einer Zusammensetzung mit den im Feinstaub enthaltene Bestandteile abbauenden Mikroorganismen zum Abgasstrom (3) und/oder direkt zum Partikelfilter (1).
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Zusammensetzung zusammen mit einem Additiv für einen SCR-Katalysator zugeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Zuführen der Zusammensetzung durch ein Ausschalten des Verbrennungsmotors (2), das Überschreiten einer Temperatur oder eines Drucks oder dem Ablaufen einer Zeitdauer ausgelöst wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Zusammensetzung stromaufwärts oder stromabwärts einer weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung (5a, 5b) zum Abgasstrom (3) zugeführt wird.
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