DE112019004151T5

DE112019004151T5 - Anordnung zum Messen eines Differenzdruckes

Info

Publication number: DE112019004151T5
Application number: DE112019004151.7T
Authority: DE
Inventors: Christopher Johansson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2021-05-20
Also published as: WO2020067974A1; SE544698C2; SE1851163A1; BR112021005256A2

Abstract

Eine Anordnung zum Messen eines Differenzdrucks über einer Partikelfilterbaugruppe (1) mit einem Rohr (12), das in einem Strömungsweg von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, umfasst eine erste Rohrleitung (5), die mit einem Einlass der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist, und eine zweite Rohrleitung (7), die mit einem Auslass der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist. Der Drucksensor (9) misst eine Differenz der Drücke in dem Strömungsweg an dem Einlass und dem Auslass. Beide Rohrleitungen (5, 7) ragen aus der Partikelfilterbaugruppe an derselben Stelle in Richtung des Drucksensors heraus, und wenigstens ein Kanal (11), der an einem Ende der Partikelfilterbaugruppe in den Strömungsweg mündet, erstreckt sich an der Außenseite des Rohrs der Partikelfilterbaugruppe zu einem der Rohrleitungen (7).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen eines Differenzdrucks über einer Partikelfilterbaugruppe mit einem Partikelfilter innerhalb eines Rohrs, das in einem Strömungsweg von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, wobei die Anordnung eine erste Rohrleitung, die an einem Ende der Anordnung mit dem Strömungsweg an einem Einlass von diesem zu der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist, eine zweite Rohrleitung, die an einem Ende der Anordnung mit dem Strömungsweg an einem Auslass von diesem zu der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist, und einen Drucksensor umfasst, mit dem die Rohrleitungen verbunden sind und der zum Messen einer Differenz der Drücke in dem Strömungsweg an dem Einlass und dem Auslass konfiguriert ist.
Die Erfindung betrifft derartige Anordnungen zum Messen eines Differenzdrucks über einer in einem Strömungsweg von Abgasen eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilterbaugruppe für beliebige Verwendungszwecke, wie beispielsweise industrielle Anwendungen in Schleifmaschinen und Kraftfahrzeugen aller Art, obwohl die Erfindung insbesondere für Kraftfahrzeuge und bevorzugt für Radnutzfahrzeuge, wie Lastkraftwagen oder LKW und Busse, anwendbar ist. Dies ist der Grund dafür, dass die Erfindung hauptsächlich für diese spezielle Anwendung diskutiert wird, ohne sie darauf zu beschränken. Der Grund für eine Anordnung zum Messen eines Differenzdrucks über einer Partikelfilterbaugruppe ist, dass die Partikelfilterbaugruppe nach einer gewissen Betriebszeit des Verbrennungsmotors so mit Partikeln gefüllt ist, dass sie durch ein Erhöhen der Temperatur der Abgase und Verbrennen der in der Partikelfilterbaugruppe gesammelten Partikel regeneriert werden muss. Der Wert des genannten Differenzdrucks gibt an, wann eine solche Regeneration stattfinden muss.
Abhängig von der Länge der Partikelfilterbaugruppe können die Verbindungen der ersten und zweiten Rohrleitungen an dem Strömungsweg zu weit voneinander entfernt sein, um ein gutes Abfließen des Kondenswassers zu ermöglichen, was schließlich dazu führen kann, dass das Wasser gefriert und die Funktion des Drucksensors behindert. Dieses Problem besteht, wenn der Verbrennungsmotor dort verwendet wird, wo eine niedrige Temperatur herrschen kann, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, das in Regionen eingesetzt wird, in denen ein kaltes Klima auftreten kann.
HINTERGRUND
EP 1 598 533 A2 offenbart eine Anordnung gemäß der Einleitung, die lange Rohrleitungen aufweist, die zu einem Drucksensor führen, der einem inhärenten Risiko einer Verstopfung durch gefrierendes Wasser ausgesetzt ist bei einer Verwendung des Verbrennungsmotors mit einer Partikelfilterbaugruppe in einer kalten Umgebung. Es sollte daher angestrebt werden, eine kompakte Installation des Differenzdrucksensors und der damit zu überwachenden Partikelfilterbaugruppe zu erhalten. Wenn die Partikelfilterbaugruppe jedoch lang ist, hat diese die Tendenz, dass die Rohrleitungen ein geringes Gefälle aufweisen, um die Installation kompakt zu halten, was sich negativ auf das Kondenswasserabflussverhalten der Rohrleitungen auswirkt.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der in der Einleitung definierten Art bereitzustellen, die die oben offenbarten Probleme adressiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine solche Anordnung mit den in dem kennzeichnenden Teil des beigefügten Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen bereitgestellt wird.
Somit ist der Drucksensor konfiguriert, um an einer Stelle entlang der Partikelfilterbaugruppe angeordnet zu sein, wobei beide Rohrleitungen derart konfiguriert sind, dass sie an dieser Stelle aus der Partikelfilterbaugruppe herausragen, und wobei die Anordnung wenigstens einen Kanal umfasst, der an einem Ende der Partikelfilterbaugruppe in den Strömungsweg mündet und sich an der Außenseite des Rohrs der Partikelfilterbaugruppe zu einer der Rohrleitungen erstreckt, die aus der Partikelfilterbaugruppe in einem Abstand von diesem einen Ende herausragen, während der Kanal zwischen dem Rohr und einem wärmeisolierenden Element außerhalb davon umschlossen ist. Indem beide Rohrleitungen von der Partikelfilterbaugruppe an der gleichen Stelle herausragen und wenigstens eines von diesen den Strömungsweg stromaufwärts oder stromabwärts der Partikelfilterbaugruppe durch einen solchen Kanal erreicht, wird eine kompakte Installation der Partikelfilterbaugruppe und des Drucksensors erreicht, während gleichzeitig die Möglichkeit besteht, kurze Rohrleitungen zu verwenden, um den Drucksensor zu erreichen. Solche kurzen Rohrleitungen bedeuten, dass es in dem Vergleich zu längeren Rohrleitungen unwahrscheinlicher ist, dass das Kondenswasser einfriert, und eine weitere Bedeutung besteht darin, dass solche kurzen Rohrleitungen mit einer steileren Neigung als längere Rohrleitungen installiert werden können, wie beispielsweise fast vertikal, wenn dies gewünscht ist, was einen guten Abfluss des Kondenswassers durch die Nutzung der Schwerkraft ergibt. Außerdem wird durch ein Anordnen des Kanals an der Außenseite des heiße Abgase führenden Rohrs der Partikelfilterbaugruppe, umschlossen zwischen diesem Rohr und einem wärmeisolierenden Element außerhalb davon, dieser Kanal warm gehalten und vor dem Einfrieren des darin befindlichen Kondenswassers geschützt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Drucksensor konfiguriert, um an der Stelle an einem ersten der besagten Enden der Partikelfilterbaugruppe angeordnet zu sein, und mündet der Kanal in den besagten Strömungsweg an einem zweiten, dem ersten Ende entgegengesetzten Ende der Partikelfilterbaugruppe, und erstreckt sich dieser Kanal an der Außenseite des Rohrs der Partikelfilterbaugruppe in Richtung des ersten Endes zu einer der Rohrleitungen, während er zwischen der Rohrleitung und dem wärmeisolierenden Element außerhalb davon umschlossen ist. Dadurch, dass der Drucksensor an einem Ende der Partikelfilterbaugruppe angeordnet ist und die beiden Rohrleitungen an diesem Ende aus der Partikelfilterbaugruppe herausragen, ist nur ein einziger besagter Kanal erforderlich, um die mit der Erfindung angestrebten Aufgabe zu erreichen, was den Aufbau der Anordnung vereinfacht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Drucksensor konfiguriert, um an dem Einlass zu der Partikelfilterbaugruppe angeordnet zu sein, und erstreckt sich der Kanal von dem Auslass der Partikelfilterbaugruppe zu der zweiten Rohrleitung. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Anordnung des Differenzdrucksensors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Rohrleitungen derart konfiguriert, dass sie von der Partikelfilterbaugruppe in einer Richtung herausragen, die in dem Zustand einer von der Partikelfilterbaugruppe eingenommenen Normalposition einen Winkel > 30° mit einer horizontalen Ebene bildet. Eine solche Richtung der Erstreckung der Rohrleitungen bietet gute Möglichkeiten, das in den Rohrleitungen enthaltene Kondenswasser effizient abzuleiten. „Normalposition““ ist hier für eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Partikelfilterbaugruppe die Position, die diese einnimmt, wenn das Fahrzeug auf horizontalem Boden steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Rohrleitungen derart konfiguriert, dass sie von der Partikelfilterbaugruppe in einer Richtung herausragen, die in einem Zustand einer von der Partikelfilterbaugruppe eingenommenen Normalposition einen Winkel von 85°-95°, von im Wesentlichen 90° oder von 90°, mit einer horizontalen Ebene bildet. Eine solche Erstreckungsrichtung der Rohrleitungen ist aus den soeben genannten Gründen vorteilhaft, und dies ist insbesondere der Fall, wenn sie mit einer anderen Ausführungsform der Erfindung kombiniert wird, bei der die Rohrleitungen konfiguriert sind, um derart angeordnet zu sein, dass sie von dem Rohr der Partikelfilterbaugruppe nach oben herausragen, während sie in einem Zustand einer von der Partikelfilterbaugruppe eingenommenen Normalposition den Winkel mit einer horizontalen Ebene bilden. In dem Falle einer Anordnung, die in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, wird eine solche Normalposition als die Position definiert, die eingenommen wird, wenn das Fahrzeug auf horizontalem Boden steht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Rohrleitungen derart konfiguriert, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander oder parallel zueinander aus der Partikelfilterbaugruppe herausragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Kanal einen langgestreckten Querschnitt mit einer Breite auf, die eine bogenförmige Erstreckung in Umfangsrichtung in Bezug auf das Rohr der Partikelfilterbaugruppe aufweist und deren Höhe übersteigt, die sich radial in Bezug auf eine Mittelachse des Rohrs der Partikelfilterbaugruppe erstreckt. Ein solch breiter Kanal bedeutet, dass bei Bedarf eine angestiegene Wassermenge darin enthalten sein kann, bevor es abgelassen oder verdampft wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung zum Messen eines Differenzdrucks über einer in einem Strömungsweg von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs angeordneten Partikelfilterbaugruppe konfiguriert, was eine besonders bevorzugte Verwendung einer Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, insbesondere wenn das Kraftfahrzeug in kalter Umgebung verwendet werden soll.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Anordnung zum Messen eines Differenzdrucks über einer Partikelfilterbaugruppe in einem Kraftfahrzeug, eine Fahrzeugpartikelfilterbaugruppe sowie ein Kraftfahrzeug, die/das mit einer solchen Anordnung gemäß den darauf gerichteten, beigefügten Patentansprüchen bereitgestellt ist.
Weitere vorteilhafte Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
Figurenliste
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen folgt im Folgenden eine spezifische Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, die als Beispiele genannt werden.
In den Zeichnungen:

1 zeigt sehr schematisch einen Verbrennungsmotor mit einem Abgassystem, das mit einer Partikelfilterbaugruppe bereitgestellt ist, an der eine Anordnung zum Messen des Differenzdrucks über dieser Partikelfilterbaugruppe anzuordnen ist,
2 ist eine bereichsweise Schnittdarstellung eines Teils einer Partikelfilterbaugruppe, die mit einer Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung bereitgestellt ist, und
3 ist eine Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Ausführungsform bei III-III, wobei der in 2 symbolisierte Drucksensor weggelassen ist, und
4 ist eine ähnliche Ansicht wie die von 2, die eine Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 ist eine stark vereinfachte Ansicht, die zeigt, wie eine Anordnung zum Messen von Differenzdruck über einer Partikelfilterbaugruppe 1 mit einem Partikelfilter 20 innerhalb eines Rohrs angeordnet sein kann, das in einem Strömungsweg 2 von Abgasen von einem Verbrennungsmotor 3 in einem Kraftfahrzeug 4 angeordnet ist. Diese Anordnung weist eine erste Rohrleitung 5, die mit dem Strömungsweg an einem Einlass 6 davon zu der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist, eine zweite Rohrleitung 7, die mit dem Strömungsweg an einem Auslass 8 davon aus der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist, und einen Drucksensor 9 auf, mit dem die Rohrleitungen 5, 7 verbunden sind und der zum Messen einer Differenz der Drücke in dem Strömungsweg an dem Einlass 6 und dem Auslass 8 konfiguriert ist.
Die 2 und 3 stellen den Aufbau einer Anordnung des in 1 gezeigten Typs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar, bei der der Drucksensor 9 an einer Stelle an einem ersten Ende 10 der Partikelfilterbaugruppe, und zwar an deren Einlass 6, angeordnet ist. Die erste Rohrleitung 5 und die zweite Rohrleitung 7 sind kurze Rohrleitungen, können aber auch deutlich länger als dargestellt sein, beispielsweise doppelt so lang, wobei sich die Rohrleitungen von der Partikelfilterbaugruppe zu dem Drucksensor vertikal erstrecken, und wobei dementsprechend beide an dem ersten Ende 10 der Partikelfilterbaugruppe angeordnet sind. Ein Kanal 11 mündet an dem Auslass 8 aus der Partikelfilterbaugruppe an deren zweitem Ende 14 in den Strömungsweg und erstreckt sich an der Außenseite des Rohrs der Partikelfilterbaugruppe zu der zweiten Rohrleitung 7, während er zwischen dem Rohr 12 der Partikelfilterbaugruppe und einem wärmeisolierenden Element 13 außerhalb davon umschlossen ist. Dieser Kanal 11 weist einen länglichen Querschnitt mit einer Breite auf, die in Bezug auf das Rohr der Partikelfilterbaugruppe eine bogenförmige Erstreckung in Umfangsrichtung aufweist und deren Höhe übersteigt, die sich in Bezug auf die Mittelachse des Rohrs 12 der Partikelfilterbaugruppe radial erstreckt. Die Differenz der Drücke an dem Einlass 6 und dem Auslass 8 der Partikelfilterbaugruppe kann dadurch mittels der Verbindung der beiden Rohrleitungen 5, 7 mit dem Drucksensor 9 bestimmt werden, und die begrenzte Länge dieser Rohrleitungen sowie ihre vertikale Erstreckung führen zu einem guten Abfluss von Kondenswasser und einem sehr geringen Risiko eines Einfrierens dieses Wassers darin. Jegliches Kondenswasser im Inneren des Kanals wird durch die dort herrschenden hohen Temperaturen effizient verdampft, da es zwischen der Partikelfilterbaugruppe, die die heißen Abgase leitet, und dem wärmeisolierenden Element umschlossen ist. In den Rohrleitungen entstehendes Kondenswasser wird dank der nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors langsam abfallenden Temperatur des porösen Mediums 20 innerhalb der Partikelfilterbaugruppe vor dem Gefrieren abgeleitet oder verdampft.
4 zeigt die Anwendung einer Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung an einer Partikelfilterbaugruppe, wobei sich diese Anordnung von der in 2 gezeigten Ausführungsform nur dadurch unterscheidet, dass sich die beiden Rohrleitungen und der Drucksensor an dem zweiten Ende 14 der Partikelfilterbaugruppe befinden, was zu einem Kanal 11 führt, der die erste Rohrleitung 5 mit dem Einlass 6 des Strömungswegs zu der Partikelfilterbaugruppe verbindet.
Die Erfindung ist natürlich in keiner Weise auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, da viele Möglichkeiten für Modifikationen davon für einen Fachmann offensichtlich sein dürften, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen definierten Gegenstand der Erfindung abweichen zu müssen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1598533 A2 [0004]

Claims

Anordnung zum Messen eines Differenzdrucks über einer Partikelfilterbaugruppe (1) mit einem Partikelfilter (20) innerhalb eines Rohrs (12), das in einem Strömungsweg (2) von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor (3) angeordnet ist, wobei die Anordnung umfasst: • eine erste Rohrleitung (5), die an einem Ende der Anordnung mit dem Strömungsweg an einem Einlass (6) von diesem zu der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist, • eine zweite Rohrleitung (7), die an einem Ende der Anordnung mit dem Strömungsweg an einem Auslass (8) von diesem zu der Partikelfilterbaugruppe verbunden ist, und • einen Drucksensor (9), mit dem die Rohrleitungen (5, 7) verbunden sind und der zum Messen einer Differenz der Drücke in dem Strömungsweg an dem Einlass und dem Auslass konfiguriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) konfiguriert ist, um an einer Stelle entlang der Partikelfilterbaugruppe (1) angeordnet zu sein, dass beide Rohrleitungen derart konfiguriert sind, dass sie an dieser Stelle aus der Partikelfilterbaugruppe herausragen, und dass die Anordnung wenigstens einen Kanal (11) umfasst, der an einem Ende der Partikelfilterbaugruppe in den Strömungsweg mündet und sich an der Außenseite des Rohrs (12) der Partikelfilterbaugruppe zu einer der Rohrleitungen erstreckt, die aus der Partikelfilterbaugruppe in einem Abstand von diesem einen Ende herausragt, während der Kanal zwischen dem Rohr und einem wärmeisolierenden Element (13) außerhalb davon eingeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) konfiguriert ist, um an der Stelle an einem ersten (10) der Enden der Partikelfilterbaugruppe angeordnet zu sein, und dass der Kanal (11) an einem zweiten Ende (14) der Partikelfilterbaugruppe, das dem ersten Ende entgegengesetzt ist, in den Strömungsweg mündet und sich dieser Kanal an der Außenseite des Rohrs (12) der Partikelfilterbaugruppe in Richtung des ersten Endes zu einem der Rohre erstreckt, während er zwischen dem Rohr und dem wärmeisolierenden Element (13) außerhalb davon umschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (9) konfiguriert ist, um an dem Einlass (6) zu der Partikelfilterbaugruppe angeordnet zu sein, und dass sich der Kanal (11) von dem Auslass (8) von der Partikelfilterbaugruppe zu der zweiten Rohrleitung (7) erstreckt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (5, 7) derart konfiguriert sind, dass sie von der Partikelfilterbaugruppe in einer Richtung herausragen, die in einem Zustand einer von der Partikelfilterbaugruppe eingenommenen Normalposition einen Winkel > 30° mit einer horizontalen Ebene bildet.
Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (5, 7) derart konfiguriert sind, dass sie von der Partikelfilterbaugruppe in einer Richtung herausragen, die in einem Zustand einer von der Partikelfilterbaugruppe eingenommenen Normalposition einen Winkel von 85°-95°, von im Wesentlichen 90° oder von 90°, mit einer horizontalen Ebene bildet.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (5, 7) konfiguriert sind, um derart angeordnet zu sein, dass sie von dem Rohr (12) der Partikelfilterbaugruppe nach oben herausragen, während sie in einem Zustand einer von der Partikelfilterbaugruppe eingenommenen Normalposition den Winkel mit einer horizontalen Ebene bilden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitungen (5, 7) derart konfiguriert sind, dass sie im Wesentlichen parallel zueinander oder parallel zueinander aus der Partikelfilterbaugruppe herausragen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (11) einen langgestreckten Querschnitt mit einer Breite aufweist, die eine bogenförmige Erstreckung in Umfangsrichtung in Bezug auf das Rohr (12) der Partikelfilterbaugruppe aufweist und deren Höhe übersteigt, die sich radial in Bezug auf eine Mittelachse des Rohrs der Partikelfilterbaugruppe erstreckt.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Messen eines Differenzdrucks über einer in einem Strömungsweg (2) von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor (3) innerhalb eines Kraftfahrzeugs (4) angeordneten Partikelfilterbaugruppe (1) konfiguriert ist.
Verwendung einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Messen eines Differenzdrucks über einer Partikelfilterbaugruppe (1) in einem Strömungsweg (2) von Abgasen einer Brennkraftmaschine (3) in einem Kraftfahrzeug (4).
Fahrzeugpartikelfilterbaugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1-9 bereitgestellt ist.
Kraftfahrzeug, insbesondere schweres Kraftfahrzeug mit Rädern, wie ein Lastkraftwagen oder ein Bus, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Partikelfilterbaugruppe bereitgestellt ist, die eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.