DE202014102219U1 - Exhaust particle filter system for an internal combustion engine in the exemplary embodiment as a diesel engine and vehicle drive together with appropriately equipped vehicle - Google Patents
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Abstract
Abgaspartikel-Filtersystem für einen Verbrennungsmotor (2), insbesondere für einen Dieselmotor (2), umfassend zwei Abgaspartikelfilter (4, 5), welche in ihrer jeweiligen Filterrichtung (x) mit zu filterndem Abgas durchströmbar sind, wobei die Abgaspartikelfilter (4, 5) stromabwärts derart miteinander fluidleitend verbunden sind, dass zur Regeneration eines der Abgaspartikelfilter (4, 5) dieser entgegen seiner Filterrichtung (x) mit durch den jeweils anderen Abgaspartikelfilter (4, 5) bereits gefiltertem Abgas durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaspartikelfilter (4, 5) jeweils einen stromaufwärts gelegenen Abgaseingang (6, 7) besitzen, welcher mit dem gesamten Filterquerschnitt des zugehörigen Abgaspartikelfilters (4, 5) gleichzeitig korrespondiert, wobei die Abgaseingänge (6, 7) mit einer vorgelagerten Ventilanordnung (8) fluidleitend verbunden sind, welche dazu ausgebildet ist, um den Zustrom an zu filterndem Abgas zu einem der Abgaspartikelfilter (4, 5) hin zu unterbrechen und das diesen Abgaspartikelfilter (4, 5) während seiner Regeneration entgegen der Filterrichtung (x) durchströmende Abgas zurück zum Verbrennungsmotor (2) zu leiten.Exhaust gas particle filter system for an internal combustion engine (2), in particular for a diesel engine (2), comprising two exhaust gas particle filters (4, 5) through which the exhaust gas to be filtered can flow in their respective filter direction (x), the exhaust gas particle filter (4, 5) are connected to one another in a fluid-conducting manner downstream in such a way that, for regeneration, one of the exhaust gas particle filters (4, 5) can flow through the exhaust gas particle filter (4, 5) already filtered through the respective other exhaust gas particle filter (4, 5), characterized in that the exhaust gas particle filter (4 , 5) each have an upstream exhaust gas inlet (6, 7) which corresponds to the entire filter cross section of the associated exhaust gas particle filter (4, 5) at the same time, the exhaust gas inlets (6, 7) being fluidly connected to an upstream valve arrangement (8), which is designed to direct the inflow of exhaust gas to be filtered to one of the exhaust gas particle filters (4, 5) to interrupt and direct the exhaust gas flowing through this exhaust gas particle filter (4, 5) during its regeneration against the filter direction (x) back to the internal combustion engine (2).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgaspartikel-Filtersystem für einen Verbrennungsmotor in der beispielhaften Ausgestaltung als Dieselmotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to an exhaust particulate filter system for an internal combustion engine in the exemplary embodiment as a diesel engine according to the preamble of
Der Betrieb von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen unterliegt sich anhaltend verschärfenden Abgasnormen. Primäres Ziel ist die weitere Reduzierung des Ausstoßes an Schadstoffen, wie z. B. Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, Stickoxiden usw. sowie CO2 und Feinstaub. Die Einhaltung der jeweiligen Grenzwerte obliegt den einzelnen Fahrzeugherstellern. Zur Umsetzung bieten sich neben einem reduzierten Fahrzeuggewicht unter anderem Optimierungen hinsichtlich der Verbrennungsabläufe und der Abgasreinigung an. Insbesondere die im Abgas enthaltenen Partikel bei mit Dieselkraftstoff betriebenen Verbrennungsmotoren erfordern dabei spezielle Nachbehandlungssysteme.The operation of internal combustion engines in vehicles is subject to continuously stricter emission standards. The primary goal is to further reduce the emission of pollutants, such. As hydrocarbons, carbon monoxide, nitrogen oxides, etc. and CO 2 and particulate matter. Compliance with the respective limit values is the responsibility of the individual vehicle manufacturers. In addition to a reduced vehicle weight, optimizations with regard to combustion processes and exhaust gas purification are also suitable for implementation. In particular, the particles contained in the exhaust gas in diesel-fueled internal combustion engines require special aftertreatment systems.
Nachbehandlungssysteme sehen den Einsatz von Filtern vor, um die allgemein als Ruß und Feinstaub bezeichneten Festkörper in Form von Partikeln aus dem Abgasstrom zu entfernen. Hierzu haben sich sogenannte Wandstromfilter etabliert, bei denen das strömende Abgas durch eine poröse Filterwand gezwungen wird. Dabei werden die aufgrund ihrer Größe nicht durch die einzelnen Porenöffnungen passenden Partikel auf der Oberfläche der Filterwand abgelagert. Aber auch kleinere Partikel werden durch Agglomeration und Adhäsion an der Filterwand abgeschieden. Die sich auf der Filterwand ansammelnden Ablagerungen sind allgemein als Filterkuchen bekannt.Aftertreatment systems provide for the use of filters to remove the solids, commonly referred to as soot and particulate matter, from the exhaust stream in the form of particulate matter. For this purpose, so-called wall-flow filters have been established, in which the flowing exhaust gas is forced through a porous filter wall. In this case, due to their size, the particles which do not match the individual pore openings are deposited on the surface of the filter wall. But even smaller particles are deposited by agglomeration and adhesion to the filter wall. The deposits accumulating on the filter wall are generally known as filter cakes.
Derartige Filterwände können auf verschiedene Arten angelegt sein. Bevorzugt weisen Wandstromfilter eine durch die Filterwände gebildete monolithische Kanalstruktur auf. Deren parallel zueinander verlaufenden Kanäle sind dabei wechselseitig verschlossen. Mit anderen Worten sind die jeweils benachbarten Kanäle abwechselnd entweder an ihrem ersten oder zweiten Ende über geeignete Stopfen verschlossen. Hierdurch wird erreicht, dass das Abgas zunächst über die ein in Strömungsrichtung offenes Ende aufweisenden Kanäle einströmt. Aufgrund deren endseitigen Verschluss wird das Abgas anschließend durch die jeden einzelnen Kanal begrenzenden Filterwände hindurch in die umliegenden Kanäle gezwängt. Von dort aus gelangt das auf diese Weise gefilterte Abgas über die in Strömungsrichtung offenen Enden wieder heraus.Such filter walls can be created in various ways. Wall-flow filters preferably have a monolithic channel structure formed by the filter walls. Their mutually parallel channels are mutually closed. In other words, the respective adjacent channels are alternately closed either at their first or second end via suitable plugs. This ensures that the exhaust gas first flows in via the channels having an open end in the flow direction. Due to their end closure, the exhaust gas is then forced through the each individual channel limiting filter walls into the surrounding channels. From there, the exhaust gas filtered in this way comes out again via the ends which are open in the direction of flow.
Da sich die Durchlässigkeit der Filterwand mit zunehmender Ablagerungsmenge verringert, steigt der vorhandene Gegendruck eines Wandstromfilters während seiner Betriebszeit weiter an. Als Folge erhöht sich der Kraftstoffverbrauch bei gleichzeitiger Leistungsverminderung der Brennkraftmaschine bis zur vollständigen Verstopfung des Wandstromfilters stetig. Ein bedarfsweiser Austausch der hierfür relevanten Teile wäre überaus kostenintensiv, zumal in Abhängigkeit vom Fahrbetrieb ein zu hoher Gegendruck schon nach nur geringen Fahrleistungen vorliegen kann. Insofern benötigen Wandstromfilter die Möglichkeit zu deren Regenerierung. Dies meint, dass die auf der Filterwand abgelagerten Festkörper wieder entfernt werden müssen. Da dies auch im laufenden Betrieb erfolgen muss und Wandstromfilter bereits aufgrund ihrer geschlossenen Bauweise keine mechanische Entfernung ermöglichen, werden die Ablagerungen auf geeignete Weise verbrannt. Insofern erfolgt die Entfernung der angelagerten Partikel durch deren nachträgliche Umwandlung in CO2.Since the permeability of the filter wall decreases with increasing deposition amount, the existing back pressure of a wall-flow filter continues to increase during its operating time. As a result, the fuel consumption increases with simultaneous reduction in power of the internal combustion engine until complete blockage of the wall-flow filter steadily. An on-demand replacement of relevant parts would be extremely costly, especially as a function of the driving operation, a high back pressure can already be present after only low driving performance. In this respect, wall-flow filters require the possibility for their regeneration. This means that the deposited on the filter wall solids must be removed again. Since this must also be done during operation and wall flow filters already allow no mechanical removal due to their closed design, the deposits are burned in a suitable manner. In this respect, the removal of the deposited particles is carried out by their subsequent conversion into CO 2 .
Hierzu sind Temperaturen von mindestens 500° C notwendig, welche nicht in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine durch die Abgastemperatur selbst zur Verfügung steht. Um dennoch eine grundsätzlich mögliche Verbrennung der Ablagerungen zu gewährleisten, wird die erforderliche Hitze beispielsweise durch eine Nacheinspritzung von Kraftstoff oder aber durch die zusätzliche Anordnung von Heizelementen bereitgestellt. Hierzu sind im Stand der Technik bereits unterschiedliche Ausführungsformen bekannt.For this purpose, temperatures of at least 500 ° C are necessary, which is not available in all operating states of the internal combustion engine by the exhaust gas temperature itself. In order nevertheless to ensure a fundamentally possible combustion of the deposits, the required heat is provided, for example, by a post-injection of fuel or else by the additional arrangement of heating elements. For this purpose, different embodiments are already known in the prior art.
So gehen beispielsweise aus der
Stromaufwärts ist jedem der beiden Filter ein Absperrventil nachgeschaltet. Durch Öffnen oder Schließen eines der Absperrventile kann der Abgasstrom durch den zugehörigen Filter abgesperrt werden. Stromaufwärts der beiden Filter sind diese über eine zusätzliche Kanalbrücke miteinander fluidleitend verbunden. Die Kanalbrücke umfasst einen Einlass für Verbrennungsluft sowie ein weiteres Absperrventil und einen Zusatzfilter. Zwischen den beiden Absperrventilen und den zugehörigen Filtern ist jeweils eine Düse für Spülluft angeordnet. Die Spülluft dient der Regeneration des jeweiligen Filters, indem diese in entgegengesetzte Richtung durch den Filter leitbar ist. Hierzu wird zunächst das dem Filter zugehörige Absperrventil geschlossen, woraufhin die Spülluft über die Düse richtungsverkehrt durch den Filter strömt. Hierbei werden im Filter angelagerte Teilchen mit der Spülluft mitgerissen. Zeitgleich wird das Absperrventil der Kanalbrücke geöffnet, so dass die mit Teilchen angereicherte Spülluft durch die Kanalbrücke hindurch und anschließend durch den anderen Filter leitbar ist. Da die Spülluft dabei durch den Zusatzfilter innerhalb der Kanalbrücke strömt, werden die Teilchen durch diesen herausgefiltert. Anschließend wird das Absperrventil der Kanalbrücke geschlossen und der Zusatzfilter über ein Heizmittel erhitzt. Durch den Einlass der Kanalbrücke wird nun Verbrennungsluft eingelassen, welche zu dem zuvor regenerierten Filter strömt. Hierbei werden die im erhitzten Zusatzfilter angelagerten Teilchen in Kombination mit der Verbrennungsluft verbrannt. Eine Regeneration des jeweils anderen Filters erfolgt über eine entsprechende Ansteuerung des ihm zugehörigen Absperrventils und der Düse für Spülluft.Upstream of each of the two filters is a shut-off valve downstream. By opening or closing one of the shut-off valves, the exhaust gas flow can be shut off by the associated filter. Upstream of the two filters, these are fluidly connected to each other via an additional channel bridge. The canal bridge comprises an inlet for combustion air as well as an additional shut-off valve and an additional filter. Between the two shut-off valves and the associated filters, a nozzle for purging air is arranged in each case. The purging air serves to regenerate the respective filter by being able to conduct it in the opposite direction through the filter. For this purpose, the shut-off valve associated with the filter is first closed, whereupon the scavenging air flows through the filter in a direction-reversed manner via the nozzle. In this case particles entrapped in the filter are entrained with the purging air. At the same time, the shut-off valve of the channel bridge is opened, so that the particle-enriched purging air through the channel bridge and then through the other filter is conductive. Since the purge air flows through the additional filter within the channel bridge, the particles are filtered out by this. Subsequently, the shut-off valve of the channel bridge is closed and the additional filter is heated by a heating medium. Through the inlet of the channel bridge combustion air is now admitted, which flows to the previously regenerated filter. Here, the particles deposited in the heated additional filter are burned in combination with the combustion air. A regeneration of the other filter takes place via a corresponding control of the associated shut-off valve and the nozzle for purging air.
Die
Weiterhin zeigen auch die
Zur Regeneration des Querstromfilters wird nun das Gehäuseventil geschlossen, so dass der Druck des Abgases innerhalb des Gehäuses ansteigt. Hierdurch wird das im Gehäuse angestaute, gefilterte Abgas wieder durch die Wände in die einzelnen Kanäle gepresst. Während der Rotation der stromabwärts gelegenen Strömungsscheibe werden nacheinander nur einige der Kanäle endseitig geöffnet, so dass der Überdruck an Abgas sich durch diese Kanäle hindurch in die Sammelkammer entladen kann. Auf diese Weise werden die sich zuvor an der Innenfläche der Wände angesammelten Partikel mitgerissen und in die Sammelkammer gespült. Dieser Effekt wird durch nachströmendes Abgas über die vereinzelt beidseitig geöffneten Kanäle nochmals verstärkt. Über ein in der Sammelkammer angeordnetes Heizmittel können die so aus dem Querstromfilter ausgespülten und in der Sammelkammer aufgefangenen Partikel verbrannt werden. unverbrannte Reste können bei Bedarf über eine Wartungsklappe aus der Sammelkammer entfernt werden.For regeneration of the cross-flow filter, the housing valve is now closed, so that the pressure of the exhaust gas within the housing increases. As a result, the filtered exhaust gas accumulated in the housing is again forced through the walls into the individual channels. During the rotation of the downstream flow disk only a few of the channels are successively opened at the end, so that the excess pressure of exhaust gas can discharge through these channels into the collection chamber. In this way, the particles previously accumulated on the inner surface of the walls are entrained and flushed into the collection chamber. This effect is reflected by exhaust gas flowing through the occasionally open channels on both sides strengthened. Via a heating medium arranged in the collecting chamber, the particles flushed out of the cross-flow filter and collected in the collecting chamber can be burnt. Unburned remains can be removed from the collection chamber via a service hatch if required.
Des Weiteren wird eine Ausgestaltung mit zwei parallel angeordneten Wandstromfiltern aufgezeigt. Diese sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, welches in Bezug auf die Längsrichtung der Wandstromfilter in drei getrennte Kammern unterteilt ist. Die Wandstromfilter sind dabei zylindrisch ausgebildet, wobei sie jeweils neben einem Filterkörper eine rohrförmige Verlängerung besitzen. Die jeweilige Verlängerung ist in einem sie umgebenden Rohr längsverschieblich angeordnet. Sowohl Verlängerung als auch Rohr weisen in ihren Mantelflächen angeordnete Öffnungen auf, welche miteinander in Deckung bringbar sind. Dabei sind die einzelnen Öffnungen zu zwei Öffnungsfeldern zusammengefasst, welche in jeweils einer von zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Kammern des Gehäuses liegen. Über die mittlere Kammer kann nun Abgas in das Gehäuse einströmen, welches anschließend durch eines der Öffnungsfelder hindurch in den Wandstromfilter gelangt. Nach dessen Filterung gelangt das von Partikeln befreite Abgas anschließend in eine endseitige Kammer, aus welcher es über ein Ventil entweichen kann. Furthermore, an embodiment with two parallel wall-flow filters is shown. These are arranged in a common housing which is divided into three separate chambers with respect to the longitudinal direction of the wall-flow filters. The wall-flow filters are cylindrical, wherein they each have a tubular extension next to a filter body. The respective extension is arranged longitudinally displaceable in a pipe surrounding it. Both extension and tube have arranged in their lateral surfaces openings, which are engageable with each other. In this case, the individual openings are combined to form two opening fields which lie in each case in one of two chambers of the housing arranged directly next to one another. Exhaust gas can now flow into the housing via the middle chamber, which then passes through one of the opening fields into the wall-flow filter. After filtering, the exhaust gas freed of particles then passes into an end-side chamber, from which it can escape via a valve.
Zur Regeneration wird nun einer der Wandstromfilter derart axial verlagert, dass das zuvor durchlässige Öffnungsfeld geschlossen und nunmehr das andere Öffnungsfeld durchlässig ist. Gleichzeitig wird das Ventil der endseitigen Kammer geschlossen, wodurch ein Überdruck mit über den zweiten Wandstromfilter weiterhin in die endseitige Kammer einströmendem Abgas entsteht. Auf diese Weise kehrt sich der Abgasstrom für den zu regenerierenden Wandstromfilter um, so dass das über den anderen Wandstromfilter gefilterte Abgas nunmehr richtungsverkehrt durch den Wandstromfilter strömt. Hierbei werden die angelagerten Partikel mitgerissen. Das so mit Partikel angereicherte Abgas gelangt schließlich über das nunmehr geöffnete Öffnungsfeld in eine vordere Kammer und über eine Leitung aus dieser heraus. Anschließend werden die Partikel über einen Zirkulationsabscheider aus dem so wieder bereinigten Abgas gelöst und können durch ein Heizmittel in diesem verbrannt werden. Die Regeneration des jeweils anderen Wandstromfilters erfolgt, indem die axiale Verlagerung der beiden Wandstromfilter umgekehrt wird.For regeneration, one of the wall-flow filters is now displaced axially in such a way that the previously permeable opening field is closed and now the other opening field is permeable. At the same time, the valve of the end-side chamber is closed, whereby an overpressure with over the second wall-flow filter continues to flow into the end-side chamber exhaust gas. In this way, the exhaust gas flow for the wall-flow filter to be regenerated is reversed, so that the exhaust gas filtered via the other wall-flow filter now flows in a direction-reversed manner through the wall-flow filter. Here, the accumulated particles are entrained. The so enriched with particles exhaust gas finally passes through the now open aperture field in a front chamber and via a line out of this. Subsequently, the particles are released via a circulation separator from the thus purified exhaust again and can be burned by a heating medium in this. The regeneration of the other wall-flow filter takes place by reversing the axial displacement of the two wall-flow filters.
Die bekannten Ausgestaltungen ermöglichen hohe Laufleistungen derartiger Systeme durch deren Regeneration. Allerdings erfordert die nachgelagerte Verbrennung der abgelagerten Partikel in Form einer "heißen" Regeneration zusätzlichen Energieaufwand. Insbesondere die mobile Verbrennung durch eine Heizeinrichtung führt letztlich zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch. Aber auch herstellerseitig entstehen aufgrund der erforderlichen Zusatzvorrichtungen sowie des mitunter aufwendigen Aufbaus und des zusätzlichen Abstimmungsaufwands ebenfalls höhere Kosten. Mit Bezug auf die Betriebssicherheit solcher Systeme können insbesondere die zur Verbrennung der Ablagerungen erforderlichen hohen Temperaturen zu einer unerwünschten Deaktivierung des regelmäßig vorhandenen Katalysators führen. Letztlich ist damit auch die strukturelle Integrität des Filters gefährdet, zumal dem System hierdurch weitere Robustheitsrisiken zugeführt werden.The known embodiments allow high performance of such systems by their regeneration. However, the downstream combustion of the deposited particles in the form of a "hot" regeneration requires additional energy. In particular, the mobile combustion by a heater ultimately leads to increased fuel consumption. But also manufacturers are due to the necessary additional devices and the sometimes complex structure and the additional voting effort also higher costs. With regard to the reliability of such systems, in particular the high temperatures required for the combustion of the deposits can lead to an undesired deactivation of the catalyst which is present regularly. Ultimately, this also endangers the structural integrity of the filter, especially since the system is thus given further robustness risks.
Angesichts der bekannten Ausgestaltungen bieten derartiger Filteranordnungen daher durchaus noch Raum für Verbesserungen.In view of the known configurations, such filter arrangements therefore definitely offer room for improvement.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Abgaspartikel-Filtersystem dahingehend zu verbessern, dass die thermische Belastung des Abgaspartikelfilters aufgrund dessen Regeneration reduziert ist und sowohl bereits die Herstellung selbst als auch die im Betrieb durchzuführende Regeneration insgesamt wirtschaftlicher durchgeführt werden kann. Als eine weitere Aufgabe kann angesehen werden, sicherzustellen, dass zu keinem Zeitpunkt des Betriebes Partikel in die Umgebung entweichen können. Against this background, the present invention has the object to improve an exhaust particulate filter system to the effect that the thermal load of the exhaust particulate filter is reduced due to its regeneration and both the production itself and the regeneration to be performed during operation can be carried out more economically overall. As another object, it can be considered to ensure that particles can not escape into the environment at any time during operation.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Abgaspartikel-Filtersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.The solution of this object succeeds according to the invention by an exhaust particulate filter system having the features of
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale und Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und damit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. It should be noted that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically meaningful manner, and thus show further embodiments of the invention.
Das nachfolgend beschriebene Abgaspartikel-Filtersystem wird bevorzugt im Zusammenhang mit einer mit Dieselkraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) eingesetzt. Hiernach umfasst das erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem zwei oder mehr Abgaspartikelfilter. Die Abgaspartikelfilter sind dazu vorgesehen, um im Abgas enthaltene Partikel wie beispielsweise Ruß herauszufiltern. Hierzu sind die Abgaspartikelfilter in ihrer jeweiligen Filterrichtung mit zu filterndem Abgas durchströmbar. Dabei sind die Abgaspartikelfilter in Bezug auf ihre Filterrichtung stromabwärts derart miteinander fluidleitend verbunden, dass zur Regeneration eines der Abgaspartikelfilter dieser entgegen seiner Filterrichtung mit durch den jeweils anderen Abgaspartikelfilter bereits gefiltertem Abgas durchströmbar ist. Mit anderen Worten wird der zu regenerierende Abgaspartikelfilter hierbei mit durch den anderen Abgaspartikelfilter zuvor gefiltertem Abgas durchströmt.The exhaust gas particulate filter system described below is preferably used in conjunction with a diesel engine fueled internal combustion engine (internal combustion engine). Hereinafter, the exhaust particulate filter system according to the invention comprises two or more exhaust particulate filters. The exhaust particulate filters are provided to filter out particulates contained in the exhaust gas, such as soot. For this purpose, the exhaust gas particulate filter can be flowed through in their respective filter direction with exhaust gas to be filtered. In this case, the exhaust-gas particulate filters are fluidly connected to one another downstream of their filter direction in such a way that exhaust gas can be flowed through for regeneration of one of the exhaust-gas particulate filters with exhaust gas already filtered by the respective other exhaust-gas particulate filter. In other words, the exhaust gas particle filter to be regenerated is flowed through with exhaust gas previously filtered by the other exhaust gas particle filter.
Erfindungsgemäß besitzt jeder der Abgaspartikelfilter einen Abgaseingang, welcher in Bezug auf die Filterrichtung jeweils stromaufwärts der Abgaspartikelfilter gelegen ist. Hierbei stehen die Abgaspartikelfilter und die zugehörigen Abgaseingänge derart in fluidleitender Verbindung, dass jeder der Abgaseingänge mit dem gesamten Filterquerschnitt des jeweils zugehörigen Abgaspartikelfilters gleichzeitig korrespondiert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass über den jeweiligen Abgaseingang einströmendes Abgas gleichzeitig annähernd gleichmäßig über den gesamten Filterquerschnitt verteilt durch den zugehörigen Abgaspartikelfilter hindurchströmen kann. Dies ist insofern vorteilhaft, als dass hierdurch der ohnehin vorhandene bauartbedingte Staudruck durch die in den Abgaspartikelfiltern angeordneten Filterkörper möglichst gering gehalten werden kann. According to the invention, each of the exhaust particulate filters has an exhaust gas inlet located upstream of the exhaust particulate filters with respect to the filtering direction. In this case, the exhaust gas particulate filter and the associated exhaust gas inputs are in fluid-conducting connection in such a way that each of the exhaust gas entrances corresponds at the same time to the entire filter cross section of the respectively associated exhaust gas particulate filter. In this way, it is ensured that exhaust gas flowing in via the respective exhaust gas inlet can at the same time flow through the associated exhaust gas particulate filter approximately uniformly over the entire filter cross section. This is advantageous in that as a result of the already existing design-based dynamic pressure can be kept as low as possible by the arranged in the exhaust particulate filter body.
Die somit vollflächig über die zugehörigen Abgaseingänge anströmbaren Abgaspartikelfilter sind ferner mit einer vorgelagerten Ventilanordnung fluidleitend verbunden. Bei der Ventilanordnung handelt es sich bevorzugt um eine solche, welche von den Abgaspartikelfiltern separiert und nur über entsprechende Abgasleitungen mit den Abgaseingängen der Abgaspartikelfilter fluidleitend verbunden ist. Besagte Ventilanordnung ist dazu ausgebildet, um den Abgasstrom durch die Abgaspartikelfilter zu steuern. So ist die Ventilanordnung dazu vorgesehen, um den Zustrom an zu filterndem Abgas zu einem der Abgaspartikelfilter hin zu unterbrechen. Weiterhin ist die Ventilanordnung dazu vorgesehen, um die Regeneration eines der Abgaspartikelfilter zu ermöglichen, indem aufgrund einer Einstellung der Ventilanordnung das diesen Abgaspartikelfilter während seiner Regeneration nunmehr entgegen der Filterrichtung durchströmende Abgas zurück zum Verbrennungsmotor geleitet werden kann.The exhaust gas particulate filters, which thus can be flowed over the entire exhaust gas via the associated exhaust gas inputs, are further connected in a fluid-conducting manner to an upstream valve arrangement. The valve arrangement is preferably one which is separated from the exhaust particle filters and is fluid-conductively connected to the exhaust gas entrances of the exhaust gas particle filters only via corresponding exhaust gas lines. Said valve arrangement is designed to control the exhaust gas flow through the exhaust gas particulate filter. Thus, the valve assembly is provided to interrupt the influx of exhaust gas to be filtered toward one of the exhaust particulate filters. Furthermore, the valve assembly is provided to allow the regeneration of one of the exhaust particulate filter by the exhaust gas flowing through this exhaust particulate filter during its regeneration now against the filter direction can be fed back to the engine due to an adjustment of the valve assembly.
Der sich aus der Gesamtheit dieser Anordnung ergebende Vorteil ist darin zu sehen, dass die während der Regeneration eines der Abgaspartikelfilter aus diesem gelösten Partikel nun nicht mehr innerhalb des Abgaspartikelfilters selbst oder an anderer Stelle durch ein zusätzliches Heizelement verbrannt werden. Vielmehr wird erfindungsgemäß die ohnehin vorhandene thermische Energie des in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors genutzt, um die Partikel zu verbrennen. Hierzu kann das mit den Partikeln beladene Abgas beispielsweise über eine Rückführleitung des Verbrennungsmotors direkt dem Verbrennungsprozess innerhalb des Verbrennungsmotors zugeführt werden. Auf diese Weise lässt sich weitere Energie zusätzlich zu dem zu verbrennenden Kraftstoff (also z. B. Diesel) gewinnen. Diese thermische Energie geht bei konventionellen Regenerationen durch eine Verbrennung innerhalb des Abgaspartikelfilters oder einem geeigneten Auffanggefäß verloren, indem sie ungenutzt an die Umgebung abgegeben wird.The advantage resulting from the totality of this arrangement is that the particles which have been released from this during the regeneration of one of the exhaust-gas particle filters are no longer burned inside the exhaust-gas particle filter itself or elsewhere by means of an additional heating element. Rather, according to the invention, the already existing thermal energy of the internal combustion engine in operation is used to burn the particles. For this purpose, the laden with the particles exhaust gas can be supplied directly to the combustion process within the engine, for example via a return line of the internal combustion engine. In this way, additional energy can be gained in addition to the fuel to be burned (ie, for example, diesel). This thermal energy is lost in conventional regenerations by combustion within the exhaust particulate filter or a suitable receptacle by being released unused to the environment.
Die nunmehr mögliche Art der Regeneration des erfindungsgemäßen Abgaspartikel-Filtersystems ermöglicht eine deutliche Reduzierung der Belastungen des Abgaspartikelfilters hinsichtlich der ansonsten üblichen hohen thermischen Vorgänge während seiner Regeneration. Da die angelagerten Partikel nun nicht mehr innerhalb des Abgaspartikelfilters verbrannt werden müssen, findet somit eine vollständige Abkehr von den ansonsten vorherrschenden Maßnahmen zu dessen Regeneration statt. Zudem bedarf es keinerlei weiterer kostenintensiver und zusätzlichen Platzbedarf sowie Gewicht mit sich bringender Vorrichtungen wie etwa eines Zyklonabscheiders, um die Partikel aus dem Abgasstrom zu filtern. Dank des Verzichts auf die Verbrennung im Bereich des Abgaspartikelfilters oder einem geeigneten Auffanggefäß mittels zusätzlicher Energiequellen kann dessen erforderliche Regeneration nunmehr insgesamt wirtschaftlicher durchgeführt werden. Zudem ermöglich das erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem einen einfachen Aufbau mit nur wenigen Komponenten, so dass insgesamt eine wirtschaftlichere Herstellung ermöglicht ist.The now possible type of regeneration of the exhaust gas particulate filter system according to the invention allows a significant reduction of the loads of the exhaust particulate filter with respect to the otherwise usual high thermal processes during its regeneration. Since the adsorbed particles no longer need to be burned within the exhaust particulate filter, a complete departure from the otherwise prevalent measures for its regeneration thus takes place. In addition, there is no need for any additional costly and additional space requirements and weight with bringing devices such as a cyclone separator to filter the particles from the exhaust stream. Thanks to the omission of the combustion in the region of the exhaust gas particulate filter or a suitable collecting vessel by means of additional energy sources, its required regeneration can now be performed more economically overall. In addition, the exhaust particle filter system according to the invention allows a simple structure with only a few components, so that overall a more economical production is possible.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens kann die vorgelagerte Ventilanordnung ein Vier-Wege-Ventil umfassen oder aus diesem gebildet sein. Das Vier-Wege-Ventil besitzt dabei vier Anschlüsse und kann bevorzugt zwei diskrete Schaltstellungen aufweisen. Von den vier Anschlüssen kann ein erster Anschluss an eine Abgasleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend anbindbar sein.According to a preferred development of the basic idea of the invention, the upstream valve arrangement may comprise or be formed from a four-way valve. The four-way valve has four ports and may preferably have two discrete switch positions. Of the four connections, a first connection to an exhaust pipe of the internal combustion engine can be fluid-conductively connectable.
Unter der Abgasleitung des Verbrennungsmotors wird eine solche verstanden, welche dazu geeignet ist, um zu filterndes Abgas von dem Verbrennungsmotor weg hin zu wenigstens einem der Abgaspartikelfilter zu leiten.The exhaust pipe of the internal combustion engine is understood to be one which is suitable for directing exhaust gas to be filtered away from the internal combustion engine to at least one of the exhaust gas particle filters.
Ein zweiter Anschluss kann an eine Rückführleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend anbindbar sein.A second connection can be connectable in a fluid-conducting manner to a return line of the internal combustion engine.
Unter der Rückführleitung des Verbrennungsmotors wird eine solche verstanden, welche geeignet ist, um zuvor bereits gefiltertes und aufgrund seiner Strömung durch einen der Abgaspartikelfilter entgegen der Filterrichtung mit Partikeln beladenes Abgas zurück zum Verbrennungsmotor zu leiten.The return line of the internal combustion engine is understood to be one which is suitable for leading exhaust gas, which has previously been filtered and, because of its flow through one of the exhaust gas particle filters against the filter direction, back to the internal combustion engine.
Das so zurückgeleitete, mit Partikeln beladene Abgas kann beispielsweise direkt dem im Verbrennungsmotor stattfindenden Verbrennungsprozess zugeführt werden. Weiterhin können ein dritter Anschluss und ein vierter Anschluss bevorzugt an jeweils einen der Abgaseingänge der Abgaspartikelfilter fluidleitend angebunden sein.For example, the exhaust gas laden with particles thus recirculated can be supplied directly to the combustion process taking place in the internal combustion engine. Furthermore, a third port and a fourth port preferably be fluidly connected to each one of the exhaust gas inlet of the exhaust particulate filter.
Auf diese Weise ist es möglich, dass in der ersten Schaltstellung der erste Anschluss mit dem dritten Anschluss und gleichzeitig der zweite Anschluss mit dem vierten Anschluss fluidleitend verbunden sind. Mit anderen Worten kann so in der ersten Schaltstellung das im Verbrennungsmotor entstehende Abgas durch die Ventilanordnung hindurch zu einem der Abgaspartikelfilter geleitet werden. Gleichzeitig kann das zur Regeneration des jeweils anderen Abgaspartikelfilters entgegen der Filterrichtung zurückströmende und mit aus dem zu regenerierenden Abgaspartikelfilter gelösten Partikeln beladene Abgas durch die Ventilanordnung hindurch in die Rückführleitung eingeleitet werden.In this way, it is possible that in the first switching position of the first port to the third port and at the same time the second port to the fourth port are fluidly connected. In other words, in the first switching position, the exhaust gas produced in the internal combustion engine can be passed through the valve arrangement to one of the exhaust gas particle filters. At the same time, the exhaust gas flowing back against the filter direction for regeneration of the respective other exhaust-gas particle filter and loaded with particles dissolved from the exhaust-gas particle filter to be regenerated can be introduced through the valve arrangement into the return line.
Die zweite Schaltstellung der vorgelagerten Ventilanordnung ist demgegenüber dazu vorgesehen, das zuvor beschriebene Szenario quasi umzukehren. Dabei sind dann entsprechend der erste Anschluss mit dem vierten Anschluss und der zweite Anschluss mit dem dritten Anschluss fluidleitend verbunden. Mit anderen Worten kann so die Regeneration des anderen Abgaspartikelfilters erfolgen, indem das diesen nunmehr entgegen der Filterrichtung durchströmende gefilterte Abgas durch die Ventilanordnung hindurch in die Rückführleitung eingeleitet wird, während der bereits regenerierte Abgaspartikelfilter mit dem im Verbrennungsmotor entstehenden und noch zu filternden Abgas durch die Ventilanordnung hindurch beaufschlagt wird.In contrast, the second switching position of the upstream valve arrangement is intended to virtually reverse the scenario described above. In this case, the first connection to the fourth connection and the second connection to the third connection are correspondingly fluid-conductively connected. In other words, the regeneration of the other exhaust gas particulate filter can take place by introducing the filtered exhaust gas now flowing through the valve arrangement into the return line while the already regenerated exhaust gas particulate filter with the exhaust gas produced in the combustion engine and still to be filtered through the valve arrangement is acted upon.
Durch die von den Abgaspartikelfiltern getrennte vorteilhafte Anordnung der vorgelagerten Ventilanordnung ist es nunmehr möglich, durch zwei diskrete Schaltstellungen die Regeneration entweder des einen oder des anderen Abgaspartikelfilters durchzuführen. Auf diese Weise ist die Filterung des von dem Verbrennungsmotor ausgehenden Abgases zu jedem Zeitpunkt des Betriebes durch wenigstens einen der Abgaspartikelfilter dauerhaft sichergestellt.By separated from the exhaust particulate filter advantageous arrangement of the upstream valve assembly, it is now possible to perform the regeneration of either one or the other exhaust particulate filter by two discrete switching positions. In this way, the filtering of the exhaust gas emanating from the internal combustion engine is permanently ensured by at least one of the exhaust gas particulate filters at any point in time of the operation.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die vorgelagerte Ventilanordnung zwei Drei-Wege-Ventile umfassen oder durch diese gebildet sein. Die Drei-Wege-Ventile besitzen dabei jeweils drei Anschlüsse und können bevorzugt jeweils zwei diskrete Schaltstellungen aufweisen. Von den drei Anschlüssen jedes der Drei-Wege-Ventile kann ein erster Anschluss an die Abgasleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend anbindbar sein. Hierzu können die ersten Anschlüsse der beiden Drei-Wege-Ventile beispielsweise untereinander fluidleitend verbunden sein, wobei diese Verbindung eine Anbindung an die Abgasleitung des Verbrennungsmotors enthält, beispielsweise in Form eines T-Stücks. Ein zweiter Anschluss kann an die Rückführleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend anbindbar sein. Bevorzugt sind hierbei zwei Rückführleitungen vorgesehen, so dass jeder zweite Anschluss der Drei-Wege-Ventile über eine eigene Rückführleitung mit dem Verbrennungsmotor fluidleitend verbunden ist. Die jeweils dritten Anschlüsse der beiden Drei-Wege-Ventile können bevorzugt an jeweils einen Abgaseingang der Abgaspartikelfilter fluidleitend angebunden sein.According to an alternative embodiment, the upstream valve arrangement may comprise or be formed by two three-way valves. The three-way valves each have three ports and may preferably each have two discrete switch positions. Of the three connections of each of the three-way valves, a first connection to the exhaust pipe of the internal combustion engine can be fluid-conductively connectable. For this purpose, the first connections of the two three-way valves may, for example, be connected to one another in a fluid-conducting manner, this connection containing a connection to the exhaust pipe of the internal combustion engine, for example in the form of a T-piece. A second connection can be connectable in a fluid-conducting manner to the return line of the internal combustion engine. In this case, two return lines are preferably provided, so that every second connection of the three-way valves is fluid-conductively connected to the internal combustion engine via its own return line. The respective third connections of the two three-way valves can preferably be fluid-conductively connected to an exhaust gas inlet of the exhaust gas particulate filter.
Auf diese Weise ist es möglich, dass in der jeweils ersten Schaltstellung eines der Drei-Wege-Ventile der erste Anschluss mit dem dritten Anschluss fluidleitend verbunden ist. Mit anderen Worten kann so das von Seiten des Verbrennungsmotors in eines der Drei-Wege-Ventile einströmende Abgas durch dieses hindurch und zu dem jeweils zugehörigen Abgaspartikelfilter weitergeleitet werden. In der jeweils zweiten Schaltstellung eines der Drei-Wege-Ventile ist dessen zweiter Anschluss mit dem dritten Anschluss fluidleitend verbunden. Mit anderen Worten stehen hierbei die Rückführleitung und der zugehörige Abgaspartikelfilter in fluidleitender Verbindung, so dass das diesen zur Regeneration durchströmende und nunmehr mit herausgelösten Partikeln beladene Abgas durch das Drei-Wege-Ventil hindurch in die Rückführleitung zurück zum Verbrennungsmotor geleitet wird.In this way, it is possible that in the respective first switching position of one of the three-way valves, the first port is fluid-conductively connected to the third port. In other words, the exhaust gas flowing into one of the three-way valves from the side of the internal combustion engine can be forwarded through it and to the respectively associated exhaust gas particulate filter. In the respective second switching position of one of the three-way valves whose second connection is fluid-conductively connected to the third connection. In other words, in this case, the return line and the associated exhaust gas particulate filter are in fluid-conducting connection, so that the exhaust gas flowing through it for regeneration and now laden with dissolved particles is passed through the three-way valve into the return line back to the internal combustion engine.
Dank der voneinander unabhängigen Ansteuerung der voneinander getrennten Drei-Wege-Ventile der vorgelagerten Ventilanordnung ist es möglich, die Abgaspartikelfilter voneinander unabhängig mit zu filterndem Abgas zu beschicken oder diese auf die zuvor bereits beschriebene Weise zu regenerieren. Der besondere Vorteil ergibt sich hierbei in der Tatsache, dass dabei beide Drei-Wege-Ventile so eingestellt werden können, dass das zu filternde Abgas gleichzeitig durch beide Abgaspartikelfilter strömen kann. Hierdurch ergibt sich ein deutlich reduzierter Staudruck, was insbesondere bei hoher Motorlast vorteilhaft ist.Thanks to the independent control of the separate three-way valves of the upstream valve assembly, it is possible to independently feed the exhaust gas particulate filter to be filtered with exhaust gas or regenerate it in the manner already described above. The particular advantage arises here in the fact that both three-way valves can be adjusted so that the exhaust gas to be filtered can flow simultaneously through both exhaust particulate filter. This results in a significantly reduced back pressure, which is particularly advantageous at high engine load.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgaspartikel-Filtersystems können die Abgaspartikelfilter stromabwärts gelegene Abgasausgänge besitzen, welche somit den Abgaseingängen gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Abgasausgänge können unter Zwischenschaltung einer nachgelagerten Ventilanordnung untereinander fluidleitend verbunden sein und gleichzeitig mit einer das bereits gefilterte Abgas weiterleitenden Abgasleitung fluidleitend verbunden sein. Mit anderen Worten ist durch die nachgelagerte Ventilanordnung einstellbar, welchen Weg das nunmehr gefilterte Abgas ganz oder teilweise nimmt.According to a particularly preferred embodiment of the exhaust gas particulate filter system according to the invention, the exhaust particulate filter may have downstream exhaust gas exits, which are thus arranged opposite the exhaust gas inputs. With the interposition of a downstream valve arrangement, these exhaust gas exits can be connected to one another in a fluid-conducting manner and at the same time be fluid-conductively connected to an exhaust gas line which conducts the already filtered exhaust gas. In other words, it can be adjusted by the downstream valve arrangement which path the now filtered exhaust gas takes, in whole or in part.
Hierfür ist die nachgelagerte Ventilanordnung bevorzugt dazu ausgebildet, um das aus wenigstens einem der Abgaspartikelfilter in Strömungsrichtung ausströmende, gefilterte Abgas zumindest teilweise in die weiterleitende Abgasleitung einzuleiten und somit abzuleiten. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die nachgelagerte Ventilanordnung bevorzugt dazu ausgebildet, das bereits gefilterte Abgas zumindest teilweise in einen der Abgaspartikelfilter über dessen Abgasausgang entgegen seiner Filterrichtung (x) einzuleiten, um diesen in der zuvor beschriebenen Weise zu regenerieren.For this purpose, the downstream valve arrangement is preferably designed to at least, the filtered exhaust gas flowing out of at least one of the exhaust gas particulate filter in the flow direction partly into the forwarding exhaust pipe to initiate and thus divert. Alternatively or in combination with this, the downstream valve arrangement is preferably designed to introduce the already filtered exhaust gas at least partially into one of the exhaust gas particulate filter via its exhaust outlet counter to its filter direction (x) in order to regenerate it in the manner described above.
Durch den Einsatz der nachgelagerten Ventilanordnung ergibt sich ein überaus präzise zu kontrollierender Strömungsweg des Abgases in Bezug auf dessen Weiterleitung. Hierbei ist das erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem unabhängig von etwaigen Abgasdrücken, da die nachgelagerte Ventilanordnung quasi eine Zwangsführung für das Abgas darstellt. Auf diese Weise ist eine sehr genaue Dosierung selbst kleinster Abgasmengen und Abgasströme realisierbar.The use of the downstream valve arrangement results in a very precisely controlled flow path of the exhaust gas in relation to its forwarding. Here, the exhaust gas particulate filter system according to the invention is independent of any exhaust gas pressures, since the downstream valve assembly is quasi a positive guidance for the exhaust gas. In this way, a very accurate dosage even the smallest amounts of exhaust gas and exhaust gas flows can be realized.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung kann die nachgelagerte Ventilanordnung ein Drei-Wege-Mischventil umfassen oder aus einem solchen gebildet sein. Das Drei-Wege-Mischventil kann in vorteilhafter Weise drei Anschlüsse aufweisen. So kann ein erster Anschluss an die weiterleitende Abgasleitung fluidleitend angebunden werden. Weiterhin können ein zweiter Anschluss und ein dritter Anschluss des Drei-Wege-Mischventils an jeweils einen der Abgasausgänge fluidleitend angebunden sein. Auf diese Weise können alle drei Anschlüsse je nach Bedarf durch eine Manipulation der nachgelagerten Ventilanordnung entweder jeweils paarweise oder aber alle zusammen zumindest teilweise miteinander fluidleitend verbunden werden.According to a preferred development, the downstream valve arrangement may comprise or be formed from a three-way mixing valve. The three-way mixing valve may advantageously have three ports. Thus, a first connection to the forwarding exhaust pipe can be fluidly connected. Furthermore, a second connection and a third connection of the three-way mixing valve can be connected to one of the exhaust gas outlets in a fluid-conducting manner. In this way, all three connections can be connected as required by a manipulation of the downstream valve assembly either in pairs or all together at least partially fluidly connected together.
Durch den Einsatz eines Drei-Wege-Mischventils lässt sich folglich auf einfache und kostengünstige Art eine vorteilhafte Bestimmung des Strömungsweges für das bereits gefilterte Abgas realisieren. Dabei kann das Drei-Wege-Mischventil entweder wenigstens zwei diskrete Schaltstellungen aufweisen oder aber als Mischventil agieren. Im ersten Fall wäre so eine Weiterleitung des Abgases gegeben, welche aus einem der Abgaspartikelfilter heraus entweder zurück in den jeweils anderen Abgaspartikelfilter hinein oder aber in die weiterleitende Abgasleitung (z.B. Auspuffendabschnitt) hinein verläuft. Im zweiten Fall ergebe sich die vorteilhafte Möglichkeit, das aus einem der beiden Abgaspartikelfilter ausströmende gefilterte Abgas zu gewissen Volumenanteilen dem jeweils anderen Abgaspartikelfilter und gleichzeitig der weiterleitenden Abgasleitung zuzuführen. Selbstverständlich kann die nachgelagerte Ventilanordnung in Form des Drei-Wege-Mischventils auch eine solche Schaltstellung aufweisen, welche den aus beiden Abgaspartikelfiltern gleichzeitig austretenden Abgasströmen eine vollständige Einleitung in die weiterleitende Abgasleitung ermöglicht.Through the use of a three-way mixing valve can thus be realized in a simple and inexpensive way an advantageous determination of the flow path for the already filtered exhaust gas. In this case, the three-way mixing valve either have at least two discrete switching positions or act as a mixing valve. In the first case, there would be a forwarding of the exhaust gas which flows from one of the exhaust-gas particle filters back into the respective other exhaust-gas particle filter or into the forward-conducting exhaust-gas line (for example exhaust end section). In the second case, there results the advantageous possibility of supplying the filtered exhaust gas flowing out of one of the two exhaust gas particle filters to certain volume fractions to the respective other exhaust gas particle filter and at the same time to the forwarding exhaust gas line. Of course, the downstream valve arrangement in the form of the three-way mixing valve can also have such a switching position, which allows the two exhaust gas particles simultaneously exiting exhaust gas streams complete introduction into the forwarding exhaust pipe.
Alternativ hierzu kann die nachgelagerte Ventilanordnung in besonders bevorzugter Weise zwei Proportionalventile umfassen oder aus diesen gebildet sein. Vorzugsweise besitzt jedes der beiden Proportionalventile zwei Anschlüsse. So kann ein erster Anschluss an jeweils einen der Abgasausgänge der Abgaspartikelfilter fluidleitend angebunden sein. Dabei können die jeweiligen zweiten Anschlüsse der beiden Proportionalventile sowohl untereinander fluidleitend verbunden sein als auch mit der weiterleitenden Abgasleitung fluidleitend verbunden werden. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Abgasstrom durch die Abgaspartikelfilter über eine Manipulation bereits eines der Proportionalventile regelbar ist. Hierbei ermöglichen die Proportionalventile eine stufenlose Einstellung des sie durchströmenden Abgasstroms. So kann beispielsweise durch ein leichtes Öffnen eines der Proportionalventile ein nur geringer Abgasstrom zwecks Regeneration durch einen der Abgaspartikelfilter entgegen seiner Filterrichtung geleitet werden. Auf diese Weise ist dessen Strömungsgeschwindigkeit herabgesetzt, so dass die Beladung mit gelösten Partikeln geringer ausfällt. Im Ergebnis kann folglich eine überaus vorteilhafte Einstellung während der Regeneration derart erfolgen, dass beim Rückführen der Partikel in den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors dieser nicht schlagartig mit einer hohen Partikellast beaufschlagt wird. Dies dient insbesondere der Verschleißreduzierung des Verbrennungsmotors, da die zu verbrennende Menge an Partikeln quasi nicht auf einen Schlag, sondern in kleiner Dosis über einen geeigneten Zeitraum hinweg zugeführt wird.Alternatively, the downstream valve arrangement may comprise two proportional valves or be formed from these in a particularly preferred manner. Preferably, each of the two proportional valves has two ports. Thus, a first connection to one of the exhaust gas exits of the exhaust gas particulate filter can be fluidly connected. In this case, the respective second ports of the two proportional valves can be both fluidly connected to each other and fluidly connected to the forwarding exhaust pipe. In this way it is achieved that the exhaust gas flow through the exhaust gas particulate filter via a manipulation of one of the proportional valves is already controllable. In this case, the proportional valves allow a continuous adjustment of the exhaust gas flow through them. Thus, for example, a slight opening of one of the proportional valves allows only a small exhaust gas flow to be directed against its filter direction for the purpose of regeneration by one of the exhaust gas particle filters. In this way, its flow rate is reduced, so that the charge of dissolved particles precipitates less. As a result, therefore, a very advantageous setting during the regeneration can take place such that when the particles are returned to the combustion process of the internal combustion engine, they are not suddenly exposed to a high particle load. This serves, in particular, to reduce the wear on the internal combustion engine, since the amount of particles to be burned is virtually not supplied in one shot but in a small dose over a suitable period of time.
Die Erfindung sieht vor, dass das Abgaspartikel-Filtersystem neben seiner Möglichkeit zur Rußfilterung, also zur Partikelfilterung, auch katalytische Eigenschaften aufweisen kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Filterwände des Filterkörpers in wenigstens einem der Abgaspartikelfilter eine hierfür geeignete Beschichtung aufweist.The invention provides that the exhaust particle filter system, in addition to its ability to soot filtration, so for particle filtration, may also have catalytic properties. This can be achieved, for example, in that the filter walls of the filter body have a coating suitable for this purpose in at least one of the exhaust gas particle filters.
Besonders bevorzugt weist das Abgaspartikel-Filtersystem ein zusätzliches Mittel zur Abgaskatalyse auf, welches in Form einer zusätzlichen Komponente vorhanden ist. In vorteilhafter Weise kann das Mittel zur Abgaskatalyse zwischen der vorgelagerten Ventilanordnung und wenigstens einem der Abgaspartikelfilter angeordnet sein. Hierbei kann das Mittel zur Abgaskatalyse bevorzugt mit dem Abgaseingang des zugehörigen Abgaspartikelfilters und einem Anschluss der vorgelagerten Ventilanordnung fluidleitend verbunden sein. Auf diese Weise durchströmt das zu filternde Abgas vor seiner Filterung zunächst das Mittel zur Abgaskatalyse, bevor es anschließend in den jeweiligen Abgaspartikelfilter gelangt.Particularly preferably, the exhaust gas particulate filter system has an additional means for exhaust gas catalysis, which is present in the form of an additional component. Advantageously, the means for exhaust gas catalysis between the upstream valve assembly and at least one of the exhaust particulate filter may be arranged. In this case, the means for exhaust gas catalysis can preferably be fluid-conductively connected to the exhaust gas inlet of the associated exhaust gas particulate filter and to a connection of the upstream valve arrangement. In this way, before being filtered, the exhaust gas to be filtered first flows through the means for exhaust gas catalysis, before it then passes into the respective exhaust gas particulate filter.
Das zuvor vorgestellte erfindungsgemäße Abgaspartikel-Filtersystem ermöglicht die überaus vorteilhafte Möglichkeit zur Regeneration der Abgaspartikelfilter. Aufgrund des Verzichts der hierzu notwendigen thermischen Verbrennung der abgelagerten Partikel im Inneren der Abgaspartikelfilter ist deren thermische Belastung deutlich reduziert. Im Ergebnis kann der ohnehin im Betrieb des Verbrennungsmotors anstehende Abgasdruck genutzt werden, um die in den Abgaspartikelfiltern abgelagerten Partikel zu entfernen. Hierbei nimmt das strömende Abgas die Partikel mit und kann diese in vorteilhafter Weise zum Verbrennungsmotor hin befördern. Die thermische Energie der Verbrennung kann nun genutzt werden, um die Partikel zu verbrennen. Da hierfür keinerlei zusätzliche Energiequelle für eine thermische Verbrennung innerhalb des Abgaspartikelfilters notwendig ist, kann dessen notwendige Regeneration überaus wirtschaftlicher durchgeführt werden. Letztlich erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine überaus wirtschaftliche da kostengünstige Herstellung eines solchen Abgaspartikel-Filtersystem. Insbesondere die vorgelagerte und nachgelagerte Ventilanordnung erlaubt den Rückgriff auf bereits erhältliche Standardkomponenten, so dass hierfür keine zusätzliche Entwicklung und Herstellung notwendig ist. The previously presented inventive exhaust particulate filter system allows the extremely advantageous possibility for the regeneration of the exhaust particulate filter. Due to the omission of the necessary thermal combustion of the deposited particles inside the exhaust particulate filter whose thermal load is significantly reduced. As a result, the exhaust gas pressure already present in the operation of the internal combustion engine can be used to remove the particles deposited in the exhaust gas particulate filters. In this case, the flowing exhaust gas takes the particles with them and can convey them to the internal combustion engine in an advantageous manner. The thermal energy of combustion can now be used to burn the particles. Since this no additional energy source for thermal combustion within the exhaust particulate filter is necessary, its necessary regeneration can be carried out more economically. Ultimately, the inventive design allows a very economical because cost-effective production of such exhaust particulate filter system. In particular, the upstream and downstream valve assembly allows recourse to already available standard components, so that this no additional development and production is necessary.
Zudem ist die Erfindung auf einen Fahrzeugantrieb gerichtet, welcher einen Verbrennungsmotor in der beispielhaften Ausgestaltung als Dieselmotor und ein Abgaspartikel-Filtersystem mit zwei Abgaspartikelfiltern umfasst. Die Abgaspartikelfilter können bevorzugt parallel zueinander angeordnet sein. Die Abgaspartikelfilter sind dazu ausgebildet, um in ihrer jeweiligen Filterrichtung mit zu filterndem Abgas durchströmt zu werden. Bei dem Abgaspartikel-Filtersystem kann es sich bevorzugt um die im Rahmen der Erfindung bereits zuvor erläuterte Ausführungsform handeln.In addition, the invention is directed to a vehicle drive comprising an internal combustion engine in the exemplary embodiment as a diesel engine and an exhaust gas particulate filter system with two exhaust particulate filters. The exhaust particulate filter may preferably be arranged parallel to each other. The exhaust gas particulate filters are designed to be flowed through in their respective filter direction with exhaust gas to be filtered. The exhaust-gas particle filter system may preferably be the embodiment already explained in the context of the invention.
Die Abgaspartikelfilter sind stromabwärts derart miteinander fluidleitend verbunden, dass zur Regeneration eines der Abgaspartikelfilter dieser entgegen seiner Filterrichtung mit durch den jeweils anderen Abgaspartikelfilter bereits gefiltertem Abgas durchströmbar ist. Erfindungsgemäß sind die beiden Abgaspartikelfilter über eine vorgelagerte Ventilanordnung mit einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors fluidleitend verbunden. Die vorgelagerte Ventilanordnung ist dazu ausgebildet, um den Zustrom an zu filterndem Abgas zu einem der Abgaspartikelfilter hin zu unterbrechen. Weiterhin ist die vorgelagerte Ventilanordnung dazu ausgebildet, um das besagten Abgaspartikelfilter während seiner Regeneration entgegen der Filterrichtung durchströmende Abgas zurück zum Verbrennungsmotor zu leiten. Zwischen der vorgelagerten Ventilanordnung und dem Verbrennungsmotor ist ein Mittel zur Abgaskatalyse angeordnet. Dieses ist bevorzugt mit der Abgasleitung des Verbrennungsmotors und mit einem Anschluss der vorgelagerten Ventilanordnung fluidleitend verbunden.The exhaust-gas particle filters are connected to one another in a fluid-conducting manner downstream of the exhaust-gas filter so that it can be flowed through with exhaust gas already filtered by the respective other exhaust-gas particle filter in order to regenerate one of the exhaust-gas particle filters. According to the invention, the two exhaust gas particulate filters are fluid-conductively connected via an upstream valve arrangement to an exhaust gas line of the internal combustion engine. The upstream valve assembly is configured to interrupt the flow of exhaust gas to be filtered to one of the exhaust particulate filters. Furthermore, the upstream valve arrangement is designed to direct exhaust gas flowing through the exhaust gas particulate filter back into the internal combustion engine during its regeneration in the direction opposite to the filter direction. Between the upstream valve assembly and the internal combustion engine, a means for exhaust gas catalysis is arranged. This is preferably fluidly connected to the exhaust pipe of the internal combustion engine and with a connection of the upstream valve assembly.
Auf diese Weise durchströmt das zu filternde Abgas vor seiner Filterung und vor dem Einströmen in die vorgelagerte Ventilanordnung zunächst das Mittel zur Abgaskatalyse, bevor es anschließend in den jeweiligen Abgaspartikelfilter gelangt.In this way, before being filtered and before flowing into the upstream valve arrangement, the exhaust gas to be filtered first flows through the means for exhaust gas catalysis, before it then passes into the respective exhaust gas particle filter.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu sieht die Erfindung eine Ausgestaltung für einen Fahrzeugantrieb vor, welcher ebenfalls einen Verbrennungsmotor und ein Abgaspartikel-Filtersystem mit zwei Abgaspartikelfiltern umfasst. Die Abgaspartikelfilter können auch hier bevorzugt parallel zueinander angeordnet sein. Die Abgaspartikelfilter sind dazu ausgebildet, um in ihrer jeweiligen Filterrichtung mit zu filterndem Abgas durchströmt zu werden. Bei dem Abgaspartikel-Filtersystem kann es sich bevorzugt um die im Rahmen der Erfindung bereits zuvor erläuterte Ausführungsform handeln.Alternatively or in addition thereto, the invention provides an embodiment for a vehicle drive, which likewise comprises an internal combustion engine and an exhaust-gas filter system with two exhaust-gas particle filters. The exhaust gas particulate filter can also be arranged here preferably parallel to each other. The exhaust gas particulate filters are designed to be flowed through in their respective filter direction with exhaust gas to be filtered. The exhaust-gas particle filter system may preferably be the embodiment already explained in the context of the invention.
Erfindungsgemäß ist hierbei vorgesehen, dass die beiden Abgaspartikelfilter über eine nachgelagerte Ventilanordnung untereinander und mit einer das bereits gefilterte Abgas weiterleitenden Abgasleitung (beispielsweise Auspuffendabschnitt) fluidleitend verbunden sind. Hierbei ist die nachgelagerte Ventilanordnung dazu ausgebildet, um das aus wenigstens einem der Abgaspartikelfilter in Strömungsrichtung ausströmende, gefilterte Abgas zumindest teilweise durch die weiterleitende Abgasleitung abzuleiten und/oder zwecks Regeneration in einen der Abgaspartikelfilter entgegen seiner Filterrichtung einzuleiten. In vorteilhafter Weise ist hier nun die besagte weiterleitende Abgasleitung mit einem Mittel zur Abgaskatalyse fluidleitend verbunden.According to the invention, it is provided that the two exhaust gas particulate filters are fluid-conductively connected to one another via a downstream valve arrangement with one another and with an exhaust gas pipe (for example exhaust end section) which forwards the already filtered exhaust gas. In this case, the downstream valve arrangement is designed to at least partially divert the filtered exhaust gas flowing out of at least one of the exhaust gas particulate filters through the forwarding exhaust gas line and / or to initiate regeneration into one of the exhaust gas particulate filter counter to its filter direction. In an advantageous manner, the said forwarding exhaust gas line is connected in a fluid-conducting manner to a means for exhaust gas catalysis.
Auf diese Weise durchströmt das zu filternde Abgas erst nach seiner Filterung das Mittel zur Abgaskatalyse, bevor es anschließend beispielsweise an die Umgebung abgegeben wird.In this way, the exhaust gas to be filtered flows through the means for exhaust gas catalysis only after it has been filtered, before it is subsequently discharged to the environment, for example.
Selbstverständlich können die im Rahmen der Erfindung aufgezeigten Möglichkeiten zur Anordnung wenigstens eines Mittels zur Abgaskatalyse auch beliebig untereinander kombiniert werden.Of course, the possibilities indicated in the context of the invention for the arrangement of at least one means for exhaust gas catalysis can also be combined with one another as desired.
Bei dem im Rahmen der Erfindung benannten Mittel zur Abgaskatalyse kann es sich grundsätzlich um jegliche Art von Katalysatoren handeln. So kann das Mittel zur Abgaskatalyse beispielsweise ein Diesel-Oxidationskatalysator (DOC, DEC) ein NOX-Speicher-Katalysator (LNT lite, LNT, PNA) oder ein NOX-selektiver-Katalysator (SCR) sein oder einen solchen mit umfassen. Des Weiteren können die Filter unbeschichtet oder beschichtet sein. Bei der Beschichtung kann es sich beispielsweise um jede Art von Edelmetall- oder SCR-Beschichtung oder aber eine andere Beschichtung handeln. In diesem Zusammenhang ist je nach Ausgestaltung auch jede Art von Einspritzung stromaufwärts der optionalen SCR oder Filtern mit SCR-Beschichtung ebenfalls denkbar.The means for exhaust gas catalysis named in the context of the invention may in principle be any kind of catalysts. For example, the exhaust gas catalysing means may be or include a diesel oxidation catalyst (DOC, DEC), a NO x storage catalyst (LNT lite, LNT, PNA), or a NO x selective catalyst (SCR). Furthermore, the filters may be uncoated or coated. The coating can be, for example, any type of precious metal or SCR coating or a other coating act. Depending on the configuration, any type of injection upstream of the optional SCR or filters with SCR coating is also conceivable in this context.
Weitere sich ergebende Vorteile der beschriebenen Fahrzeugantriebe wurden bereits im Zusammenhang mit den vorherigen Erläuterungen zu dem erfindungsgemäßen Abgaspartikel-Filtersystems aufgezeigt, so dass an dieser Stelle auf die vorherigen Ausführungen hierzu verwiesen wird. Die in diesem Zusammenhang bereits dargestellten vorteilhaften Ausgestaltungen und Ausführungen des Abgaspartikel-Filtersystems gelten für den nunmehr vorgestellten Fahrzeugantrieb entsprechend. Insofern ist auch eine Kombination der zuvor im Zusammenhang mit dem Abgaspartikel-Filtersystem erläuterten Merkmale und dem erfindungsgemäßen Fahrzeugantrieb angedacht und wird entsprechend beansprucht.Further resulting advantages of the vehicle drives described have already been pointed out in connection with the previous explanations concerning the exhaust-gas particle filter system according to the invention, so that reference is made at this point to the previous statements on this point. The advantageous embodiments and embodiments of the exhaust-particulate filter system already described in this connection apply correspondingly to the now proposed vehicle drive. In this respect, a combination of the previously explained in connection with the exhaust particulate filter system features and the vehicle drive according to the invention is being considered and claimed accordingly.
Je nach Ausgestaltung ist ferner denkbar, dass eine von einem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors baulich getrennte Kammer vorgesehen sein kann. Besagte Kammer kann dabei bevorzugt in dem Verbrennungsmotor oder im Bereich des Verbrennungsmotors angeordnet sein. Deren Funktionsweise sieht vor, dass die Kammer mit der Rückführleitung fluidleitend verbunden ist, so dass die Kammer dazu genutzt werden kann, um die in dem rückgeführten Abgas vorhandenen Partikel durch die Wärmeenergie des Verbrennungsmotors zu verbrennen. Hierzu kann die Kammer derart mit dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors oder aber mit anderen ausreichend heißen Bereichen des Verbrennungsmotors in leitendem Kontakt stehen. Auf diese Weise kann die aus dem regulären Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors (Kraftstoffverbrennung) resultierende thermische Energie genutzt werden, um die Partikel zu verbrennen. Alternativ hierzu kann die Kammer dazu genutzt werden, um die angefallenen Partikel zu akkumulieren. Hierfür wäre dann eine entsprechend regelmäßige Entleerung der Kammer erforderlich.Depending on the embodiment, it is also conceivable that a chamber which is structurally separate from a combustion chamber of the internal combustion engine can be provided. Said chamber may preferably be arranged in the internal combustion engine or in the region of the internal combustion engine. Their operation provides that the chamber is fluid-conductively connected to the return line, so that the chamber can be used to burn the particles present in the recirculated exhaust gas by the heat energy of the internal combustion engine. For this purpose, the chamber may be in conductive contact with the combustion chamber of the internal combustion engine or with other sufficiently hot regions of the internal combustion engine. In this way, the resulting from the regular combustion process of the internal combustion engine (fuel combustion) resulting thermal energy can be used to burn the particles. Alternatively, the chamber can be used to accumulate the accumulated particles. For this purpose, a correspondingly regular emptying of the chamber would be required.
Auch ist die Erfindung auf ein entsprechend ausgestattetes Fahrzeug gerichtet. Hierzu umfasst das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, welcher ein Abgaspartikel-Filtersystem wie zuvor beschriebenes mit zwei Abgaspartikelfiltern aufweist. Das hier verwendete Abgaspartikel-Filtersystem wurde bereits im Vorfeld ausführlich beschrieben, so dass an dieser Stelle auf die vorherigen Ausführungen verwiesen wird. Bevorzugt kann das besagte Fahrzeug einen ebenfalls wie zuvor beschriebenen Fahrzeugantrieb besitzen.The invention is also directed to a suitably equipped vehicle. For this purpose, the vehicle comprises an internal combustion engine which has an exhaust-gas filter system as described above with two exhaust-gas particle filters. The exhaust particulate filter system used here has already been described in detail in advance, so that reference is made to the previous statements at this point. Preferably, said vehicle may also have a vehicle drive as previously described.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:Further advantageous details and effects of the invention are explained in more detail below with reference to the embodiments schematically illustrated in the figures. Show it:
Die beiden Abgaspartikelfilter
Ein erster Anschluss a des Vier-Wege-Ventils ist an eine Abgasleitung
Stromabwärts der beiden Abgaspartikelfilter
Die im Rahmen der
Bei der nachgelagerten Ventilanordnung
Mit Blick zurück auf die vorgelagerte Ventilanordnung
In der hier für das obere Drei-Wege-Ventile der vorgelagerten Ventilanordnung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugantrieb vehicle drive
- 22
-
Verbrennungs-/Dieselmotor von
1 Combustion / diesel engine of1 - 33
-
Abgaspartikel-Filtersystem von
1 Exhaust particle filter system of1 - 44
-
Abgaspartikelfilter von
3 Exhaust particle filter of3 - 55
-
Abgaspartikelfilter von
3 Exhaust particle filter of3 - 66
-
Abgaseingang von
4 Exhaust gas inlet from4 - 77
-
Abgaseingang von
5 Exhaust gas inlet from5 - 88th
- Ventilanordnung, vorgelagert Valve arrangement, upstream
- 99
-
Abgasleitung von
2 Exhaust pipe from2 - 1010
-
Rückführleitung von
2 Return line from2 - 1111
-
Mittel zur Abgaskatalyse von
1 Means for exhaust gas catalysis of1 - 1212
-
Abgasausgang von
4 Exhaust outlet of4 - 1313
-
Abgasausgang von
r Exhaust outlet ofr - 1414
- Ventilanordnung, nachgelagert Valve arrangement, downstream
- 1515
- Abgasleitung, weiterleitend Exhaust pipe, forwarding
- 1616
-
Proportionalventil von
14 Proportional valve of14 - 1717
-
Proportionalventil von
14 Proportional valve of14 - aa
-
erster Anschluss von
8 first connection of8th - bb
-
zweiter Anschluss von
8 second connection of8th - cc
-
dritter Anschluss von
8 third connection from8th - dd
-
vierter Anschluss von
8 fourth connection from8th - Ee
-
erste Schaltstellung von
8 (Vier-Wege-Ventil)first switching position of8th (Four-way valve) - FF
-
zweite Schaltstellung von
8 (Vier-Wege-Ventil)second switching position of8th (Four-way valve) - gG
-
erster Anschluss von
14 first connection of14 - hH
-
zweiter Anschluss von
14 second connection of14 - ii
-
dritter Anschluss von
14 third connection from14 - jj
-
erster Anschluss von
8 first connection of8th - kk
-
zweiter Anschluss von
8 second connection of8th - ll
-
dritter Anschluss von
8 third connection from8th - MM
-
erste Schaltstellung von
8 (Drei-Wege-Ventil)first switching position of8th (Three-way valve) - NN
-
zweite Schaltstellung von
8 (Drei-Wege-Ventil)second switching position of8th (Three-way valve) - oO
-
erster Anschluss von
16 ,17 first connection of16 .17 - pp
-
zweiter Anschluss von
16 ,17 second connection of16 .17 - xx
-
Filterrichtung von
4 ,5 Filter direction of4 .5
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20140626 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |
|
| R071 | Expiry of right |