DE3900532A1 - Abgasemission-regelvorrichtung fuer einen dieselmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasemission-Regelvor­ richtung für einen Dieselmotor.

Eine bekannte Abgasemission-Regelvorrichtung für einen Diesel­ motor enthält ein keramisches Wabenfilter, das in der Abgas­ leitung angeordnet ist, um Partikel (Schwebstoffteilchen) auf­ zufangen und ein Abführen der im Abgas enthaltenen Partikel zur Außenluft zu verhindern.

Nach einem Gebrauch über einen längeren Zeitraum wird das Filter verstopft und muß deshalb regeneriert werden. Zu die­ sem Zweck wird eine Heizeinrichtung, z.B. ein elektrisches Heizelement, stromoberhalb des Filters angeordnet und dem Ele­ ment in vorbestimmten Intervallen Energie zugeführt, um ent­ zündbare Partikel, z.B. Kohlenstoffpartikel, die im Filter abgefangen wurden, zu verbrennen, so daß das Filter regeneriert wird.

Bei diesem Regenerierverfahren wird jedoch durch das Verbren­ nen der im Filter aufgefangenen und angehäuften Partikel Hitze erzeugt, und wenn eine große Menge von Partikeln am Filter angesammelt worden ist, so kann das Filter durch die Hitze der brennenden Partikel zerstört, d.h., geschmolzen werden.

Wenn dagegen lediglich eine kleine Menge von Partikeln am Fil­ ter angehäuft worden ist, so wird die Hitze nicht den an der Rückseite des Filters befindlichen Partikeln übertragen, so daß die Regenerierung des Filter unvollständig bleibt.

Um dieses Problem zu lösen, offenbart die JP-Patent-OS Nr. 61 - 2 23 215 eine Abgasemission-Regelvorrichtung, die ein an der rückwärtigen Fläche des Filters angeordnetes Heiz­ element, ein erstes sowie ein zweites Umleitrohr, die das Fil­ ter umgehen, und fünf Ventile oder Klappen zur Regelung der Abgasströmung in den Umleitrohren und dem Filter umfaßt. Wenn bei dieser Vorrichtung Partikel aufgefangen werden sol­ len, so strömt das Abgas nicht durch das erste und zweite Um­ leitrohr, sondern durch das Filter und das Heizelement, wor­ auf es zur Atmosphäre abgeführt wird. Soll das Filter jedoch regeneriert werden, so strömt das Abgas, um sicherzustellen, daß das Filter nicht geschmolzen wird, durch das erste Umleit­ rohr, das Heizelement, das Filter und das zweite Umleitrohr, und zwar in dieser Reihenfolge, worauf es dann zur Atmosphäre abgeführt wird, wobei gleichzeitig das Heizelement mit Strom versorgt wird und die aufgefangenen Partikel entzündet sowie verbrennt.

Bei dieser Vorrichtung sind jedoch fünf Regelklappen notwen­ dig, so daß die Strömungsrichtung des Abgases im Filter umge­ kehrt werden kann, wenn dieses regeneriert wird, und diese fünf Regelklappen müssen jeweils durch einen zugeordneten Stellantrieb, also insgesamt fünf Stellantriebe, betätigt werden.

Da bei dieser Vorrichtung fünf Regelklappen und fünf Stellan­ triebe benötigt werden, wird nicht nur die Steuerung der fünf Stellantriebe, sondern auch die Konstruktion der gesamten Vor­ richtung kompliziert, und es bestehen erhebliche Schwierig­ keiten, die Vorrichtung am Fahrzeug zu montieren.

Im Hinblick auf den Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasemission-Regelvorrichtung zu schaf­ fen, deren Größenabmessungen in erheblichem Maß vermindert werden können und deren Betrieb wesentlich vereinfacht wer­ den kann.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Abgasemis­ sion-Regelvorrichtung für einen Dieselmotor mit einer Abgas­ leitung zur Abfuhr von Abgas zur Atmosphäre geschaffen, die umfaßt: ein in der Abgasleitung (Abgasrohr) angeordnetes, im Abgas enthaltene Partikel auffangendes Filter, ein in der Nähe des Filters befindliches Heizelement, um die am Filter ange­ häuften Partikel zu entzünden und damit das Filter zu regene­ rieren, eine erste Rohrleitung, die ein erstes, stromauf vom Filter befindliches Verbindungsteil mit einem zweiten, stromab vom Filter befindlichen Verbindungsteil verbindet, eine zweite Rohrleitung, die ein drittes, stromauf vom Filter befindli­ ches Verbindungsteil mit einem vierten, stromab vom Filter befindlichen Verbindungsteil verbindet, eine erste, stromauf vom Filter angeordnete Regelklappe, eine zweite stromab vom Filter angeordnete Regelklappe und eine Steuereinrichtung, die die erste sowie zweite Regelklappe steuert. Die Steuerein­ richtung steuert die erste und die zweite Regelklappe derart, daß, wenn eine Regenerierung des Filters nicht ausgeführt wird, die erste Regelklappe und/oder die zweite Regelklappe die erste sowie zweite Leitung am ersten und dritten Verbindungs­ teil und/oder am zweiten sowie vierten Verbindungsteil ver­ schließen sowie beide Regelklappen die Abgasleitung öffnen, um dem Abgas ein Durchströmen des Filters sowie des Heizele­ ments zu ermöglichen, und derart, daß, wenn eine Regenerie­ rung des Filters ausgeführt werden soll, die erste Regelklap­ pe die Abgasleitung zwischen dem ersten Verbindungsteil sowie dem dritten Verbindungsteil schließt und die zweite Regelklap­ pe in einem vorbestimmten Ausmaß öffnet, so daß Abgas in der ersten Leitung strömt und ein Teil dieses die erste Leitung durchströmenden Abgases durch das Heizelement, das Filter und die zweite Leitung, und zwar in dieser Reihenfolge, strömt.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen des Er­ findungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Regelvor­ richtung mit einem Blockbild einer zugeordneten Steuer­ einrichtung für eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung für den Fall des Regenerierens des Filters;

Fig. 2 die Vorrichtung von Fig. 1 für den Fall des Auffangens von Partikeln;

Fig. 3 den Querschnitt nach der Linie III-III in der Fig. 1;

Fig. 4 einen Flußplan der Steuerung der ersten und zweiten Regelklappe;

Fig. 5 eine schematische Schnittdarstellung einer Regelvor­ richtung mit einem Blockbild einer zugeordneten Steu­ ereinrichtung für eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung für den Fall des Auffangens von Partikeln;

Fig. 6 die Vorrichtung von Fig. 5 für den Fall des Regene­ rierens des Filters;

Fig. 7 den Querschnitt nach der Linie VII-VII in der Fig. 5;

Fig. 8 eine Schrägansicht eines Stromauf-Verbindungsstücks;

Fig. 9 eine Ansicht des Stromauf-Verbindungsstücks;

Fig. 10 eine Unteransicht des Stromauf-Verbindungsstücks;

Fig. 11 den Schnitt nach der Linie XI-XI in der Fig. 9;

Fig. 12 eine Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform eines Stromauf-Verbindungsstücks.

Die Fig. 1-3 zeigen die erste Ausführungsform gemäß der Er­ findung, wobei Abgas von einem (nicht gezeigten) Dieselmotor durch ein Abgasrohr 10 in Richtung der Pfeile strömt. Das Ab­ gasrohr 10 ist in ein Haupt-Abgasrohr 12 sowie ein erstes Umleitrohr 14 verzweigt. Am Haupt-Abgasrohr 12 ist ein Filter­ gehäuse 20 angebracht, das ein keramisches Wabenfilter 16 zum Auffangen von Partikeln und ein Heizelement 18, z.B. ein elek­ trisches Heizelement, für das Regenerieren des Filters 16 auf­ nimmt. Das erste Umleitrohr 14 ist mit dem Haupt-Abgasrohr 12 an einer stromauf vom Filter 16 und an einer stromab vom Heizelement 18 befindlichen Stelle verbunden, die im folgen­ den als Stromauf-Verbindungsteil sowie Stromab-Verbindungsteil bezeichnet werden. Das erste Umleitrohr 14 ist unter einer Neigung zum Haupt-Abgasrohr 12 an den Stromauf- sowie Stromab- Verbindungsteilen 22 bzw. 24 (bei Betrachtung in Fig. 1 und 2) angeordnet.

Wie die Fig. 3 zeigt, ist das Stromab-Verbindungsteil (zwei­ tes Verbindungsteil) 24 im Querschnitt wie die Ziffer 8 durch Verbindung von zwei Kreisbogen ausgestaltet.

Das erste Ende (drittes Verbindungsteil) 32 a eines zweiten Umleitrohres 32 ist mit dem Haupt-Abgasrohr 12 zwischen dem Stromauf-Verbindungsteil (erstes Verbindungsteil) 22 und dem Filter 16 verbunden, während das zweite Ende (viertes Ver­ bindungsteil) 32 b des zweiten Umleitrohres 32 an das erste Umleitrohr 14 an dessen unterer Wand 14 a nahe des Stromab- Verbindungsteils 24 angeschlossen ist. Eine erste Regelklappe 26, z.b. ein Flügelventil, ist nahe dem ersten Ende 32 a des zweiten Umleitrohres 32 im Haupt-Abgasrohr 12 angeordnet. Wenn die erste Regelklappe 26 in ihrer horizontalen Lage ist (s. Fig. 2), die die erste Betriebsstellung ist, dann ist das Haupt-Abgasrohr 12 ganz geöffnet, während die erste Regelklap­ pe 26 in ihrer zweiten Betriebsstellung (s. Fig. 1) das Haupt- Abgasrohr 12 verschließt, womit das erste Ende 32 a des zweiten Umleitrohres 32 mit dem Haupt-Abgasrohr 12 zwischen der ersten Regelklappe 26 und dem Filter 16 verbunden ist.

Am Stromab-Verbindungsteil 24 ist eine zweite Regelklappe 28 angeordnet, die ein Flügelventilteil 27 sowie ein von ihrer horizontalen Welle 29 (bei Betrachtung von Fig. 3) sich auf­ wärts erstreckendes Plattenteil 30 umfaßt. Der Durchmesser des Flügelventilteils 27 ist derart, daß es in das erste Um­ leitrohr 14 eingeführt werden kann und das Plattenteil 30 in das Haupt-Abgasrohr 12 ragt. Die um die Welle 29 drehbare zweite Regelklappe 28 kann zwei Betriebsstellungen einnehmen, d.h. eine erste Stellung, in der die Regelklappe 28 nahezu horizontal liegt (s. Fig. 2), und eine zweite Stellung, in der diese zweite Regelklappe 28 annähernd vertikal steht (s. Fig. 1 und 3). In der ersten Betriebsstellung (Fig. 2) schließt die zweite Regelklappe 28 das erste Umleitrohr 14 sowie das zweite Ende 32 b des zweiten Umleitrohres 32 durch das Flügelventilteil 27 und öffnet das Haupt-Abgasrohr 12, wobei sich das Plattenteil 30 nahezu parallel zum Abgasrohr 12 erstreckt und dieses vollständig öffnet. In der zweiten Betriebsstellung (Fig. 1 und 3) schließt das Flügelventilteil 27 der zweiten Regelklappe 28 den unteren Teil des ersten Um­ leitrohres 14, so daß eine Verbindung zwischen dem ersten Um­ leitrohr 14 und dem Haupt-Abgasrohr 12 zwischen dem Heizele­ ment 18 sowie der zweiten Regelklappe 28 besteht. Hierbei ist das zweite Ende 32 b des zweiten Umleitrohres 32 mit dem Haupt- Abgasrohr 12 stromab von der zweiten Regelklappe 28 verbunden, und das Plattenteil 30 vermindert den Strömungsquerschnitt des Haupt-Abgasrohres 12. Zwischen dem Außenumfang des Plat­ tenteils 30 und dem Innenumfang des Haupt-Abgasrohres 12 ist, wie die Fig. 3 zeigt, eine Öffnung 33 abgegrenzt, so daß etwa neun Zehntel des durch das erste Umleitrohr 14 strömenden Ab­ gases zu einem Strömen stromab von der zweiten Regelklappe 28 durch die Öffnung 33 und der Rest des Abgases zum Strömen durch das Filtergehäuse 20 gebracht werden.

Die erste Regelklappe 26 wird von einem ersten Stellantrieb 34 sowie einem ersten Magnetventil 38 gesteuert, während die zweite Regelklappe 28 der Steuerung durch einen zweiten Stellan­ trieb 36 und ein zweites Magnetventil 40 unterliegt. Der erste und zweite Stellantrieb 34, 36 umfassen eine Membran 44, eine durch die Membran 44 abgegrenzte Unterdruckkammer 46, eine in dieser Kammer 46 befindliche komprimierte Feder 42 und eine an der Membran 44 befestigte Steuerstange 48. Die Steuerstange 48 des ersten Stellantriebs 34 ist mit der Welle 25 der ersten Regelklappe 26 verbunden, während die Steuerstange 48 des zweiten Stellantriebs 36 mit der Welle 29 der zweiten Regel­ klappe 28 verbunden ist. Die Unterdruckkammer 46 des ersten Stellantriebs 34 hat über das erste Magnetventil 38, das mit der Atmosphäre verbunden ist, Verbindung mit einem Unterdruck­ gefäß 50. Die Unterdruckkammer 46 des zweiten Stellantriebs 36 ist über das zweite Magnetventil 40, das ebenfalls mit der Atmosphäre in Verbindung steht, mit dem Unterdruckgefäß 50 verbunden. Wenn die beiden Magnetventile 38 und 40 erregt sind, so steht jede Unterdruckkammer 46 mit dem Unterdruckgefäß 50 in Verbindung, wobei die erste sowie zweite Regelklappe 26 bzw. 28 die zweite Betriebsstellung (Fig. 1) einnehmen. Sind die Magnetventile 38, 40 entregt, so steht jede Unterdruckkam­ mer 46 mit der Atmosphäre durch die jeweiligen Magnetventile 38, 40 in Verbindung, so daß die erste und zweite Regelklappe 26 bzw. 28 die erste Betriebsstellung (Fig. 2) einnehmen. Das Heizelement 18 ist über ein Relais 126 an eine Batterie 125 angeschlossen.

Das elektronische Steuergerät 60 ist als ein digitaler Com­ puter aufgebaut und umfaßt einen ROM 62, einen RAM 63, eine Zentraleinheit (CPU) 64, die von einem Mikroprozessor usw. gebildet wird, einen Eingabekanal 65 und einen Ausgabekanal 66. Der ROM 62, der RAM 63, die CPU 64, der Eingabe- sowie Ausgabekanal 65 und 66 sind untereinander durch einen bidirek­ tionalen Datenbus 61 verbunden. Ein Temperaturfühler 67 erfaßt die Motor-Kühlwassertemperatur, und dessen Ausgangssignal wird über einen A/D-Wandler 68 dem Eingabekanal 65 zugeführt. Ein zweiter Druckfühler 69 ist auf der (in Fig. 1) rechten Seite des Filters 16 am Filtergehäuse 20 angebracht, und das Ausgangssignal dieses Fühlers 69 wird über einen A/D-Wandler 70 dem Eingabekanal 65 zugeführt. Ein erster Druckfühler 71 ist (in Fig. 1) links vom Filter 16 am Filtergehäuse 20 befe­ stigt, und das Ausgangssignal dieses ersten Druckfühlers 71 wird über einen A/D-Wandler 72 dem Eingabekanal 65 zugeführt. Ein Motor-Drehzahlfühler 73 ermittelt die Drehzahl des Motors, und über einen A/D-Wandler 74 wird das Ausgangssignal dieses Fühlers 73 dem Kanal 65 eingegeben. Ein Beschleunigungsfühler 75 ermittelt eine Motorbelastung, und dessen Ausgangssignal gelangt über einen A/D-Wandler 76 zum Eingabekanal 65.

Der Ausgabekanal 66 ist mit dem Relais 126 über einen Treiber­ kreis 83, mit dem zweiten Magnetventil 40 über einen Treiber­ kreis 84 und mit dem ersten Magnetventil 38 über einen Trei­ berkreis 85 verbunden.

Die Fig. 4 zeigt eine Routine zur Steuerung der ersten und zweiten Regelklappe 26 bzw. 28.

Im Schritt 80 wird bestimmt, ob die Motorkühlwassertemperatur TW höher liegt als 60°C oder nicht. Wenn TW ≦ 60°C ist, so geht die Routine zum Schritt 81 über, in welchem das Heizelement 18 abgeschaltet wird. Im Schritt 82 werden dann das erste so­ wie zweite Magnetventil 38 bzw. 40 entregt, so daß deshalb die erste und zweite Regelklappe 26 sowie 28 die erste Be­ triebsstellung (Fig. 2) einnehmen, so daß das Abgas vom Diesel­ motor im Haupt-Abgasrohr 12 und durch das Filter 16 sowie das Heizelement 18 strömen kann und zur Atmosphäre abgeführt wird. In diesem Fall werden im Abgas enthaltene Partikel im Filter 16 abgefangen. Wenn der Wert von TW<60°C ist, so wird der Regeneriervorgang für das Filter 16 unterbunden. Das ge­ schieht deshalb, weil bei einer Bestimmung, daß der Motor im Aufwärmen und TW<60°C ist, wenn das Heizelement 18 während des Aufwärmens des Motors angeschaltet ist, die Batterie 125 völlig entladen werden kann, womit folglich die Stromversor­ gung des Fahrzeugs unterbrochen werden wird.

Wenn im Schritt 80 TW<60°C ist, so geht die Routine zum Schritt 83 über, in dem bestimmt wird, ob ein Flag F gesetzt ist oder nicht. Ist das Flag gesetzt, so erfolgt ein Übergang zum Schritt 89, so daß die Regenerierung des Filters 16 durch­ geführt wird. Ist das Flag F nicht gesetzt, dann geht die Routine zum Schritt 84 über, in dem Δ P aus der folgenden Gleichung berechnet wird:

Δ P = P₁-P₂

worin ist:
P₁ = ein vom ersten Druckfühler 71 erfaßter Druck,
P₂ = ein vom zweiten Druckfühler 69 erfaßter Druck.

Δ P gibt einen Druckabfall am Filter 16, d.h. das Ausmaß einer Verstopfung des Filters 16, wieder. Im Schritt 85 wird Δ Pm berechnet. Δ P ist ein Normal-Druckverlust des Filters 16 ent­ sprechend dem Laufzustand des Motors, und er wird vorher als eine Tabelle (Map) einer Motorbelastung und einer -drehzahl gespeichert. Anschließend wird im Schritt 86 Δ Pd aus der fol­ genden Gleichung berechnet:

Δ Pd = Δ Pm-Δ P

Auf der Grundlage von Δ Pd wird bestimmt, ob die Regenerie­ rung des Filters 16 durchgeführt wird oder nicht. Im Schritt 87 wird entschieden, ob Δ Pd=0 oder <0 ist oder nicht. Ist Δ Pd<0, so ist nach dem Übergang zum Schritt 81 und 82 der Prozeßzyklus beendet. Da in diesem Fall das Filter 16 nicht verstopft ist, wird dessen Regenerierung nicht durchgeführt.

Das Flag F wird für eine vorbestimmte Zeit, z.B. 10 min, vom Zeitpunkt seines Setzens im gesetzten Zustand gehalten. Im Schritt 89 wird das Heizelement 18 angeschaltet, und im Schritt 90 werden das erste sowie zweite Magnetventil 36 sowie 40 erregt, so daß folglich die erste und zweite Regelklappe 26 und 28 die zweite Betriebsstellung (Fig. 1) einnehmen, wo­ mit das Abgas vom Dieselmotor durch das erste Umleitrohr 14 zum Stromab-Verbindungsteil 24 strömt. Ein großer Teil des Abgases strömt stromab von der zweiten Regelklappe 28, während etwa ein Zehntel der Abgasströmung durch das Heizelement 18, das Filter 16, das zweite Umleitrohr 32 und das Haupt-Abgas­ rohr 12 in dieser Reihenfolge stromabwärts der zweiten Regel­ klappe 28 strömt.

Demzufolge kann die Abgasströmung im Filtergehäuse 20 zum Re­ generieren des Filters 16 durch die einzige erste Regelklappe 26 und die einzige zweite Regelklappe 28 umgekehrt werden, so daß der Aufbau der Abgasemission-Regelvorrichtung verein­ facht wird und der Einbau dieser Vorrichtung am Fahrzeug ohne Schwierigkeiten zu bewerkstelligen ist.

Da des weiteren das zweite Ende 32 b des zweiten Umleitrohres 32 in das erste Umleitrohr 14 einmündet, kann das zweite Um­ leitrohr 32 durch Schließen des ersten Umleitrohres 14 ver­ schlossen und demzufolge die Größe der zweiten Regelklappe 28 vermindert werden.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Bestimmung, ob eine Rege­ nerierung des Filters 16 ausgeführt werden soll oder nicht, auf der Basis des integrierten Motor-Drehzahlwertes getrof­ fen werden kann.

Die zweite Regelklappe 28 kann gesteuert werden, indem das zweite Magnetventil 40 in einem Arbeitsspielverhältnis gesteuert wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei zu Fig. 1 gleichartige Komponenten mit den­ selben Bezugszahlen bezeichnet sind.

Gemäß den Fig. 5 und 6 umfaßt das Abgasrohr 10 ein Stromauf- Abgasrohr 100, ein Stromauf-Verbindungsstück 101, ein Stromab- Verbindungsstück 102 und ein Stromab-Abgasrohr 103. Das Filter 16 ist im Filtergehäuse 20 aufgenommen, welches zwischen dem Stromauf- und dem Stromab-Verbindungsstück 101 bzw. 102 ange­ ordnet ist. Das rechte Ende des Stromauf-Abgasrohres 100 ist mit dem Stromauf-Verbindungsstück 101, das linke Ende des Stromauf-Abgasrohres 100 ist mit einem (nicht gezeigten) Ab­ gaskrümmer verbunden. Das linke Ende des Stromab-Abgasrohres 103 ist mit dem Stromab-Verbindungsstück 102, das rechte Ende des Stromab-Abgasrohres 103 ist mit der Atmosphäre in Verbin­ dung. Ein erstes und zweites Umleitrohr 104 sowie 105 verbin­ den das Stromauf-Verbindungsstück 100 mit dem Stromab-Verbin­ dungsstück 102. Wie die Fig. 7 zeigt, werden das erste und zweite Umleitrohr 104 sowie 105 von halbzylindrischen Teilen 106 sowie 107 und einer Trennwand 108 begrenzt, so daß die beiden Umleitrohre 104 und 105 einander benachbart sind. Im mittigen Abschnitt 109 sind die beiden Umleitrohre 104 und 105 verdreht, so daß das erste Umleitrohr 104 nahe dem Strom­ auf-Verbindungsstück 101 unter dem zweiten Umleitrohr 105 und nahe dem Stromab-Verbindungsstück 102 über dem zweiten Umleit­ rohr 105 angeordnet ist.

Das Stromauf-Verbindungsstück 101 ist mit einem Anschlußstück 110 versehen, das sich in Fig. 5 abwärts erstreckt, wobei ein erster und ein zweiter Kanal 111 sowie 112 (erstes Verbindungs­ teil 111 bzw. drittes Verbindungsteil 112) in dem Anschluß­ stück 110 durch eine Trennwand 113 abgegrenzt werden. Der erste und zweite Kanal 111 sowie 112 sind jeweils mit dem ersten bzw. zweiten Umleitrohr 104 sowie 105 verbunden. Im Stromauf-Verbindungsstück 101 ist eine Regel- oder Umschalt­ klappe 114 angeordnet, die von einer oberhalb der Trennwand 113 befindlichen Welle 115 drehbar gelagert wird. Wenn die Regelklappe 114 eine erste Betriebsstellung (Fig. 5) einnimmt, so schließt sie den ersten sowie zweiten Kanal 111 bzw. 112 und verbindet das Stromauf-Abgasrohr 100 mit dem Filterge­ häuse 20. Nimmt die Regelklappe 114 eine zweite Betriebsstel­ lung (Fig. 6) ein, so öffnet sie den ersten sowie zweiten Ka­ nal 111 bzw. 112 und sperrt die Verbindung zwischen dem Strom­ auf-Abgasrohr 100 sowie dem Filtergehäuse 20. Die Regelklappe 114 ist über die Stange 48 mit dem ersten Stellantrieb 34 zu ihrer Steuerung verbunden. Der erste Stellantrieb 34 wird mit­ tels des ersten Magnetventils 38 durch das elektronische Steu­ ergerät 60 gesteuert.

Die Fig. 8-11 zeigen das Stromauf-Verbindungsstück 101 und die Regel- oder Umschaltklappe 114. Diese Klappe 114 ist ein scheibenartiges Flügelventil, das in seiner horizontalen Lage, d.h. der ersten Betriebsstellung, den ersten sowie zweiten Kanal 111 bzw. 112 schließt und einen im Stromauf-Verbindungs­ stück 101 befindlichen horizontalen Kanal 116 öffnet. Wie die Fig. 9 zeigt, hat der horizontale Kanal 116 einen halbkreis­ förmigen Querscnnitt, während an der Trennwand 113 eine halb­ kreisförmige Ausnehmung 117 ausgebildet ist. Ist die Regel­ klappe 114 in einer vertikalen Lage, d.h. in ihrer zweiten Betriebsstellung (Fig. 6), so öffnet sie den ersten sowie zwei­ ten Kanal 111 bzw. 112 und schließt den horizontalen Kanal 116.

Gemäß den Fig. 5 und 6 ist das Stromab-Verbindungsstück 102 mit einem abwärts gerichteten Anschlußstück 118 versehen, in dem durch eine Trennwand 121 ein dritter sowie vierter Kanal 119 bzw. 120 (zweites Verbindungsteil 119 bzw. viertes Verbindungs­ teil 120) abgegrenzt sind, die jeweils mit dem ersten bzw. zweiten Umleitrohr 104 bzw. 105 in Verbindung stehen. Die Ausnehmung 117, die an der Trennwand 113 ausgebildet ist, ist an der Trennwand 121 nicht vorhanden, so daß diese Wand 121 sich bis zum unteren Teil des horizontalen Kanals 122 er­ streckt. Durch eine Welle 124 wird eine Strömungsregelklappe 123 drehbar gelagert, die in ihrer waagerechten Lage, d.h. in ihrer ersten Betriebsstellung (Fig. 5), den dritten Kanal 119 sowie den horizontalen Kanal 122 öffnet und in ihrer vertikalen Lage, d.h. der zweiten Betriebsstellung (Fig. 6), mit ihrem oberen Ende mit der oberen Innenwand des horizontalen Kanals 122 in Berührung ist, wobei das untere Ende der Strömungsre­ gelklappe 123 am dritten Kanal 119 angeordnet ist. Der vierte Kanal 120 steht ständig mit dem horizontalen Kanal 122 in Ver­ bindung. Die Strömungsregelklappe 123 ist über die Stange 48 mit dem zweiten Stellantrieb 36 zu ihrer Steuerung verbunden. Der zweite Stellantrieb 36 wird mittels des zweiten Magnet­ ventils 40 vom Steuergerät 60 gesteuert.

Das elektrische Heizelement 18 ist (in Fig. 5 und 6) im Fil­ tergehäuse 20 auf der rechten Seite des Filters 16 angeord­ net und über ein Relais 126 an eine Batterie 125 angeschlos­ sen. Zum Regenerieren des Filters 16 wird dem Heizelement 18 Strom zugeführt, so daß dieses Hitze abstrahlt, wodurch im Filter 16 aufgefangene Partikel entzündet und verbrannt werden. Ein Druckfühler 127 ist am Stromauf-Abgasrohr 100 an­ gebracht, und das Ausgangssignal dieses Fühlers 127 wird über einen A/D-Wandler 128 dem Eingabekanal 65 zugeführt. Durch Vergleich des vom Druckfühler 127 ermittelten Drucks mit dem auf der Motordrehzahl und -last beruhenden Normaldruck wird bestimmt, ob eine Regenerierung des Filters 16 ausgeführt wird oder nicht. Die Umschaltklappe 114 und die Strömungsregelklap­ pe 123 werden durch das elektronische Steuergerät 60 in der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform gesteuert.

Wenn Partikel aufgefangen werden sollen, nehmen die Umschalt­ klappe 114 und die Strömungsregelklappe 123 die erste Be­ triebsstellung (Fig. 5) ein, womit die Umschaltklappe 114 den ersten sowie zweiten Kanal 111, 112 schließt und die Strö­ mungsregelklappe 123 den horizontalen Kanal 122 sowie den dritten Kanal 119 völlig öffnet. Insofern strömt Abgas vom Stromauf-Abgasrohr 100 durch das Stromauf-Verbindungsstück 101 in das Filtergehäuse 20 sowie durch das Filter 16 und das Heizelement 18 zum Stromab-Verbindungsstück 102, worauf es durch das Stromab-Abgasrohr 103 zur Atmosphäre abgeführt wird. In diesem Fall werden im Abgas enthaltene Partikel durch das Filter 16 abgefangen.

Zum Regenerieren des Filters 16 nehmen die Umschaltklappe 114 und die Strömungsregelklappe 123 ihre zweite Betriebsstel­ lung (Fig. 6) ein, wobei die Umschaltklappe 114 den horizon­ talen Kanal 116 in einen stromaufwärtigen sowie einen strom­ abwärtigen Kanalabschnitt teilt und den ersten sowie zweiten Kanal 111 sowie 112 öffnet. Die Strömungsregelklappe 123 schließt den oberen Teil des horizontalen Kanals 122 und teilt das obere Ende des dritten Kanals 119 in einen linken sowie einen rechten Abschnitt. Insofern strömt Abgas vom Stromauf- Abgasrohr 100 in das erste Umleitrohr 104 sowie zum dritten Kanal (zweites Verbindungsteil) 119, von dem Abgas zum Filter­ gehäuse 20 sowie zum Stromab-Abgasrohr 103 strömt. Das in das Filtergehäuse 20 eintretende Abgas strömt durch das Heizele­ ment 18, das Filter 16 und das Stromauf-Verbindungsstück 101 zum zweiten Umleitrohr 105, von dem das Abgas über das Stromab- Abgasrohr 103 zur Atmosphäre abgeführt wird. In diesem Fall wird das Heizelement 18 eingeschaltet, so daß es Hitze abgibt, wodurch im Filter 16 aufgefangene Partikel entzündet und ver­ brannt werden.

Das erste und zweite Umleitrohr 104 und 105 sind einander be­ nachbart am Stromauf-Verbindungsstück 101 angeschlossen, wo­ bei die einzelne Umschaltklappe 114 an diesem Stromauf-Verbin­ dungsstück 101 angeordnet ist. In gleichartiger Weise sind das erste und zweite Umleitrohr 104 sowie 105 einander benach­ bart an das Stromab-Verbindungsstück 102 angeschlossen, wobei die einzelne Strömungsregelklappe 123 an diesem Verbindungs­ stück 102 vorhanden ist. Insofern sind lediglich die einzige Umschaltklappe 114 und die einzige Strömungsregelklappe 123 erforderlich, um die Strömung im Filtergehäuse 20 umzukehren, wenn das Filter 16 regeneriert wird. Da ferner die Anzahl der Stellantriebe 34 und 36 der Anzahl der Klappen 114 und 123 entspricht, kann im Vergleich zur Vorrichtung nach dem Stand der Technik die Anzahl der Stellantriebe vermindert und damit der Aufbau der Abgasemission-Regelvorrichtung wie auch die Steuerung der Klappen 114 und 123 vereinfacht werden.

Es ist zu bemerken, daß bei der zweiten Ausführungsform das untere Ende der Strömungsregelklappe 123 mit dem oberen Ende der Trennwand 121 in Berührung kommen und eine Ausnehmung oder eine Öffnung an dieser Berührungsstelle ausgebildet sein kann.

Die Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform für das Strom­ auf-Verbindungsstück 101 und die Umschaltklappe 114. Bei die­ sem Verbindungsstück 101 ist ein zylindrischer Stutzen 131 mit dem Stromauf-Abgasrohr 100 (Fig. 5 und 6) verbunden, wäh­ rend ein zylindrischer Stutzen 132, der an das Filtergehäuse 20 angeschlossen ist, im rechten Winkel zum Stutzen 131 liegt. Der erste Kanal 111, der mit dem ersten Umleitrohr 104 verbun­ den ist, hat einen größeren Strömungsquerschnitt als der zwei­ te, mit dem zweiten Umleitrohr 105 verbundene Kanal 112. Die Umschaltklappe 114 wird von der Welle 115 drehbar gelagert und schließt in ihrer ersten, mit ausgezogenen Linien dargestell­ ten Betriebsstellung den ersten sowie zweiten Kanal 111 bzw. 112, während sie in der zweiten, gestrichelt angegebenen Be­ triebsstellung den ersten Kanal 111 mit dem Stromauf-Abgas­ rohr 100 und den zweiten Kanal 112 mit dem Filtergehäuse 20 verbindet. Die Anwendung dieser Ausführungsform ermöglicht das Erreichen von zur zweiten Ausführungsform gleichartigen Wirkungen.

Claims (15)

1. Abgasemission-Regelvorrichtung für einen Dieselmotor mit einem Abgasrohr (10, 12, 100, 103) zur Abfuhr von Abgas zur Atmosphäre, mit einem in dem Abgasrohr angeordneten, im Abgas enthaltene Partikel abfangenden Filter (16) und mit einem nahe dem Filter angeordneten Heizelement (18), das zur Regenerierung des Filters an diesem angesammelte Partikel entzündet, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein erstes Umleitrohr (14, 104) ein erstes, stromauf des Filters (16) angeordnetes Verbindungsteil (22, 111) mit einem zweiten, stromab des Filters angeordneten Ver­ bindungsteil (24, 119) verbindet,
• - daß ein zweites Umleitrohr (32, 105) ein drittes, strom­ auf des Filters (16) angeordnetes Verbindungsteil (32 a, 112) mit einem vierten, stromab des Filters angeordneten Verbindungsteil (32 b, 120) verbindet,
• - daß eine einzelne erste Regelklappe (26, 114) in einem zum Filter stromaufwärtigen Teil angeordnet ist,
• - daß eine zweite Regelklappe (28, 123) in einem zum Fil­ ter stromabwärtigen Teil angeordnet ist und
• - daß ein Steuergerät (60) zur Steuerung der ersten sowie zweiten Regelklappe (26, 114; 28, 123) vorhanden ist, das die erste sowie zweite Regelklappe derart steuert, daß bei einer Entscheidung, eine Regenerierung des Fil­ ters (16) nicht durchzuführen, die eine oder beide der ersten sowie zweiten Regelklappen das erste sowie zweite Umleitrohr an einer oder an beiden der ersten sowie drit­ ten Verbindungsteile schließen und das zweite sowie vierte Verbindungsteil schließen sowie das Abgasrohr (10, 12, 100, 103) öffnen, so daß Abgas durch das Filter (16) sowie das Heizelement (18) strömt, und daß bei einer Entscheidung zur Ausführung einer Regenerierung des Filters die erste Regelklappe (16, 114) das Abgasrohr zwischen dem ersten Verbindungsteil (22, 111) sowie dem dritten Verbindungs­ teil (32 a, 112) schließt und die zweite Regelklappe (28, 123) in einem vorbestimmten Ausmaß öffnet, so daß Abgas in das erste Umleitrohr (14, 104) strömt und ein Teil des Abgases über das erste Umleitrohr durch das Heizele­ ment (18), das Filter (16) und das zweite Umleitrohr (32, 105) strömt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite sowie vierte Verbindungsteil (24, 32 b) einander überlagern und das erste sowie zweite Umleitrohr (14, 32) ineinander übergehen, so daß bei einem Abfangen von Parti­ keln die zweite Regelklappe (28) das erste sowie zweite Umleitrohr (14, 32) am zweiten Verbindungsteil (24) schließt und bei einem Regenerieren des Filters (16) das erste Umleitrohr (14) mit dem Abgasrohr (10, 12) stromauf der zweiten Regelklappe (28) am zweiten Verbindungsteil (24) und das zweite Umleitrohr (32) mit dem Abgasrohr (10, 12) stromab von der zweiten Regelklappe (28) am zweiten Verbindungsteil verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Umleitrohr (14) am zweiten Verbindungsteil (24) unter einer Neigung zum Abgasrohr (10, 12) verläuft, daß die zweite Regelklappe (28) am zweiten Verbindungsteil vor­ gesehen ist und daß die Übergangsstelle des ersten und zwei­ ten Umleitrohres (11, 32) nahe dem zweiten Verbindungsteil angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regelklappe (28) ein Flügelventilteil (27) so­ wie ein Plattenteil (30) umfaßt und bei einem Abfangen von Partikeln das Flügelventilteil (27) das erste sowie zweite Umleitrohr (14, 32) am zweiten Verbindungsteil (24) schließt und bei einem Regenerieren des Filters (16) das Plattenteil (30) einen Strömungsquerschnitt des Abgasrohres (12) am zweiten Verbindungsteil (24) vermindert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verbindungsteil (22, 111) stromoberhalb des drit­ ten Verbindungsteils (32 a, 112) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste sowie dritte Verbindungsteil (111, 112) einander benachbart sind, daß die erste Regelklappe (114) zwischen dem ersten sowie zweiten Verbindungsteil angeordnet ist und daß bei einem Abfangen von Partikeln die erste Regel­ klappe (114) das erste sowie zweite Umleitrohr (104, 105) am ersten sowie dritten Verbindungsteil schließt und bei einem Regenerieren des Filters (16) die erste Regelklappe (114) das erste sowie zweite Umleitrohr am ersten sowie dritten Verbindungsteil öffnet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Regelklappe (114) ein Flügelventil ist, daß der Abgaskanal (116) am ersten sowie dritten Verbindungsteil (111, 112) im Querschnitt halbkreisförmig ausgestaltet ist und daß an einer Trennwand (113) zwischen dem ersten sowie dem zweiten Umleitrohr (104, 105) eine halbkreisförmige Ausnehmung (117), die der ersten Regelklappe (114) zuge­ wandt ist, ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasrohr (10) ein Stromauf-Abgasrohr (100) stromober­ halb der ersten Regelklappe (114) umfaßt, daß das Stromauf- Abgasrohr unter einer Neigung zum Stromab-Abgasrohr ver­ läuft, daß bei einem Abfangen von Partikeln die erste Regel­ klappe (114) das Stromauf-Abgasrohr (100, 130) mit dem Stromab-Abgasrohr (103, 132) verbindet und die Verbindung zwischen dem Abgasrohr (101) und dem ersten sowie dritten Verbindungsteil (111, 112) schließt und daß bei einem Rege­ nerieren des Filters (16) die erste Regelklappe (114) das Stromauf-Abgasrohr (100, 131) mit dem ersten Umleitrohr (104) und das Stromab-Abgasrohr (103, 132) mit dem zweiten Umleitrohr (105) verbindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromauf-Abgasrohr (100, 131) und das Stromab-Abgas­ rohr (103, 132) im rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verbindungsteil (119) stromauf des vierten Ver­ bindungsteils (120) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und vierte Verbindungsteil (119, 120) einander benachbart sind, daß die zweite Regelklappe (123) am zwei­ ten Verbindungsteil (119) vorgesehen ist, daß das zweite Umleitrohr (105) ständig mit dem Abgasrohr (103) stromab der zweiten Regelklappe (123) verbunden ist und daß bei einem Abfangen von Partikeln die zweite Regelklappe das Abgasrohr öffnet sowie bei einem Regenerieren des Filters (16) das Abgasrohr in einen stromaufwärtigen und einen strom­ abwärtigen Teil am zweiten Verbindungsteil (119) teilt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsquerschnitt des ersten Umleitrohres (14, 104, 111) größer als ein Strömungsquerschnitt des zweiten Um­ leitrohres (32, 105, 112) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Druckfühler (127), wobei das Steuergerät (60) bezüglich der Durchführung einer Regenerierung des Filters (16) auf der Grundlage des von dem Druckfühler ermittelten Drucks des Abgases entscheidet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Druckfühler (71) stromoberhalb des Filters (16) und einen zweiten Druckfühler (69) stromabwärts des Filters (16), wobei das Steuergerät (60) über die Durchführung der Regenerierung des Filters (16) auf der Grundlage des durch den ersten sowie zweiten Druckfühler ermittelten Druckverlu­ stes entscheidet.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einen integrierten Drehzahlwert des Motors ermittelnde Ein­ richtung, wobei das Steuergerät (60) über die Durchführung der Regenerierung des Filters auf der Grundlage des inte­ grierten Motor-Drehzahlwertes entscheidet.