EP2401483A1 - Abgasbehandlungseinrichtung und verfahren zum betreiben einer abgasbehandlungseinrichtung - Google Patents

Abgasbehandlungseinrichtung und verfahren zum betreiben einer abgasbehandlungseinrichtung

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EP2401483A1
EP2401483A1 EP10701822A EP10701822A EP2401483A1 EP 2401483 A1 EP2401483 A1 EP 2401483A1 EP 10701822 A EP10701822 A EP 10701822A EP 10701822 A EP10701822 A EP 10701822A EP 2401483 A1 EP2401483 A1 EP 2401483A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
treatment device
filter
gas treatment
particulate filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10701822A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Hertzberg
Marcus Frey
Georg Grasi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2401483A1 publication Critical patent/EP2401483A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0093—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are of the same type
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    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
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    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
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    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/60—Discontinuous, uneven properties of filter material, e.g. different material thickness along the longitudinal direction; Higher filter capacity upstream than downstream in same housing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Exhaust gas treatment device and method for operating an exhaust gas treatment device are Exhaust gas treatment device and method for operating an exhaust gas treatment device
  • the invention relates to an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine, having a first particle filter and a second particle filter arranged downstream of the first particle filter in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas treatment device.
  • the invention relates to a method for operating such an exhaust gas treatment device.
  • WO 2008/043422 A1 describes an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine.
  • a second particle filter is arranged downstream of a first particle filter.
  • a volume of the second particulate filter is preferably less than 30% of the first particulate filter, so that the second particulate filter has a lower particle absorption capacity than the first particulate filter.
  • a lower porosity of the second particle filter compared to the first particle filter can lead to a reduced particle absorption capacity of the second particle filter. Due to the comparatively low particle absorption capacity of the second particle filter, an increase in the loading of the second particle filter can be detected relatively quickly. A malfunction of the first particulate filter or a reduced degree of separation of the particles on the first particulate filter can be detected so that measures for restoring the functionality of the first particulate filter can be taken.
  • Object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment device or a method of the type mentioned, by means of which or by means of which an impairment of the functionality of the first particulate filter can be detected even faster.
  • the exhaust gas treatment device for an internal combustion engine has a first particle filter and a second particle filter arranged downstream of the first particle filter in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas treatment device.
  • the second particle filter comprises at least one carrying device through which the exhaust gas can flow, on which a filter unit is arranged, wherein a pore size of the filter unit is smaller than a pore size of the at least one carrying device.
  • the invention is based on the finding that, in the case of a second particle filter known from the prior art, a reduction in its particle absorption capacity is provided by the provision of a particularly small volume of the same limits. In fact, if the second particle filter is dimensioned too small, its mechanical stability is limited. In the present case, the porous support device through which the exhaust gas can flow ensures sufficient mechanical stability of the second particle filter. As a result, the second filter unit, which has the smaller pore size compared to the carrying device, can be configured comparatively filigree and optimized for the particularly effective separation of particles.
  • the filter unit is designed as a filter membrane applied to the support means. Loading of the filter membrane then increases very rapidly as a result of damage, for example a crack, in the first particle filter. A period until the determination of the impairment of the functionality of the first particulate filter is then particularly low. As a result, a particularly high accuracy can be achieved when determining a reduction in a separation efficiency of the first particle filter. Furthermore, this construction of the second particulate filter whose space requirements, weight and cost are particularly low. In addition, the second particulate filter increases the back pressure of the exhaust gas treatment device only slightly.
  • the pore size of the filter unit is at least half, in particular half to one tenth, of the pore size of the at least one support device.
  • the pore size of the filter unit can also be, for example, one fifth of the pore size of the at least one support device. This is particularly effective to ensure that the retention of the particles in the exhaust gas ström through the filter unit. Thus, an increase in the load of the second particulate filter can be detected particularly quickly and accurately.
  • the filter unit is designed for retaining particles by means of surface filtration.
  • the filter unit can be flowed through by the exhaust gas with a very low pressure loss.
  • soot particles can not penetrate into the filter unit, but are retained on the surface of the filter unit.
  • the filter unit may in particular have microfiltration properties, so that soot particles of less than 10 .mu.m in diameter, in particular soot particles with a diameter of 10 .mu.m to 0.1 .mu.m, are retained particularly well by the filter unit.
  • a thickness of the at least one support means is a multiple of a thickness of the filter unit. Characterized in that the filter unit is thus designed to be particularly thin compared to the support means, the filter unit for the exhaust gas on a good flow through.
  • a porosity of the at least one support device is a multiple of the porosity of the filter unit. The thus compared to the support means few and relatively fine pores having filter unit is so in case of damage of the first particulate filter, such as when this has a crack or a hole due to repeated temperature changes or due to a long service life, very quickly. An associated significant increase in the pressure drop across the second particle filter is very easy and clearly detectable even with less sensitive and thus particularly robust pressure detection means.
  • a smallest extension of the at least one support device transversely to the flow direction of the exhaust gas is a multiple, in particular at least five times, a thickness of at least one support device.
  • the diameter is thus a multiple, in particular five times or ten times, the thickness of the carrying device.
  • the at least one support means and the filter unit are at least partially formed of a same material.
  • the material forming the carrying device and the filter unit may in particular be a metallic or ceramic material.
  • the support device may be formed as a metallic wire mesh, as a single-layer or multi-layer sieve or as a metal foam component.
  • the filter unit formed for example as a filter membrane can then be a dense metal fiber fleece. Such a fleece of metal fibers preferably has a felt-like structure. Fibers of the nonwoven fabric may be connected to each other during the manufacture of the filter unit and / or the second particle filter, for example by sintering.
  • soldering or welding can be used to connect the separately produced filter unit to the carrying device.
  • the support device and the filter unit can alternatively be produced in the same manufacturing process.
  • the filter unit is likewise formed from a porous ceramic material.
  • Metallic or ceramic materials used for the carrying device and the filter unit are advantageously resistant to high temperatures, so that an arrangement in close proximity to the first particle filter can be provided.
  • Such high temperature resistant materials withstand a temperature load of 900 ° C, in particular from 1200 ° C to 1300 ° C, without damage. This is particularly advantageous when high temperatures occur in the exhaust gas treatment device during regeneration of the particulate filter, ie when burning off soot deposited on the particulate filter.
  • the at least one carrying device can be arranged downstream and / or upstream of the filter unit. If the carrying device is arranged both upstream and downstream of the filter unit, a cohesive connection of the filter unit to at least one of the carrying devices can be dispensed with, since the filter unit can be fixed in position by the carrying devices arranged on both sides. If the at least one carrying device is arranged upstream of the filter unit, then the carrying device can assume a separating function for particles in addition to its supporting function. In this case, the second particle filter also has properties of a depth filter, since particles are deposited both in channels and / or pores of the support device and on the surface of the filter unit.
  • the filter unit is arranged between two carrying devices, then the two carrying devices may differ with regard to the material used for each of them and / or with regard to their structure and / or their porosity and / or their pore size.
  • the second particle filter may be arranged at least substantially perpendicular or inclined to the flow direction of the exhaust gas in the exhaust gas treatment device. By arranging inclined to the flow direction of the exhaust gas in the exhaust gas treatment device, an enlargement of the effective for the deposition of particles surface of the second particle filter can be achieved. When installed perpendicular to the flow direction, however, a particularly small space requirement is given.
  • the support device may be connected to the inner wall by welding or soldering.
  • a fiber mat or the like may be provided between the inner wall of the exhaust gas treatment device and the at least one carrying device, wherein the carrying device is fixed in position in the exhaust gas treatment device by a clamping action of the fiber mat. This clamping effect is improved in particular by an expansion of the fiber mat at elevated temperature of the exhaust gas treatment device.
  • the second particulate filter may have at least one elevation.
  • the elevation is preferably oriented counter to the flow direction of the exhaust gas, in order to prevent accumulation of particles in a constriction area of the second particle filter.
  • a plurality of concentric elevations may be provided.
  • the second particle filter may have a plurality of mutually parallel elevations, so that the second particle filter in longitudinal section has a corrugated profile.
  • the second particle filter is arranged to be regenerable in the exhaust gas tract by heat transfer, the heat transfer Transmission by means of a thermal regeneration of the first particulate filter is effected.
  • the burning off of soot which was separated from the exhaust gas by means of the first particle filter, leads to a burning off of soot on the second particle filter.
  • On a separate regeneration of the second particulate filter can be dispensed with.
  • the second particle filter can be arranged within a housing surrounding the first particle filter. In this case, a distance of a few centimeters between the first particle filter and the second particle filter may be provided. Alternatively, at least in some regions, there may be a contact contact between the first particle filter and the second particle filter.
  • the second particulate filter may be housed in a separate housing, which has an enlarged cross-section compared to a region of the exhaust tract upstream of this separate housing.
  • the second particle filter By arranging the second particle filter in the housing, which surrounds the first particle filter, or in the separate housing, the second particle filter can therefore have a particularly large flow-through cross-section and, associated therewith, a particularly low flow resistance.
  • the exhaust gas treatment device pressure detection means and an evaluation wherein by means of the evaluation device, a difference in pressure between a point upstream of the second particulate filter and a point downstream of the second particulate filter with respect to a state of the first particulate filter is evaluable.
  • the difference can be determined here by means of a differential pressure sensor or by means of two absolute pressure sensors. If the value of the difference exceeds a threshold value, then damage to the first particulate filter can be deduced. In contrast, at a Falling below the threshold value to be closed to a non-critical state of the first particulate filter.
  • Such evaluation of the difference in the condition of the first particulate filter is particularly safe and rapid.
  • a supplementary or alternatively predictable evaluation of a temperature rise at the second particle filter during thermal regeneration of the same would enable a detection of damage of the first particle filter only during the regeneration. Since the thermal regeneration is performed at different time intervals, a damage of the first particulate filter is then not always immediately detectable.
  • an already existing measuring device for detecting the pressure drop at the first particle filter in particular a measuring line, may optionally be used.
  • a reference value of the difference characterizing the state of the first particle filter is stored in a memory.
  • the memory can in this case be arranged in the evaluation device.
  • the reference value of the difference in the initial startup of the exhaust treatment device characterizes a new condition of the first and the second particulate filter. If, compared to the reference value for the new condition of the first particulate filter, a value of the difference is detected which is greater than a threshold value, it is possible to conclude an erroneous condition of the first particulate filter by means of the evaluation device.
  • a faulty state of the first particulate filter can be communicated in particular via a communication device, for example in the form of an optical and / or acoustic alarm signal or a display or the like.
  • the reference value characterizing the state of the first particle filter is preferably variable as a function of aging of the first particle filter.
  • the reference value may hereby be stored in the memory in the form of a characteristic curve, which represents an operating time of the exhaust gas treatment device and / or an exhaust gas flow rate through the exhaust gas treatment device and / or a fuel flow rate of the internal combustion engine having the exhaust gas treatment device and / or if the exhaust gas treatment device is arranged in a vehicle Vehicle considered.
  • temperature profiles of the exhaust gas treatment device can be used to characterize the aging of the first particle filter.
  • the value of the difference formed from measured values can be damped and / or, in particular using a low-pass filter, filtered processed in the evaluation or attenuated or filtered the evaluation be handed over.
  • the pressure drop across the second particulate filter can in particular be evaluated continuously.
  • a normalization is preferably carried out in order to obtain a value independent of the volume of exhaust gas flow passed through.
  • the exhaust gas treatment device has pressure detecting means for detecting the pressure upstream and downstream of the first particulate filter.
  • the loading state of the first particulate filter can be determined as a function of a pressure drop at the first particulate filter.
  • a differential pressure sensor can be used.
  • an absolute pressure sensor may be provided upstream and downstream of the first particulate filter, respectively.
  • only one absolute pressure sensor is present at a location upstream of the first particulate filter and the pressure downstream of the first particulate filter is calculated via a model.
  • this variable can be used to check the plausibility of the state of the first particle filter determined by measuring the pressure drop at the second particle filter.
  • the measuring point arranged downstream of the first particle filter of the pressure detecting means can be used for determining the pressure drop at the first particle filter and for determining the pressure drop at the second particle filter.
  • the pressure sensing means may be used to calculate a ratio of a difference in pressure between a location upstream of the second particulate filter and a location downstream of the second particulate filter to a difference of Pressure between a location upstream of the first particulate filter and a point downstream of the first particulate filter to determine.
  • a ratio determined on the basis of the pressure-detecting means can be determined by means of the evaluation device with a stored in a memory Ratio are compared and evaluated with regard to a state of the first particulate filter.
  • the ratio stored in the accumulator is usually greatest in the new condition of the exhaust gas treatment device and decreases as the operating time of the exhaust gas treatment device increases. A damage of the first particulate filter can be concluded by means of the evaluation device when the ratio determined on the basis of the pressure sensing means increases again during the operation of the exhaust gas treatment device.
  • the evaluation device is designed to evaluate the ratio determined on the basis of the pressure detecting means as a function of a thermal regeneration of at least the first particle filter. This is based on the knowledge that the stored in the memory, the new state of the exhaust gas treatment device characterizing ratio is most achievable then when the first particulate filter and the second particulate filter have just been regenerated.
  • certain ratio always evaluate when just a thermal regeneration of at least the first particulate filter has occurred. In this case, for example, an average value of the ratio can be determined within a predetermined time window.
  • the exhaust gas treatment device comprises an exhaust gas recirculation line branching off downstream of the second particle filter and in particular having a throttle device.
  • the second particle filter then serves to retain particles originating from the first particle filter, which particles may be present there as a result of damage or due to the production of the first particle filter.
  • the second particulate filter when the exhaust gas recirculation line opens upstream of a compressor of an exhaust gas turbocharger in an intake tract of the internal combustion engine, the second particulate filter is used to protect the compressor from damage by such particles.
  • the second particulate filter disposed upstream of the branch of the exhaust gas recirculation passage does not contribute to increasing the back pressure of the exhaust gas recirculation passage, so that the exhaust gas recirculation passage has an undiminished effective scavenging slope.
  • the above-mentioned object is achieved by a method for operating an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine, in which exhaust gas is filtered by means of a first particle filter and by means of a second particle filter arranged downstream of the first particle filter in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas treatment device.
  • the exhaust gas filtered by means of the second particle filter flows through at least one carrying device and a filter unit arranged on the at least one carrying device, wherein a pore size of the filter unit is smaller than a pore size of the at least one carrying device.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine of a
  • a vehicle having an air supply tract and an exhaust tract which comprises an exhaust gas treatment device with a first particle filter and a second particle filter arranged downstream of the first particle filter;
  • Fig. 2 are sectional views of three alternative configurations of the second particulate filter
  • Fig. 3 is a sectional view of a first type of arrangement of the second
  • FIG. 4 is a sectional view of an alternative type of arrangement of the second
  • Particulate filter in the exhaust system wherein the second particulate filter has an alternative design
  • FIG. 5 shows a sectional view of a further design of the second particle filter arranged in the exhaust gas tract
  • FIG. 6 is a sectional view and a plan view in the flow direction of the exhaust gas to a further design of the second particulate filter.
  • FIG. 7 is a sectional view and a plan view in the flow direction of the exhaust gas to an alternative to the design in Figure 6 alternative design of the second particulate filter ..;
  • Fig. 8 shows a detail of the exhaust tract of FIG. 1 with a first
  • FIG. 9 shows a detail of the exhaust gas tract according to FIG. 1 with a second one
  • Fig. 10 shows a detail of the exhaust tract of FIG. 1 with a third
  • Fig. 11 shows a detail of the exhaust tract of FIG. 1 with a fourth
  • Fig. 12 shows a detail of the exhaust tract of FIG. 1 with a fifth
  • FIG. 13 shows a detail of the exhaust gas tract according to FIG. 1 with a sixth
  • FIG. 14 shows a detail of the exhaust gas tract according to FIG. 1 with a seventh.
  • Fig. 15 shows a detail of the exhaust tract of FIG. 1 with an eighth
  • Example of an arrangement of pressure detection means. 1 schematically shows an internal combustion engine 1 of a vehicle with an air supply tract 11 and an exhaust tract 3.
  • the exhaust gas leaving the internal combustion engine 1 flows via a turbine 2 of an exhaust gas turbocharger which drives a compressor 12.
  • an exhaust gas treatment device 13 is arranged, in which present in a housing 14, a catalyst 4, a first particle filter 5 and a second particle filter 6 are arranged.
  • a catalyst 4 In the flow direction of the exhaust gas, which is indicated in the exhaust tract 3 by flow arrows 15, in this case the first particulate filter 5 downstream of the catalyst 4 and the second particulate filter 6 downstream of the first particulate filter 5 is arranged.
  • the housing 14 surrounding the particulate filters 5, 6 and the catalyst 4 has a widespread cross-section in comparison to a region of the exhaust tract 3 upstream and downstream of this housing 14.
  • the exhaust tract 3 Downstream of the housing 14, the exhaust tract 3 has a branch of an exhaust gas recirculation line 8.
  • an exhaust gas cooler 9 is arranged in the exhaust gas recirculation line 8.
  • the exhaust gas recirculation line 8 is used for low-pressure exhaust gas recirculation, wherein the recirculated exhaust gas upstream of the compressor 12 is supplied to the air supply tract 11 of the internal combustion engine 1.
  • a throttle device 10 Before entering the exhaust gas recirculation line 8 in the air supply tract 11, a throttle device 10 for throttling the exhaust gas flow through the exhaust gas recirculation line 8 is arranged.
  • Another throttle device 7 is arranged downstream of the branch of the exhaust gas recirculation line 8 in the exhaust tract 3.
  • the second particle filter 6 has a thickness several times smaller than the first particle filter 5. A particle absorption capacity of the second particle filter 6 is thus considerably lower than a particle absorption capacity of the first particle filter 5.
  • the second particle filter 6 has different functions.
  • the second particle filter 6 serves to retain particles originating from the first particle filter 5 and / or the catalyst 4, for example production residues or particles which are broken off in the event of damage. Such particles could otherwise enter the exhaust gas recirculation line 8 and thus possibly damage the compressor 12 of the exhaust gas turbocharger.
  • the second particulate filter 6 is used to monitor the functionality of the first particulate filter 5.
  • the increase in the loading of the second particulate filter 6 in the event of damage of the first particulate filter 5 is due to the design of the second particulate filter 6 is particularly rapid and reliable.
  • the increase in the load is detectable via a pressure drop associated with the load on the second particle filter 6.
  • the second particle filter 6 comprises at least one carrying device 16, through which the exhaust gas can flow, serving as a carrier for a filter membrane 17.
  • the support means 16 may be formed of a metallic wire mesh, on which the filter membrane 17, for example in the form of a dense metal fiber fleece, is fixed.
  • the carrying device 16 can also be designed as a sieve or as a metal foam component, in particular a single-layer or multi-layer sieve. Alternatively, a highly porous ceramic as a support means 16 is conceivable.
  • the filter membrane 17 is then preferably designed as a ceramic filter membrane 17. In the present case, a pore size of the filter membrane 17 is only a fraction of the pore size of the carrying device 16. For example, the pore size of the filter membrane 17 may be one half, one fifth, or even only one tenth of the pore size of the carrying device 16.
  • Retention of particles by means of the filter membrane 17 is effected by surface filtration. Soot particles can not penetrate into the filter membrane 17.
  • the filter membrane 17 further has a lower, in comparison to the support means 16 lower, in particular by a multiple lower, porosity.
  • the thickness of the filter membrane 17 in the flow direction of the exhaust gas through the second particulate filter 6 is several times less than a thickness of the support means 16th
  • the thin, supported by the support means 16 in the housing 14 filter membrane 17 thereby enables a particularly rapid and accurate detection of a Russeintrags in the second particle filter 6. This is an operating time to detect a damage of the first particulate filter 5 is particularly low. Nevertheless, due to its small thickness, the filter membrane 17 has a particularly good flowability for exhaust gas and thus at most increases the total backpressure of the exhaust gas treatment device 13 minimal, provided that the filter membrane 17 is not largely loaded due to damage of the first particulate filter 5.
  • the carrying device 16 is arranged downstream of the filter membrane 17.
  • the carrying device 16 is arranged upstream of the filter membrane 17, the carrying device 16 also contributes to the separation of particles from the exhaust gas flow, in which case retention of particles by means of depth filtration can take place in the region of the carrying device 16
  • the filter membrane 17 is arranged as an intermediate layer between two support devices 16.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the second particle filter 6, as it can be arranged in the housing 14 by way of example.
  • the second particle filter 6 is arranged perpendicular to the flow direction of the exhaust gas in the housing 14.
  • the housing 14 is round in cross-section in the region of the second particle filter.
  • the second particle filter 6 is in the construction of FIG. 3 is also formed in plan view around.
  • the second particulate filter 6 is formed oval and inclined to the flow direction of the exhaust gas in the housing 14 is arranged. As a result, in comparison with the vertical arrangement according to FIG. 3, an enlarged filter-effective area of the second particle filter 6 is provided.
  • the second particulate filter 6 is cone-shaped.
  • the tip 18 of the second particle filter 6 in this case lies on a central axis A of the housing 14, which is at the same time a center axis of the second particle filter 6.
  • the exhaust gas flow facing filter membrane 17 of the second particulate filter 6 forms a plurality of concentric elevations 19.
  • the support means 16th has the majority the concentric elevations 19, so that the second particle filter 6 has a serrated profile in longitudinal section.
  • this has a waveform in longitudinal section.
  • a plurality of mutually parallel elevations 19 of the filter membrane 17 and the supporting support 16 are formed.
  • FIGS. 8 to 15 show different arrangements of pressure-detecting means by means of which a difference in pressure between a point upstream of the second particle filter 6 and a point downstream of the second particle filter 6 can also be detected, such as a loading of the first particle filter 5 Installation space conditions, accessibility to respective areas of the exhaust tract 3 and the type of pressure sensors selected can be reliably and rapidly determined by means of these measurement arrangements, the pressure drop across the second particulate filter 6, so as to close a damage to the first particulate filter 5.
  • the pressure detection means comprise two differential pressure sensors 20, 21.
  • the first differential pressure sensor 20 uses a first measuring line 22, which is arranged upstream of the first particle filter 5.
  • a downstream of the first particulate filter 5 arranged second measuring line 23 of the differential pressure sensor 20 can be simultaneously used by the differential pressure sensor 21, which detects the pressure drop across the second particulate filter 6.
  • the differential pressure sensor 21 does not detect the pressure downstream of the second particulate filter 6 as in the arrangement of FIG. 8 in the region of the housing 14, but the second measuring line of the differential pressure sensor 21 reaches in the region of the diversion of the exhaust gas recirculation line 8 in the exhaust tract 3 inside.
  • an absolute pressure sensor may additionally be provided downstream of the second particle filter 6. This is particularly useful if the absolute pressure downstream of the second particulate filter 6 is to be used as an input variable for regulating the low-pressure exhaust gas recirculation rate through the exhaust gas recirculation line 8.
  • the pressure detecting means includes three absolute pressure sensors 24 in place of the differential pressure sensors 20, 21. These absolute pressure sensors 24 respectively detect the pressure at a position upstream of the first particulate filter 5, downstream of the first particulate filter 5 and thus upstream of the second particulate filter 6 and downstream of the second particulate filter 6 respectively within the housing 14th
  • an absolute pressure sensor 24 detects the absolute pressure upstream of the first particle filter 5 and the differential pressure sensor 20 via the measuring lines 22, 23 the pressure drop across the first particle filter 5
  • the absolute pressure sensor 24 and the differential pressure sensor 20 use the same measuring line 22.
  • the absolute pressure sensor 24 detects the absolute pressure downstream of the first particulate filter 5 and uses together with the differential pressure sensor 20, the measuring line 23, which at the point downstream of the first Particulate filter 5 serves to measure the pressure in the housing 14.
  • the pressure downstream of the second particle filter 6 is present as a direct measured variable, which is detected by means of an absolute pressure sensor 24.
  • the pressure drop across the second particle filter 6 is determined by means of the differential pressure sensor 21.
  • This differential pressure sensor 21, together with the absolute pressure sensor 24, uses a measuring line 25, which extends downstream of the second particle filter 6 at the level of the diversion of the exhaust gas recirculation line 8 into the exhaust gas tract 3.
  • both the absolute pressure downstream of the second particle filter 6 and the pressure gradient across the exhaust gas return line 8 can also be detected by means of a differential pressure sensor.
  • Whose measuring lines are then positioned in the air supply tract 11 upstream of the compressor 12 and downstream of the second particulate filter 6.
  • measurement of the absolute pressure downstream of the second particulate filter 6 may be omitted.
  • the detection of the differential pressure at the second particle filter 6 by means of the differential pressure sensor 21 can then be dispensed with.
  • the pressure drop across the second particle filter 6 can be evaluated, in particular continuously, by means of an evaluation device, which can be arranged in a control device, not shown here, for controlling the internal combustion engine 1.
  • the pressure drop is compared with a comparison value which characterizes a new condition of the first particulate filter 5. If the measured pressure drop exceeds the comparison value by a predetermined threshold value, an alarm is triggered in a monitoring device of the control device, which is also referred to as an OBD unit (on-board diagnosis).
  • OBD unit on-board diagnosis
  • the threshold value is stored in the form of a characteristic which takes into account the aging of the first particle filter 5.
  • the pressure drop across the second particulate filter 6 may be related to the pressure drop across the first particulate filter 5.
  • the measured ratio is compared with a ratio characterizing the new condition of the exhaust gas treatment device 13. The alarm is triggered when the high ratio in the new state increases rather than decreases and / or exceeds the value of the new state.
  • the ratio is preferably formed following a common thermal regeneration of the particulate filters 5, 6 from the measured values measured by the pressure sensing means.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Partikelfilter und einem in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilter (6). Der zweite Partikelfilter (6) umfasst wenigstens eine von dem Abgas durchströmbare Trageinrichtung (16), an welcher eine Filtereinheit (17) angeordnet ist. Hierbei ist eine Porengröße der Filtereinheit (17) geringer ist als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung (16). Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.

Description

Abgasbehandlungseinrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Partikelfilter und einem in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilter. Des. Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasbehandlungseinrichtung.
Die WO 2008/043422 A1 beschreibt eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. Hierbei ist stromabwärts eines ersten Partikelfilters ein zweiter Partikelfilter angeordnet. Ein Volumen des zweiten Partikelfilters beträgt bevorzugt weniger als 30 % des ersten Partikelfilters, so dass der zweite Partikelfilter eine geringere Partikelaufnahmefähigkeit aufweist als der erste Partikelfilter. Ergänzend oder alternativ kann eine im Vergleich zu dem ersten Partikelfilter geringere Porosität des zweiten Partikelfilters zu einer verringerten Partikelaufnahmefähigkeit des zweiten Partikelfilters führen. Durch die vergleichsweise geringe Partikelaufnahmefähigkeit des zweiten Partikelfilters ist eine Zunahme der Beladung des zweiten Partikelfilters relativ rasch detektierbar. Eine Funktionsstörung des ersten Partikelfilters bzw. ein verminderter Abscheidegrad der Partikel an dem ersten Partikelfilter kann so erkannt werden, so dass Maßnahmen zum Wiederherstellen der Funktionstüchtigkeit des ersten Partikelfilters getroffen werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasbehandlungseinrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welcher bzw. mittels welchem noch rascher eine Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit des ersten Partikelfilters feststellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasbehandlungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine weist einen ersten Partikelfilter und einen in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilter auf. Der zweite Partikelfilter umfasst wenigstens eine von dem Abgas durchströmbare Trageinrichtung, an welcher eine Filtereinheit angeordnet ist, wobei eine Porengröße der Filtereinheit geringer ist als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem aus dem Stand der Technik bekannten zweiten Partikelfilter einer Verringerung seiner Partikelaufnahmefähigkeit durch Vorsehen eines besonders kleinen Volumens desselben Grenzen gesetzt sind. Bei einer zu kleinen Dimensionierung des zweiten Partikelfilters ist nämlich dessen mechanische Stabilität eingeschränkt. Vorliegend gewährleistet die von dem Abgas durchströmbare, poröse Trageinrichtung die ausreichende mechanische Stabilität des zweiten Partikelfilters. Dadurch kann die zweite Filtereinheit, welche die im Vergleich zu der Trageinrichtung geringere Porengröße aufweist, vergleichsweise filigran und auf das besonders wirksame Abscheiden von Partikeln hin optimiert ausgelegt sein.
Beispielsweise ist die Filtereinheit als auf die Trageinrichtung aufgebrachte Filtermembran ausgebildet. Eine Beladung der Filtermembran nimmt dann infolge eines Schadens, beispielsweise eines Risses, des ersten Partikelfilters sehr rasch zu. Eine Dauer bis zum Feststellen der Beeinträchtigung der Funktionstüchtigkeit des ersten Partikelfilters ist dann besonders gering. Dadurch ist eine besonders hohe Genauigkeit beim Ermitteln einer Verringerung eines Abscheidegrades des ersten Partikelfilters erreichbar. Des Weiteren sind durch diese Ausbildung des zweiten Partikelfilters dessen Bauraumbedarf, Gewicht und Kosten besonders gering. Darüber hinaus erhöht der zweite Partikelfilter den Gegendruck der Abgasbehandlungseinrichtung lediglich geringfügig.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Porengröße der Filtereinheit wenigstens die Hälfte, insbesondere die Hälfte bis ein Zehntel, der Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung. Die Porengröße der Filtereinheit kann auch beispielsweise ein Fünftel der Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung betragen. Dadurch ist besonders wirksam zu gewährleisten, dass das Zurückhalten der Partikel im Abgas- ström durch die Filtereinheit erfolgt. So kann eine Zunahme der Beladung des zweiten Partikelfilters besonders rasch und genau erfasst werden.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Filtereinheit zum Zurückhalten von Partikeln mittels Oberflächenfiltration ausgebildet ist. Dadurch ist die Filtereinheit vom Abgas mit einem sehr geringen Druckverlust durchströmbar. Jedoch können Rußpartikel nicht in die Filtereinheit eindringen, sondern werden an der Oberfläche der Filtereinheit zurückgehalten.
Die Filtereinheit kann insbesondere Mikrofiltrationseigenschaften aufweisen, so dass Rußpartikel von weniger als 10 μm Durchmesser, insbesondere Rußpartikel mit einem Durchmesser von 10 μm bis 0,1 μm, besonders gut von der Filtereinheit zurückgehalten werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Dicke der wenigstens einen Trageinrichtung ein Mehrfaches einer Dicke der Filtereinheit. Dadurch, dass die Filtereinheit also im Vergleich zu der Trageinrichtung besonders dünn ausgebildet ist, weist die Filtereinheit für das Abgas eine gute Durchströmbarkeit auf. Alternativ, bevorzugt jedoch ergänzend, beträgt eine Porosität der wenigstens einen Trageinrichtung ein Mehrfaches der Porosität der Filtereinheit. Die somit im Vergleich zu der Trageinrichtung wenige und vergleichsweise feine Poren aufweisende Filtereinheit setzt sich also bei einem Schaden des ersten Partikelfilters, etwa wenn dieser infolge von wiederholten Temperaturwechseln oder aufgrund einer langen Betriebsdauer einen Riss oder ein Loch aufweist, sehr schnell zu. Eine damit einhergehende signifikante Erhöhung des Druckabfalls an dem zweiten Partikelfilter ist auch mit wenig sensiblen und somit besonders robusten Druckerfassungsmitteln sehr einfach und eindeutig erfassbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt eine geringste Erstreckung der wenigstens einen Trageinrichtung quer zur Strömungsrichtung des Abgases ein Mehrfaches, insbesondere mindestens ein Fünffaches, einer Dicke der wenigstens einen Trageinrichtung. Bei einer beispielsweise als poröse runde Scheibe ausgebildeten Trageinrichtung beträgt somit der Durchmesser ein Mehrfaches, insbesondere das Fünffache oder das Zehnfache, der Dicke der Trageinrichtung. Durch diese flache Ausbildung der Trageinrichtung ist deren Durchströmungswiderstand besonders gering.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die wenigstens eine Trageinrichtung und die Filtereinheit zumindest bereichsweise aus einem gleichen Material gebildet sind. Dadurch sind Spannungen zwischen der Trageinrichtung und der Filtereinheit aufgrund eines unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens bei einer Temperaturerhöhung vermeidbar. Damit geht eine besonders hohe Haltbarkeit des zweiten Partikelfilters einher.
Bei dem die Trageinrichtung und die Filtereinheit bildenden Material kann es sich insbesondere um ein metallisches oder keramisches Material handeln. Beispielsweise kann die Trageinrichtung als metallisches Drahtgestrick, als einlagiges oder mehrlagiges Sieb oder als Metallschaumbauteil ausgebildet sein. Die beispielsweise als Filtermembran ausgebildete Filtereinheit kann dann ein dichtes Metallfaservlies sein. Bevorzugt weist ein solches Vlies aus Metallfasern eine filzartige Struktur auf. Fasern des Vlieses können beim Herstellen der Filtereinheit und/oder des zweiten Partikelfilters beispielsweise durch Versintern miteinander verbunden sein. Insbesondere kann auch ein Verbinden von Trageinrichtung und Filtereinheit durch Sintern erfolgen. Zum Verbinden der separat hergestellten Filtereinheit mit der Trageinrichtung kann jedoch Löten oder Schweißen zum Einsatz kommen. Anstelle eines separaten Hersteilens der Filtereinheit und einem Aufbringen auf die Trageinrichtung in einem nachgelagerten Prozess können alternativ Trageinrichtung und Filtereinheit im gleichen Herstellungsprozess hergestellt sein.
Ist die Trageinrichtung aus einem keramischen Material gebildet, etwa als hochporöses Keramikbauteil, so ist bevorzugt die Filtereinheit ebenfalls aus einem porösen keramischen Material gebildet.
Für die Trageinrichtung und die Filtereinheit verwendete metallische oder keramische Materialien sind in vorteilhafter Weise hochtemperaturbeständig, so dass eine Anordnung in großer Nähe zu dem ersten Partikelfilter vorgesehen sein kann. Derartige hochtemperaturbeständige Materialien überstehen eine Temperaturbelastung von 900° C, insbesondere von 1200° C bis 1300° C, unbeschadet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beim Regenerieren des Partikelfilters, also beim Abbrennen von auf dem Partikelfilter abgelagertem Ruß, hohe Temperaturen in der Abgasbehandlungseinrichtung auftreten.
Die wenigstens eine Trageinrichtung kann stromabwärts und/oder stromaufwärts der Filtereinheit angeordnet sein. Wenn die Trageinrichtung sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts der Filtereinheit angeordnet ist, so kann ein stoffschlüssiges Verbinden der Filtereinheit mit wenigstens einer der Trageinrichtungen entfallen, da die Filtereinheit durch die beiderseits angeordneten Trageinrichtungen in ihrer Lage fixierbar ist. Wenn die wenigstens eine Trageinrichtung stromaufwärts der Filtereinheit angeordnet ist, so kann die Trageinrichtung zusätzlich zu ihrer Stützfunktion eine Abscheidefunktion für Partikel übernehmen. Hierbei weist dann der zweite Partikelfilter auch Eigenschafen eines Tiefenfilters auf, da ein Abscheiden von Partikeln sowohl in Kanälen und/oder Poren der Trageinrichtung als auch auf der Oberfläche der Filtereinheit erfolgt.
Ist die Filtereinheit zwischen zwei Trageinrichtungen angeordnet, so können sich die zwei Trageinrichtungen hinsichtlich des für sie jeweils verwendeten Werkstoffs und/oder hinsichtlich ihrer Struktur und/oder ihrer Porosität und/oder ihrer Porengröße unterscheiden.
Der zweite Partikelfilter kann zumindest im Wesentlichen senkrecht oder geneigt zur Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasbehandlungseinrichtung angeordnet sein. Durch ein Anordnen geneigt zur Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasbehandlungseinrichtung ist eine Vergrößerung der zum Abscheiden von Partikeln wirksamen Fläche des zweiten Partikelfilters erreichbar. Bei einem Einbau senkrecht zur Strömungsrichtung ist hingegen ein besonders geringer Bauraumbedarf gegeben.
Zum Festlegen des zweiten Partikelfilters an einer Innenwand der Abgasbehandlungseinrichtung kann die Trageinrichtung mit der Innenwand durch Schweißen oder Löten verbunden sein. Ergänzend oder alternativ kann zwischen der Innenwand der Abgasbehandlungseinrichtung und der wenigsten einen Trageinrichtung eine Fasermatte oder dergleichen vorgesehen sein, wobei die Trageinrichtung durch eine Klemmwirkung der Fasermatte in der Abgasbehandlungseinrichtung lagefixiert ist. Diese Klemmwirkung wird insbesondere durch eine Ausdehnung der Fasermatte bei erhöhter Temperatur der Abgasbehandlungseinrichtung verbessert.
Zum Vergrößern einer wirksamen Filterfläche des zweiten Partikelfilters kann der zweite Partikelfilter wenigstes eine Erhebung aufweisen. Die Erhebung ist hierbei bevorzugt entgegen der Strömungsrichtung des Abgases ausgerichtet, um ein Akkumulieren von Partikeln in einem Verengungsbereich des zweiten Partikelfilters zu verhindern. Insbesondere kann eine Mehrzahl von konzentrischen Erhebungen vorgesehen sein. Ergänzend oder alternativ kann der zweite Partikelfilter eine Mehrzahl von zueinander parallelen Erhebungen aufweisen, so dass der zweite Partikelfilter im Längsschnitt ein gewelltes Profil aufweist.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der zweite Partikelfilter durch eine Wärmeübertragung regenerierbar in dem Abgastrakt angeordnet ist, wobei die Wärmeüber- tragung mittels eines thermischen Regenerierens des ersten Partikelfilters bewirkbar ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Abbrennen von Ruß, welcher mittels des ersten Partikelfilters aus dem Abgas abgeschieden wurde, zu einem Abbrennen von Ruß an dem zweiten Partikelfilter führt. Auf ein separates Regenerieren des zweiten Partikelfilters kann so verzichtet werden.
Um eine besonders effiziente Wärmeübertragung von dem ersten Partikelfilter auf den zweiten Partikelfilter zu bewirken, kann der zweite Partikelfilter innerhalb eines den ersten Partikelfilter umgebenden Gehäuses angeordnet sein. Hierbei kann ein Abstand von wenigen Zentimetern zwischen dem ersten Partikelfilter und dem zweiten Partikelfilter vorgesehen sein. Alternativ kann zumindest bereichsweise ein Berührkontakt von erstem Partikelfilter und zweitem Partikelfilter bestehen.
Alternativ kann der zweite Partikelfilter in einem separaten Gehäuse untergebracht sein, welches im Vergleich zu einem Bereich des Abgastrakts stromaufwärts dieses separaten Gehäuses einen vergrößerten Querschnitt aufweist. Durch das Anordnen des zweiten Partikelfilters in dem Gehäuse, welches den ersten Partikelfilter umgibt, oder in dem separaten Gehäuse kann der zweite Partikelfilter also einen besonders großen durchströmbaren Querschnitt und damit einhergehend einen besonders geringen Durchströmungswiderstand aufweisen.
Dadurch, dass beim Regenerieren des ersten Partikelfilters der zweite Partikelfilter ebenfalls regeneriert wird, kann ein kontinuierliches Zunehmen der Beladung des zweiten Partikelfilters infolge des Betreibens des intakten ersten Partikelfilters vermieden werden. Solange also der erste Partikelfilter intakt ist und eine zur Einhaltung gesetzlicher Vorschriften ausreichende Partikelaufnahmefähigkeit aufweist, wird an dem zweiten Partikelfilter kein signifikanter Anstieg des Abgasgegendrucks beobachtbar sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasbehandlungseinrichtung Druckerfassungsmittel und eine Auswerteeinrichtung auf, wobei mittels der Auswerteeinrichtung eine Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des zweiten Partikelfilters und einer Stelle stromabwärts des zweiten Partikelfilters im Hinblick auf einen Zustand des ersten Partikelfilters auswertbar ist. Die Differenz kann hierbei mittels eines Differenzdrucksensors oder mittels zweier Absolutdrucksensoren bestimmt werden. Übersteigt der Wert der Differenz einen Schwellenwert, kann auf einen Schaden des ersten Partikelfilters geschlossen werden. Demgegenüber kann bei einem Unterschreiten des Schwellenwerts auf einen unkritischen Zustand des ersten Partikelfilters geschlossen werden.
Ein solches Auswerten der Differenz im Hinblick auf den Zustand des ersten Partikelfilters ist besonders sicher und rasch. Eine ergänzend oder alternativ vorsehbare Auswertung eines Temperaturanstiegs am zweiten Partikelfilter beim thermischen Regenerieren desselben würde hingegen eine Detektion eines Schadens des ersten Partikelfilters lediglich während des Regenerierens ermöglichen. Da das thermische Regenerieren in unterschiedlich großen Zeitabständen durchgeführt wird, ist ein Schaden des ersten Partikelfilters dann nicht immer sofort detektierbar. Demgegenüber kann beim Erfassen des Druckabfalls an dem zweiten Partikelfilter gegebenenfalls eine ohnehin vorhandene Messeinrichtung zum Erfassen des Druckabfalls am ersten Partikelfilter, insbesondere eine Messleitung, mitgenutzt werden.
Als vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, wenn ein den Zustand des ersten Partikelfilters charakterisierender Referenzwert der Differenz in einem Speicher abgelegt ist. Der Speicher kann hierbei in der Auswerteeinrichtung angeordnet sein. Bevorzugt charakterisiert der Referenzwert der Differenz beim anfänglichen In-Betrieb-Nehmen der Abgasbehandlungseinrichtung einen Neuzustand des ersten und des zweiten Partikelfilters. Wird gegenüber dem Referenzwert für den Neuzustand des ersten Partikelfilters ein Wert der Differenz erfasst, welcher größer ist als ein Schwellenwert, so kann mittels der Auswerteeinrichtung auf einen fehlerhaften Zustand des ersten Partikelfilters geschlossen werden. Ein solcher fehlerhafter Zustand des ersten Partikelfilters ist insbesondere über eine Kommunikationseinrichtung kommunizierbar, etwa in Form eines optischen und/oder akustischen Alarmsignals oder einer Anzeige oder dergleichen.
Bevorzugt ist der den Zustand des ersten Partikelfilters charakterisierende Referenzwert in Abhängigkeit von einer Alterung des ersten Partikelfilters variabel. Der Referenzwert kann hierbei in Form einer Kennlinie in dem Speicher abgelegt sein, welche eine Betriebsdauer der Abgasbehandlungseinrichtung und/oder einen Abgasdurchsatz durch die Abgasbehandlungseinrichtung und/oder einen Kraftstoffdurchsatz der die Abgasbehandlungseinrichtung aufweisenden Verbrennungskraftmaschine und/oder bei in einem Fahrzeug angeordneter Abgasbehandlungseinrichtung eine zurückgelegte Fahrstrecke des Fahrzeugs berücksichtigt. Ergänzend oder alternativ können Temperaturprofile der Abgasbehandlungseinrichtung zum Charakterisieren der Alterung des ersten Partikelfilters herangezogen werden. Um zu verhindern, dass ein kurzfristiges Überschreiten des Schwellenwerts zum Erkennen auf einen Schaden des ersten Partikelfilters führt, kann der aus Messwerten gebildete Wert der Differenz gedämpft und/oder, insbesondere unter Verwendung eines Tiefpassfilters, gefiltert in der Auswerteeinrichtung verarbeitet oder der Auswerteeinrichtung gedämpft oder gefiltert übergeben werden.
Der Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter kann insbesondere kontinuierlich ausgewertet werden. Hierbei erfolgt bevorzugt eine Normierung, um einen vom durchgesetzten Abgasvolumenstrom unabhängigen Wert zu erhalten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Abgasbehandlungseinrichtung Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Drucks stromaufwärts und stromabwärts des ersten Partikelfilters auf. Dadurch kann der Beladungszustand des ersten Partikelfilters in Abhängigkeit von einem Druckabfall an dem ersten Partikelfilter ermittelt werden. Hierbei kann ein Differenzdrucksensor zum Einsatz kommen. Auch kann stromaufwärts und stromabwärts des ersten Partikelfilters jeweils ein Absolutdrucksensor vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist lediglich ein Absolutdrucksensor an einer Stelle stromaufwärts des ersten Partikelfilters vorhanden, und der Druck stromabwärts des ersten Partikelfilters wird über ein Modell berechnet.
Wird auch der Druckabfall am ersten Partikelfilter erfasst, so kann diese Größe zum Plausibilisieren des über das Messen des Druckabfalls am zweiten Partikelfilter bestimmten Zustands des ersten Partikelfilters herangezogen werden. Darüber hinaus kann die stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordnete Messstelle der Druckerfassungsmittel zum Bestimmen des Druckabfalls an dem ersten Partikelfilter und zum Bestimmen des Druckabfalls an dem zweiten Partikelfilter herangezogen werden.
Bei einer ergänzenden oder alternativ Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Abgasbehandlungseinrichtung Druckerfassungsmittel und eine Auswerteeinrichtung aufweist, können die Druckerfassungsmittel dazu herangezogen werden, ein Verhältnis einer Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des zweiten Partikelfilters und einer Stelle stromabwärts des zweiten Partikelfilters zu einer Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des ersten Partikelfilters und einer Stelle stromabwärts des ersten Partikelfilters zu ermitteln. Ein anhand der Druckerfassungsmittel bestimmtes Verhältnis kann mittels der Auswerteeinrichtung mit einem in einem Speicher abgelegten Verhältnis verglichen und im Hinblick auf einen Zustand des ersten Partikelfilters ausgewertet werden.
Das im Speicher abgelegte Verhältnis ist gewöhnlich im Neuzustand der Abgasbehandlungseinrichtung am größten und nimmt mit zunehmender Betriebsdauer der Abgasbehandlungseinrichtung ab. Auf einen Schaden des ersten Partikelfilters kann mittels der Auswerteeinrichtung geschlossen werden, wenn das anhand der Druckerfassungsmittel bestimmte Verhältnis während des Betreibens der Abgasbehandlungseinrichtung wieder zunimmt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, das anhand der Druckerfassungsmittel bestimmte Verhältnis in Abhängigkeit von einem thermischen Regenerieren zumindest des ersten Partikelfilters auszuwerten. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das im Speicher abgelegte, den Neuzustand der Abgasbehandlungseinrichtung charakterisierende Verhältnis am ehesten dann erreichbar ist, wenn der erste Partikelfilter und der zweite Partikelfilter gerade regeneriert wurden. So kann vorgesehen sein, dass anhand der Druckerfassungsmittel bestimmte Verhältnis immer dann auszuwerten, wenn gerade ein thermisches Regenerieren zumindest des ersten Partikelfilters erfolgt ist. Hierbei kann beispielsweise ein Mittelwert des Verhältnisses innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters bestimmt werden.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Abgasbehandlungseinrichtung eine stromabwärts des zweiten Partikelfilters abzweigende, insbesondere eine Drosseleinrichtung aufweisende, Abgasrückführleitung umfasst. Hierbei dient dann der zweite Partikelfilter einem Zurückhalten von aus dem ersten Partikelfilter stammenden Teilchen, welche dort gegebenenfalls infolge einer Schädigung oder aufgrund der Herstellung des ersten Partikelfilters vorliegen.
Insbesondere, wenn die Abgasrückführleitung stromaufwärts eines Verdichters eines Abgasturboladers in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine einmündet, dient der zweite Partikelfilter einem Schutz des Verdichters vor Beschädigung durch solche Teilchen. Darüber hinaus trägt der stromaufwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung angeordnete zweite Partikelfilter nicht zu einem Erhöhen des Gegendrucks der Abgasrückführleitung bei, so dass die Abgasrückführleitung ein unvermindertes effektives Spülgefälle aufweist. Durch ein Anordnen des zweiten Partikelfilters stromaufwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung ist des Weiteren vermieden, dass ein mit dem Betreiben der Abgasbehandlungseinrichtung zunehmendes Beladen des zweiten Partikelfilters bei intaktem ersten Partikelfilter zu einer Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Abgasrückführung führt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welchem Abgas mittels eines ersten Partikelfilters und mittels eines in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilters gefiltert wird. Hierbei durchströmt das mittels des zweiten Partikelfilters gefilterte Abgas wenigstens eine Trageinrichtung und eine an der wenigstens einen Trageinrichtung angeordnete Filtereinheit, wobei eine Porengröße der Filtereinheit geringer ist als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung. Die für die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine eines
Fahrzeugs mit einem Luftzufuhrtrakt und einem Abgastrakt, welcher eine Abgasbehandlungseinrichtung mit einem ersten Partikelfilter und einem stromabwärts des ersten Partikelfilters angeordneten zweiten Partikelfilter umfasst;
Fig. 2 Schnittansichten von drei alternative Bauformen des zweiten Partikelfilters;
Fig. 3 in einer Schnittansicht eine erste Art der Anordnung des zweiten
Partikelfilters in dem Abgastrakt; Fig. 4 in einer Schnittansicht eine alternative Art der Anordnung des zweiten
Partikelfilters in dem Abgastrakt, wobei der zweite Partikelfilter eine alternative Bauform aufweist;
Fig. 5 in einer Schnittansicht eine weitere Bauform des in dem Abgastrakt angeordneten zweiten Partikelfilters;
Fig. 6 eine Schnittansicht und eine Draufsicht in Strömungsrichtung des Abgases auf eine weitere Bauform des zweiten Partikelfilters;
Fig. 7 eine Schnittansicht und eine Draufsicht in Strömungsrichtung des Abgases auf eine zu der Bauform in Fig. 6 alternative Bauform des zweiten Partikelfilters;
Fig. 8 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem ersten
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln;
Fig. 9 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem zweiten
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln;
Fig. 10 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem dritten
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln;
Fig. 11 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem vierten
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln;
Fig. 12 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem fünften
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln;
Fig. 13 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem sechsten
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln;
Fig. 14 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem siebten
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln; und
Fig. 15 einen Ausschnitt aus dem Abgastrakt gemäß Fig. 1 mit einem achten
Beispiel einer Anordnung von Druckerfassungsmitteln. Fig. 1 zeigt schematisch eine Verbrennungskraftmaschine 1 eines Fahrzeugs mit einem Luftzufuhrtrakt 11 und einem Abgastrakt 3. Die Verbrennungskraftmaschine 1 verlassendes Abgas strömt über eine Turbine 2 eines Abgasturboladers, welche einen Verdichter 12 antreibt. In dem Abgastrakt 3 ist eine Abgasbehandlungseinrichtung 13 angeordnet, bei welcher vorliegend in einem Gehäuse 14 ein Katalysator 4, ein erster Partikelfilter 5 und ein zweiter Partikelfilter 6 angeordnet sind. In Strömungsrichtung des Abgases, welche in dem Abgastrakt 3 durch Strömungspfeile 15 angegeben ist, ist hierbei der erste Partikelfilter 5 stromabwärts das Katalysators 4 und der zweite Partikelfilter 6 stromabwärts des ersten Partikelfilters 5 angeordnet. Das die Partikelfilter 5, 6 und den Katalysator 4 umgebende Gehäuse 14 weist im Vergleich zu einem Bereich des Abgastrakts 3 stromaufwärts und stromabwärts dieses Gehäuses 14 einen verbreiteten Querschnitt auf.
Stromabwärts des Gehäuses 14 weist der Abgastrakt 3 eine Abzweigung einer Abgasrück- führleitung 8 auf. In der Abgasrückführleitung 8 ist ein Abgaskühler 9 angeordnet. Die Abgasrückführleitung 8 dient einer Niederdruck-Abgasrückführung, wobei das rückgeführte Abgas stromaufwärts des Verdichters 12 dem Luftzufuhrtrakt 11 der Verbrennungskraftmaschine 1 zugeführt wird. Vor dem Eintritt der Abgasrückführleitung 8 in den Luftzufuhrtrakt 11 ist eine Drosseleinrichtung 10 zum Drosseln des Abgasstroms durch die Abgasrückführleitung 8 angeordnet. Eine weitere Drosseleinrichtung 7 ist stromabwärts der Abzweigung der Abgasrückführleitung 8 in dem Abgastrakt 3 angeordnet.
Der zweite Partikelfilter 6 weist in Strömungsrichtung des Abgases durch das Gehäuse 14 gesehen eine um ein Mehrfaches geringere Dicke auf als der erste Partikelfilter 5. Eine Partikelaufnahmefähigkeit des zweiten Partikelfilters 6 ist somit erheblich geringer als eine Partikelaufnahmefähigkeit des ersten Partikelfilters 5.
Der zweite Partikelfilter 6 weist vorliegend unterschiedliche Funktionen auf. Einerseits dient der zweite Partikelfilter 6 einem Zurückhalten von aus dem ersten Partikelfilter 5 und/oder dem Katalysator 4 stammenden Teilchen, etwa Produktionsrückständen oder bei Schäden losgerissenen Teilchen. Derartige Teilchen könnten ansonsten in die Abgasrückführleitung 8 eintreten und so gegebenenfalls den Verdichter 12 des Abgasturboladers schädigen.
Neben diesem Bauteilschutz dient der zweite Partikelfilter 6 dem Überwachen der Funktionstüchtigkeit des ersten Partikelfilters 5. Der zweite Partikelfilter 6, welcher die im Vergleich zu dem ersten Partikelfilter besonders geringe Partikelaufnahmefähigkeit aufweist, reagiert nämlich sehr sensibel auf eine Erhöhung seiner Beladung, etwa infolge eines Schadens des ersten Partikelfilters 5. Ein solcher Schaden kann ein Riss und/oder ein Loch in dem ersten Partikelfilter 5 sein. Weist der erste Partikelfilter 5 einen solchen Schaden auf, und ist somit seine Funktionsfähigkeit im Hinblick auf das wirksame Zurückhalten von Partikeln eingeschränkt, so steigt die Beladung des zweiten Partikelfilters 6 schlagartig an. Das Ansteigen der Beladung des zweiten Partikelfilters 6 im Falle eines Schadens des ersten Partikelfilters 5 erfolgt aufgrund der Bauform des zweiten Partikelfilters 6 besonders rasch und zuverlässig. Das Ansteigen der Beladung ist über einen mit der Beladung einhergehenden Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter 6 detektierbar.
Drei unterschiedliche Beispielen für spezifische Bauformen des zweiten Partikelfilters 6 sind in vergrößerten, schematisierten Darstellungen in Fig. 2 angegeben. Der zweite Partikelfilter 6 umfasst demgemäß wenigstens eine von dem Abgas durchströmbare Trageinrichtung 16, welche als Träger für eine Filtermembran 17 dient.
Die Trageinrichtung 16 kann aus einem metallischen Drahtgestrick gebildet sein, an welchem die Filtermembran 17, etwa in Form eines dichten Metallfaservlieses, festgelegt ist. Die Trageinrichtung 16 kann auch als, insbesondere ein- oder mehrlagiges, Sieb oder als Metallschaumbauteil ausgebildet sein. Alternativ ist eine hochporöse Keramik als Trageinrichtung 16 vorstellbar. Auch die Filtermembran 17 ist dann bevorzugt als keramische Filtermembran 17 ausgebildet. Eine Porengröße der Filtermembran 17 beträgt vorliegend nur einen Bruchteil der Porengröße der Trageinrichtung 16. Beispielsweise kann die Porengröße der Filtermembran 17 die Hälfte, ein Fünftel oder sogar nur ein Zehntel der Porengröße der Trageinrichtung 16 betragen.
Ein Zurückhalten von Partikeln mittels der Filtermembran 17 erfolgt durch Oberflächenfiltration. Russpartikel können also nicht in die Filtermembran 17 eindringen. Die Filtermembran 17 weist des Weiteren eine im Vergleich zu der Trageinrichtung 16 geringere, insbesondere um ein Mehrfaches geringere, Porosität auf. Ebenso ist die Dicke der Filtermembran 17 in Strömungsrichtung des Abgases durch den zweiten Partikelfilter 6 um ein Mehrfaches geringer als eine Dicke der Trageinrichtung 16.
Die dünne, von der Trageinrichtung 16 in dem Gehäuse 14 abgestützte Filtermembran 17 ermöglicht dadurch ein besonders rasches und genaues Detektieren eines Russeintrags in den zweiten Partikelfilter 6. Dadurch ist eine Betriebsdauer bis zum Erkennen eines Schadens des ersten Partikelfilters 5 besonders gering. Dennoch weist die Filtermembran 17 aufgrund ihrer geringen Dicke eine besonders gute Durchströmbarkeit für Abgas auf und erhöht so den gesamten Gegendruck der Abgasbehandlungseinrichtung 13 allenfalls minimal, sofern die Filtermembran 17 nicht aufgrund eines Schadens des ersten Partikelfilters 5 weitgehend beladen ist.
Gemäß einer ersten in Fig. 2 gezeigten Bauform des zweiten Partikelfilters 6 ist die Trageinrichtung 16 stromabwärts der Filtermembran 17 angeordnet. Ist alternativ, wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt, die Trageinrichtung 16 stromaufwärts der Filtermembran 17 angeordnet, so trägt auch die Trageinrichtung 16 zum Abscheiden von Partikeln aus dem Abgasstrom bei, wobei dann im Bereich der Trageinrichtung 16 ein Zurückhalten von Partikeln mittels Tiefenfiltration erfolgen kann. Gemäß einer dritten in Fig. 2 gezeigten Bauform des zweiten Partikelfilters 6 ist die Filtermembran 17 als Zwischenlage zwischen zwei Trageinrichtungen 16 angeordnet.
Fig. 3 zeigt in einer Schnittansicht den zweiten Partikelfilter 6, wie er beispielhaft in dem Gehäuse 14 angeordnet sein kann. Hierbei ist der zweite Partikelfilter 6 senkrecht zu der Strömungsrichtung des Abgases in dem Gehäuse 14 angeordnet. Vorliegend ist das Gehäuse 14 im Bereich des zweiten Partikelfilters im Querschnitt rund ausgebildet. Der zweite Partikelfilter 6 ist bei der Bauform gemäß Fig. 3 ist ebenfalls in der Draufsicht rund ausgebildet.
Fig. 4 zeigt eine alternative Gestalt und Orientierung des zweiten Partikelfilters 6 in dem Gehäuse 14. Hierbei ist der zweite Partikelfilter 6 oval ausgebildet und geneigt zu der Strömungsrichtung des Abgases in dem Gehäuse 14 angeordnet. Dadurch ist im Vergleich zu der senkrechten Anordnung gemäß Fig. 3 eine vergrößerte filterwirksame Fläche des zweiten Partikelfilters 6 bereitgestellt.
Bei einer alternativen Bauform des zweiten Partikelfilters 6, welche in Fig. 5 im Querschnitt gezeigt ist, ist der zweite Partikelfilter 6 kegelförmig ausgebildet. Hierbei weist eine Spitze 18 des zweiten Partikelfilters 6 in eine der Strömungsrichtungen des Abgases entgegen gesetzte Richtung. Die Spitze 18 des zweiten Partikelfilters 6 liegt hierbei auf einer Mittelachse A des Gehäuses 14, welche gleichzeitig eine Mittelachse des zweiten Partikelfilters 6 ist.
Bei einer alternativen Bauform des zweiten Partikelfilters 6, welcher in Fig. 6 in einer Draufsicht in Strömungsrichtung des Abgases und in einer Schnittansicht gezeigt ist, bildet die dem Abgasstrom zugewandete Filtermembran 17 des zweiten Partikelfilters 6 eine Mehrzahl von konzentrischen Erhebungen 19. Auch die Trageinrichtung 16 weist die Mehrzahl der konzentrischen Erhebungen 19 auf, so dass der zweiten Partikelfilters 6 ein im Längsschnitt gezacktes Profil aufweist. .
Bei einer in Fig. 7 gezeigten weiteren Bauform des zweiten Partikelfilters 6 weist dieser im Längsschnitt eine Wellenform auf. Hierbei ist eine Mehrzahl von zueinander parallelen Erhebungen 19 der Filtermembran 17 und der diese stützenden Trageinrichtung 16 gebildet.
In Fig. 8 bis Fig. 15 sind unterschiedliche Anordnungen von Druckerfassungsmitteln gezeigt, mittels welchen eine Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des zweiten Partikelfilters 6 und einer Stelle stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 ebenso erfassbar ist wie eine Beladung des ersten Partikelfilters 5. Je nach Bauraumverhältnissen, Zugänglichkeiten zu jeweiligen Bereichen des Abgastrakts 3 und Art der gewählten Drucksensoren kann mittels dieser Messanordnungen der Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter 6 zuverlässig und rasch bestimmt werden, um so auf einen Schaden am ersten Partikelfilter 5 zu schließen.
Gemäß Fig. 8 umfassen die Druckerfassungsmittel zwei Differenzdrucksensoren 20, 21. Der erste Differenzdrucksensor 20 bedient sich einer ersten Messleitung 22, welche stromaufwärts des ersten Partikelfilters 5 angeordnet ist. Eine stromabwärts des ersten Partikelfilters 5 angeordnete zweite Messleitung 23 des Differenzdrucksensors 20 kann gleichzeitig von dem Differenzdrucksensor 21 mitgenutzt werden, welcher den Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter 6 erfasst.
Bei der in Fig. 9 gezeigten Anordnung der Druckerfassungsmittel erfasst der Differenzdrucksensor 21 den Druck stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 nicht wie bei der Anordnung gemäß Fig. 8 im Bereich des Gehäuses 14, sondern die zweite Messleitung des Differenzdrucksensors 21 reicht im Bereich der Abzweigung der Abgasrückführleitung 8 in den Abgastrakt 3 hinein.
Bei den in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellten Anordnungen der Druckerfassungsmittel kann stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 zusätzlich ein Absolutdrucksensor vorgesehen sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der absolute Druck stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 als Eingangsgröße für eine Regelung der Niederdruck-Abgas- rückführrate durch die Abgasrückführleitung 8 verwendet werden soll. Gemäß Fig. 10 umfassen die Druckerfassungsmittel anstelle der Differenzdrucksensoren 20, 21 drei Absolutdrucksensoren 24. Diese Absolutdrucksensoren 24 erfassen jeweils den Druck an einer Stelle stromaufwärts des ersten Partikelfilters 5, stromabwärts des ersten Partikelfilters 5 und damit stromaufwärts des zweiten Partikelfilters 6 sowie stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 jeweils innerhalb des Gehäuses 14.
Bei der Anordnung der Druckerfassungsmittel, welche in Fig. 1 1 gezeigt ist, ist lediglich der dritte Absolutdrucksensor 24 nicht im Bereich des Gehäuses 14, sondern an der Abzweigung der Abgasrückführleitung 8 in dem Abgastrakt 3 angeordnet.
Die in Fig. 12 dargestellte Anordnung der Druckerfassungsmittel ist weitgehend identisch mit der Anordnung gemäß Fig. 11 , jedoch erfasst hier ein Absolutdrucksensor 24 den absoluten Druck stromaufwärts des ersten Partikelfilters 5 und der Differenzdrucksensor 20 über die Messleitungen 22, 23 den Druckabfall am ersten Partikelfilter 5. Hierbei nutzen der Absolutdrucksensor 24 und der Differenzdrucksensor 20 die gleiche Messleitung 22.
Die Anordnung der Druckerfassungsmittel gemäß Fig. 13 ist weitgehend analog der Anordnung gemäß Fig. 12, jedoch erfasst hier der Absolutdrucksensor 24 den absoluten Druck stromabwärts des ersten Partikelfilters 5 und nutzt gemeinsam mit dem Differenzdrucksensor 20 die Messleitung 23, welche an der Stelle stromabwärts des ersten Partikelfilters 5 dem Messen des Drucks in dem Gehäuse 14 dient.
Auch bei der Anordnung der Druckerfassungsmittel gemäß Fig. 14 liegt der Druck stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 als direkte Messgröße vor, welche mittels eines Absolutdrucksensors 24 erfasst wird. Jedoch wird bei der Anordnung gemäß Fig. 14 der Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter 6 mittels des Differenzdrucksensors 21 bestimmt. Dieser Differenzdrucksensor 21 nutzt gemeinsam mit Absolutdrucksensor 24 eine Messleitung 25, welche stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 auf Höhe der Abzweigung der Abgasrückführleitung 8 in den Abgastrakt 3 hineinreicht.
Bei der in Fig. 15 gezeigten Anordnung der Druckerfassungsmittel liegt der Absolutdruck stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6, welcher ebenso wie bei der Anordnung gemäß Fig. 14 auf Höhe der Abzweigung der Abgasrückführleitung 8 erfasst wird, als indirekte Messgröße vor. Hierbei nutzt der die Messleitung 25 nutzende Differenzdrucksensor 21 , mittels welchem der Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter 6 bestimmbar ist, eine Messleitung 26 gemeinsam mit dem Absolutdrucksensor 24, welcher zum Erfassen des absoluten Drucks zwischen dem ersten Partikelfilter 5 und dem zweiten Partikelfilter 6 dient.
Sofern in dem Luftzufuhrtrakt 11 stromaufwärts des Verdichters 12 ein Absolutdrucksensor angeordnet ist, können sowohl der Absolutdruck stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 bzw. das Druckgefälle über der Abgasrückführleitung 8 auch mittels eines Differenzdrucksensors erfasst werden. Dessen Messleitungen sind dann in dem Luftzufuhrtrakt 11 stromaufwärts des Verdichters 12 und stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 positioniert. In diesem Fall kann bei den in Fig. 12 bis Fig. 14 dargestellten Anordnungen der Druckerfassungsmittel ein Messen des Absolutdrucks stromabwärts des zweiten Partikelfilters 6 entfallen. Bei der Anordnung der Druckerfassungsmittel gemäß Fig. 15 kann dann hingegen das Erfassen des Differenzdrucks an dem zweiten Partikelfilter 6 mittels des Differenzdrucksensors 21 entfallen.
Der Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter 6 kann, insbesondere kontinuierlich, mittels einer Auswerteeinrichtung ausgewertet werden, welche in einer vorliegend nicht gezeigten Steuereinrichtung zum Ansteuern der Verbrennungskraftmaschine 1 angeordnet sein kann. Der Druckabfall wird mit einem Vergleichswert verglichen, welcher einen Neuzustand des ersten Partikelfilters 5 charakterisiert. Überschreitet der gemessene Druckabfall den Vergleichswert um einen vorgegebenen Schwellenwert, wird in einer Überwachungseinrichtung der Steuereinrichtung, welche auch als OBD-Einheit bezeichnet wird (on board diagnosis), ein Alarm ausgelöst.
Der Schwellenwert ist vorliegend in Form einer Kennlinie hinterlegt, welche die Alterung des ersten Partikelfilters 5 berücksichtigt.
Ergänzend oder alternativ kann zum Überwachen des ersten Partikelfilters 5 der Druckabfall an dem zweiten Partikelfilter 6 zu dem Druckabfall an dem ersten Partikelfilter 5 ins Verhältnis gesetzt werden. Hierbei wird dann das gemessene Verhältnis mit einem den Neuzustand der Abgasbehandlungseinrichtung 13 charakterisierenden Verhältnis verglichen. Der Alarm wird ausgelöst, wenn das im Neuzustand große Verhältnis anstatt abzunehmen zunimmt und/oder den Wert des Neuzustands überschreitet. Das Verhältnis wird bevorzugt im Anschluss an ein gemeinsam erfolgendes thermisches Regenerieren der Partikelfilter 5, 6 aus den mittels der Druckerfassungsmittel gemessenen Messwerten gebildet.

Claims

Patentansprüche
1. Abgasbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Partikelfilter (5) und einem in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung (13) stromabwärts des ersten Partikelfilters (5) angeordneten zweiten Partikelfilter (6), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Partikelfilter (6) wenigstens eine von dem Abgas durchströmbare Trageinrichtung (16) umfasst, an welcher eine Filtereinheit (17) angeordnet ist, wobei eine Porengröße der Filtereinheit (17) geringer ist als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung (16).
2. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Porengröße der Filtereinheit (17) wenigstens die Hälfte, insbesondere die Hälfte bis ein Zehntel, der Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung (16) beträgt.
3. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit (17) zum Zurückhalten von Partikeln mittels Oberflächenfiltration ausgebildet ist.
4. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke und/oder eine Porosität der wenigstens einen Trageinrichtung (16) ein Mehrfaches einer Dicke und/oder einer Porosität der Filtereinheit (17) beträgt.
5. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine geringste Erstreckung der wenigstens einen Trageinrichtung (16) quer zur Strömungsrichtung des Abgases ein Mehrfaches, insbesondere mindestens ein Fünffaches, einer Dicke der wenigstens einen Trageinrichtung (16) beträgt.
6. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Trageinrichtung (16) und die Filtereinheit (17) zumindest bereichsweise aus einem gleichen, insbesondere metallischen oder keramischen, Material gebildet sind.
7. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Trageinrichtung (16) stromabwärts und/oder stromaufwärts der Filtereinheit (17) angeordnet ist.
8. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Partikelfilter (6) zumindest im Wesentlichen senkrecht oder geneigt zur Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasbehandlungseinrichtung (13) angeordnet ist.
9. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Partikelfilter (6) wenigstens eine Erhebung (18, 19), insbesondere eine Mehrzahl von konzentrischen und/oder zueinander parallelen Erhebungen (19), aufweist.
10. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Partikelfilter (6) durch eine Wärmeübertragung regenerierbar in einem Abgastrakt (3), insbesondere innerhalb eines den ersten Partikelfilter (5) umgebenden Gehäuses (14), angeordnet ist, wobei die Wärmeübertragung mittels eines thermischen Regenerierens des ersten Partikelfilters (5) bewirkbar ist.
11. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung (13) Druckerfassungsmittel (20, 21 , 24) und eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei mittels der Auswerteeinrichtung eine Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des zweiten Partikelfilters (6) und einer Stelle stromabwärts des zweiten Partikelfilters (6) im Hinblick auf einen Zustand des ersten Partikelfilters (5) auswertbar ist.
12. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein den Zustand des ersten Partikelfilters (5) charakterisierender, insbesondere in Abhängigkeit von einer Alterung des ersten Partikelfilters (5) variabler, Referenzwert der Differenz in einem Speicher abgelegt ist.
13. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung (13) Druckerfassungsmittel (20, 24) zum Erfassen des Drucks stromaufwärts und stromabwärts des ersten Partikelfilters (5) aufweist.
14. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung (13) Druckerfassungsmittel (20, 21 , 24) und eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei
- ein Verhältnis einer Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des zweiten Partikelfilters (6) und einer Stelle stromabwärts des zweiten Partikelfilters (6) zu einer Differenz des Drucks zwischen einer Stelle stromaufwärts des ersten Partikelfilters (5) und einer Stelle stromabwärts des ersten Partikelfilters (5) in einem Speicher abgelegt ist, und wobei
- mittels der Auswerteeinrichtung ein anhand der Druckerfassungsmittel (20, 21 , 24) bestimmtes Verhältnis im Hinblick auf einen Zustand des ersten Partikelfilters (5) auswertbar ist.
15. Abgasbehandlungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, das anhand der Druckerfassungsmittel (20, 21 , 24) bestimmte Verhältnis in Abhängigkeit von einem thermischen Regenerieren zumindest des ersten Partikelfilters (5) auszuwerten.
16. Abgasbehandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasbehandlungseinrichtung (13) eine stromabwärts des zweiten Partikelfilters (6) abzweigende, insbesondere eine Drosseleinrichtung (10) aufweisende, Abgasrückführleitung (8) umfasst.
17. Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung (13) für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welchem Abgas mittels eines ersten Partikelfilters (5) und mittels eines in Strömungsrichtung des Abgases durch die Abgasbehandlungseinrichtung (13) stromabwärts des ersten Partikelfilters (5) angeordneten zweiten Partikelfilters (6) gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels des zweiten Partikelfilters (6) gefilterte Abgas wenigstens eine Trageinrichtung (16) und eine an der wenigstens einen Trageinrichtung (16) angeordnete Filtereinheit (17) durchströmt, wobei eine Porengröße der Filtereinheit (17) geringer ist als eine Porengröße der wenigstens einen Trageinrichtung (16).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es mittels einer Abgasbehandlungseinrichtung (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchgeführt wird.
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