EP4544159A1 - Kraftfahrzeug mit einer verbrennungskraftmaschine und mit einer abgasnachbehandlungsvorrichtung, abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine und partikelfilter - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einer verbrennungskraftmaschine und mit einer abgasnachbehandlungsvorrichtung, abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine und partikelfilter

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EP4544159A1
EP4544159A1 EP23728070.6A EP23728070A EP4544159A1 EP 4544159 A1 EP4544159 A1 EP 4544159A1 EP 23728070 A EP23728070 A EP 23728070A EP 4544159 A1 EP4544159 A1 EP 4544159A1
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EP
European Patent Office
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filter body
liquid
filter
combustion engine
internal combustion
Prior art date
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Application number
EP23728070.6A
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Christoph Hesselmann
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication date
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    • F01N2510/00—Surface coverings
    • F01N2510/06—Surface coverings for exhaust purification, e.g. catalytic reaction

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and with an exhaust gas aftertreatment device, which has a particle filter, with a particle filter housing and with a filter body arrangement, which is designed to separate particles from an exhaust gas stream which can be ejected by the internal combustion engine and flows through the filter body arrangement when used as intended is accommodated in the particle filter housing. Further aspects of the invention relate to an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine and a particle filter.
  • a gasoline particle filter for example, can have a porous ceramic stone (ceramic stone), whose porous surface can ensure that soot particles are reliably filtered from the exhaust gas and thus meet current emissions regulations worldwide.
  • FE filtration efficiency
  • a filter for filtering an exhaust gas from an internal combustion engine with an inflow side and an outflow side is known.
  • the filter is formed from a plurality of fleece layers, the ends of which have a gas-impermeable end region formed by a smooth strip strip on the inflow side and the outflow side.
  • the fleece layers have, at least on one side, a corrugated strip strip which is arranged along the smooth strip strip. Two mutually adjacent fleece layers are spaced apart from one another on the inflow side or the outflow side. Two smooth strip strips directly adjacent to one another are mutually connected to one another in a gas-tight manner on the inflow side and the outflow side.
  • the object of the present invention is to provide a motor vehicle with an internal combustion engine in which fail-safe and effective exhaust gas aftertreatment can take place. It is also an object of the invention to provide a corresponding exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine and a particle filter.
  • a first aspect of the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine and with an exhaust gas aftertreatment device, which has a particle filter, with a particle filter housing and with a filter body arrangement, which is used to separate particles from a filter body arrangement which can be ejected by means of the internal combustion engine and flows through the filter body arrangement when used as intended Exhaust gas flow is formed and accommodated in the particle filter housing.
  • the filter body arrangement can therefore be used overall to filter particles from the exhaust gas stream passing through the filter body arrangement during operation of the internal combustion engine when used as intended, in particular during exhaust gas aftertreatment using the filter body arrangement.
  • the filter body arrangement has filter body elements which are separated from one another by means of at least one liquid-tight, in particular waterproof, layer which is oriented at least substantially in the longitudinal direction of the particle filter.
  • the liquid-tight layer which can also be referred to as a separating layer, can prevent the entire filter body arrangement from being undesirably saturated with liquid, in particular water, if there is liquid in the exhaust gas aftertreatment device that comes into contact with the filter body arrangement .
  • the undesirable suction can lead to an impermissibly high exhaust gas back pressure when the exhaust gas flow flows through the filter body arrangement, which leads to disruptions in the operation of the internal combustion engine can come.
  • the filter body elements can also be completely separated from one another in the transverse direction of extension, in that the at least one liquid-tight layer preferably extends between two opposing housing areas of the particle filter housing and is connected to these opposing housing areas.
  • the layer can in particular be oriented parallel to a plane which is spanned by the longitudinal and transverse extension directions of the particle filter.
  • the longitudinal extension direction can preferably correspond to a flow direction of the exhaust gas stream. In the direction of flow, the exhaust gas flow can pass through the filter body elements when the particle filter is used as intended.
  • the invention is based on the knowledge that the filter body elements, which are usually made of a ceramic material, have fine structures, in particular pores, which enable the particles to be filtered out of the exhaust gas stream, but also promote any suction of one of the filter body elements, in particular due to a capillary effect, through which liquid can be conveyed through the filter body element against the direction of gravity. If there is a sufficiently large amount of liquid, in particular water, which is in contact with the filter body element, the entire filter body element can become saturated in the worst case scenario. If the particle filter has a single, coherent filter body element, the filter body arrangement can become completely moistened. As a liquid, water is a by-product of the combustion of a fuel-air mixture during fired operation of the internal combustion engine.
  • a water-soaked filter body element which - if the particle filter is designed as an Otto particle filter, can also be referred to as an OPF stone - has several serious disadvantages.
  • OPF stone When soaked in liquid water, the exhaust gas back pressure is significantly increased when the internal combustion engine is operated via the fully sucked filter body element, which can lead to apparent errors in various diagnoses relating to the particle filter during operation of the internal combustion engine. At temperatures below the freezing point, i.e.
  • the water absorbed in the filter body element can freeze and, as a result, a significant increase in the exhaust gas counterpressure can occur, which can lead to a complete closure of the exhaust gas aftertreatment device. This results in the vehicle breaking down.
  • the particle filter can also be damaged by the extreme exhaust back pressure.
  • the invention starts here, whereby the liquid-tight layer can prevent all of the filter body elements from being soaked, so that at least one of the filter body elements is prevented from being soaked through the layer and the functionality of the exhaust gas aftertreatment device is ensured even when there is liquid in the exhaust gas aftertreatment device and at temperatures below the freezing point can. This means that fail-safe and effective exhaust gas aftertreatment can take place even under such adverse conditions.
  • the at least one liquid-tight layer is oriented at least essentially perpendicular to the direction of gravity.
  • the layer thereby prevents liquid columns, in particular water columns, which arise in the exhaust gas aftertreatment device from undesirably penetrating all filter body elements without the layer taking up an unnecessarily large amount of installation space within the particle filter housing.
  • the at least one layer can be assigned to the filter body arrangement and therefore also be a layer of the particle filter.
  • the expression “oriented at least substantially perpendicular to the effective direction of gravity” is to be understood as meaning that the at least one layer can preferably lie in a plane whose normal vector can be oriented parallel to the effective direction of gravity.
  • the expression “oriented at least essentially perpendicular to the direction of gravity” can also be understood to mean that the normal vector and the direction of gravity enclose an angle a, where a is, for example, one of the angle values 1°, 2°, 3 °, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°, 10°.
  • the filter body arrangement has a plurality of filter body elements, two of which each Filter body elements are separated from one another by at least one additional layer, which is also liquid-tight and oriented parallel to the at least one liquid-tight layer.
  • first filter body element liquid-tight layer - second filter body element - first additional layer - third filter body element - second additional layer - fourth filter body element.
  • the second additional layer is, for example, geodetically above the liquid level
  • the fourth filter body element becomes full
  • the three geodetically arranged above the fourth filter body element are filled
  • Filter body elements first, second and third filter body elements
  • the at least one liquid-tight layer and the filter body elements are formed from materials that are different from one another. This facilitates, for example, a liquid-tight connection between the particle filter housing and the liquid-tight layer.
  • the layer and the particle filter housing can be formed from the same metallic material and connected to one another, for example in a materially bonded manner.
  • the at least one liquid-tight layer is formed from a material with a greater thermal conductivity than the material of the filter body elements. This promotes rapid heat distribution along the filter body arrangement, which can reduce thermal voltages.
  • the material of the at least one liquid-tight layer is metallic. This can advantageously bring about faster heat distribution within the particle filter housing and along the filter body elements.
  • the liquid-tight layer can therefore be formed from a metallic material, which can contribute to better heating of the particle filter during operation of the internal combustion engine through heat conduction along the layer.
  • the particle filter has at least one projection, which is connected to the liquid-tight layer and is inserted into at least one of the filter body elements in the direction of gravity.
  • This optional embodiment allows faster heat transfer from the layer to at least one filter body element of the filter body arrangement that is geodetically lower than the liquid-tight layer.
  • the at least one projection can be inserted downwards into one of the filter body elements in the direction of gravity.
  • the at least one projection can, for example, be connected in one piece to the liquid-tight layer.
  • the filter body element which is saturated with water and frozen and is arranged geodetically lower than the liquid-tight layer, at ambient temperatures below the freezing point of water, as soon as the internal combustion engine is fired, i.e. with the combustion of a fuel-air mixture. is operated.
  • the at least one projection can be designed as a rib, which can be aligned in the longitudinal direction, preferably in the flow direction of the exhaust gas stream.
  • the at least one liquid-tight layer and the filter body elements are formed from the same material and the at least one liquid-tight layer has a lower porosity and/or a higher density than the filter body elements.
  • the advantage here is that the liquid-tight layer and the filter body elements can therefore have at least similar thermal conductivity, which means that any undesirably high thermal voltages between the layer and the filter body elements can be avoided when the particle filter is heated up during operation.
  • the layer can be more compacted and additionally or alternatively have fewer pores than the filter body elements.
  • a second aspect of the invention relates to an exhaust gas aftertreatment device with at least one particle filter according to the first aspect of the invention. With this exhaust gas aftertreatment device, a particularly fail-safe and effective exhaust gas aftertreatment can take place.
  • a third aspect of the invention relates to a particle filter for a motor vehicle according to the first aspect of the invention and/or for an exhaust gas aftertreatment device according to the second aspect of the invention.
  • exhaust gas aftertreatment can be carried out in a fail-safe and effective manner, even if liquid penetrates into the particle filter.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle with an internal combustion engine which emits an exhaust gas stream which is guided through an exhaust gas aftertreatment device, the particle filter of which has at least one liquid-tight layer which separates different filter body elements of a filter body arrangement of the particle filter from one another.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle K with an internal combustion engine 100 and with an exhaust gas aftertreatment device 10, which has a particle filter 20.
  • the exhaust gas aftertreatment device 10 can also include further exhaust gas aftertreatment units, for example at least one catalytic converter, which can be connected downstream or upstream of the particle filter.
  • particle filters 20 are not further exhaust gas aftertreatment units, such as the catalytic converter shown.
  • the particle filter 20 has a particle filter housing 30 and a filter body arrangement 40.
  • the filter body arrangement 40 is accommodated in the particle filter housing 30 and is used to separate particles from an exhaust gas stream 12 that can be ejected by means of the internal combustion engine 100 and flows through the filter body arrangement 40 when it is used as intended.
  • the exhaust gas stream 12 is illustrated here as an example by an arrow which is shown in Longitudinal direction x of the particle filter 20 is aligned. For this reason, the arrow illustrating the exhaust gas stream 12 also stands for this longitudinal extension direction x.
  • a transverse extension direction y of the particle filter 20 runs perpendicular to the plane of the drawing and thus perpendicular to the longitudinal extension direction x.
  • the filter body arrangement 40 can have a plurality of filter body elements, of which a first filter body element 42 and a second filter body element 44 are shown as examples. Based on Fig. 1 it can be seen that the two filter body elements 42, 44 are separated from one another by a liquid-tight, in particular waterproof, layer 60 oriented in the longitudinal direction x of the particle filter 20.
  • the liquid-tight layer 60 which is oriented perpendicular to the effective direction g of gravity, completely separates the first filter body element 42 and the second filter body element 44 both in the longitudinal direction x and in the transverse direction y.
  • the filter body arrangement 40 can have a plurality of filter body elements 42, 44, of which two of the filter body elements 42, 44 are separated from one another by at least one additional layer 62, 64, which is also liquid-tight and oriented parallel to the at least one liquid-tight layer 60.
  • Fig. 1 indicates the first additional layer 62 and the second additional layer 64 in dashed lines.
  • the waterproof layer 60 and the likewise waterproof additional layers 62, 64 each form a separating layer for different liquid levels h of a liquid 14 (here: water).
  • the liquid-tight layer 60 and the additional layers 62, 64 can be formed from a material with a greater thermal conductivity compared to the material of the filter body elements 42, 44. Accordingly, the liquid-tight layer 60, the additional layers 62, 64 and the filter body elements 42, 44 can be formed from a ceramic material and in particular be designed as a ceramic stone.
  • the Liquid-tight layer 60 and the additional layers 62, 64 can have a lower porosity and, additionally or alternatively, a higher density than the filter body elements 42, 44.
  • the material of the liquid-tight layer 60 and the additional layers 62, 64 can also be metallic, whereby improved thermal conductivity within the liquid-tight layer 60 and the additional layers 62, 64 is achieved.
  • the particle filter 20 has a plurality of projections 22, which is connected, for example, to the liquid-tight layer 60 and is inserted into at least one of the filter body elements 42, 44 in the effective direction g of gravity.
  • the invention addresses the problem that a water-soaked ceramic stone of a particle filter has several serious disadvantages.
  • the exhaust gas back pressure is significantly increased when the internal combustion engine is operating, which can lead to apparent errors in various particle filter diagnoses.
  • the exhaust gas back pressure increases massively until, in the worst case scenario, the exhaust gas aftertreatment device can be completely closed. This can result in the vehicle breaking down.
  • the particle filter can also be damaged by the extreme back pressure.
  • the filter body arrangement for example at least one of the ceramic stones (filter body elements)
  • the particle filter is no longer completely affected by the negative effects of water described above.
  • the soaked part can still freeze, but this can then be compensated for by the much larger dry area of the stone, thereby avoiding breakdowns and emissions deterioration.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (K) mit einer Verbrennungskraftmaschine (100) und mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10), welche einen Partikelfilter (20), mit einem Partikelfilter-Gehäuse (30) und mit einer Filterkörperanordnung (40), die zum Abscheiden von Partikeln aus einem, mittels der Verbrennungskraftmaschine ausstoßbaren und die Filterkörperanordnung (40) bei deren bestimmungsgemäßem Gebrauch durchströmenden Abgasstrom (12) ausgebildet und in dem Partikelfilter-Gehäuse (30) aufgenommen ist. Die Filterkörperanordnung (40) weist Filterkörperelemente (42, 44) auf, welche mittels wenigstens einer zumindest im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung (x) des Partikelfilters (20) orientierten, flüssigkeitsdichten Schicht (60) voneinander getrennt sind. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (100) sowie einen Partikelfilter (20).

Description

Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und Partikelfilter
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche einen Partikelfilter, mit einem Partikelfilter- Gehäuse und mit einer Filterkörperanordnung, die zum Abscheiden von Partikeln aus einem, mittels der Verbrennungskraftmaschine ausstoßbaren und die Filterkörperanordnung bei deren bestimmungsgemäßem Gebrauch durchströmenden Abgasstrom ausgebildet und in dem Partikelfilter-Gehäuse aufgenommen ist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und einen Partikelfilter.
Während Diesel-Partikelfilter seit geraumer Zeit zur Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren zum Einsatz kommen, werden nunmehr auch vermehrt Otto-Partikelfilter verwendet. Dies geschieht im Zuge immer strenger werdender Emissionsvorschriften und um den Anteil an im Vergleich zum Dieselmotor ohnehin bereits geringen Mengen an Rußpartikeln im von Ottomotoren erzeugten Abgas noch weiter zu reduzieren. Ein Otto- Partikelfilter (OPF) kann beispielsweise einen porösen keramischen Stein (Keramik-Stein) aufweisen, durch dessen poröse Oberfläche sichergestellt werden kann, dass Rußpartikel zuverlässig aus dem Abgas gefiltert werden und somit die derzeitigen Emissionsgesetzgebungen weltweit erfüllt werden. Mit zunehmender Schärfe der jeweiligen Gesetzgebung steigen die Anforderung an die Filtrationseffizienz (FE) eines Partikelfilters. Diesem Umstand kann auf Bauteil-Ebene das Partikelfilters durch immer feiner werdende, poröse Strukturen auf dem Keramik-Stein begegnet werden.
Aus der DE 102018216 841 A1 ist ein Filter zur Filterung eines Abgases eines Verbrennungsmotors mit einer Einströmseite und einer Ausströmseite bekannt. Der Filter ist aus einer Mehrzahl von Vlieslagen gebildet, die endseitig auf der Einströmseite und der Ausströmseite (jeweils einen durch einen Glattbandstreifen gebildeten gasundurchlässigen Endbereich aufweisen. Die Vlieslagen weisen zumindest einseitig einen Welllagenstreifen auf, welcher entlang des Glattbandstreifens angeordnet ist. Zwei zueinander benachbarte Vlieslagen sind an der Einströmseite oder der Ausströmseite zueinander beabstandet. Wechselseitig sind an der Einströmseite und der Ausströmseite zwei direkt zueinander benachbarte Glattbandstreifen miteinander gasdicht verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, bei welcher eine ausfallsichere und wirksame Abgasnachbehandlung erfolgen kann. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Abgasnachbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine und einen Partikelfilter bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch einen Partikelfilter gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche einen Partikelfilter, mit einem Partikelfilter-Gehäuse und mit einer Filterkörperanordnung, die zum Abscheiden von Partikeln aus einem, mittels der Verbrennungskraftmaschine ausstoßbaren und die Filterkörperanordnung bei deren bestimmungsgemäßem Gebrauch durchströmenden Abgasstrom ausgebildet und in dem Partikelfilter-Gehäuse aufgenommen ist. Die Filterkörperanordnung kann also insgesamt dazu eingesetzt werden, bei deren bestimmungsgemäßen Gebrauch, insbesondere bei Abgasnachbehandlung anhand der Filterkörperanordnung, Partikel aus dem beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durch die Filterkörperanordnung durchtretenden Abgasstrom zu filtern.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Filterkörperanordnung Filterkörperelemente aufweist, welche mittels wenigstens einer zumindest im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung des Partikelfilters orientierten, flüssigkeitsdichten, insbesondere wasserdichten, Schicht voneinander getrennt sind. Dies ist von Vorteil, da durch die flüssigkeitsdichte Schicht, welche auch als Trennschicht bezeichnet werden kann, ein unerwünschtes Vollsaugen der gesamten Filterkörperanordnung mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, vermieden werden kann, sofern sich in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung Flüssigkeit befindet, die in Kontakt mit der Filterkörperanordnung gelangt. Das unerwünschte Vollsaugen kann zu einem unzulässig hohen Abgasgegendruck beim Durchströmen der Filterkörperanordnung mit dem Abgasstrom führen, wodurch es zu Störungen im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine kommen kann. Zusätzlich zu der Längserstreckungsrichtung können die Filterkörperelemente auch in Quererstreckungsrichtung vollständig voneinander getrennt sein, indem sich die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht bevorzugt zwischen zwei einander gegenüberliegenden Gehäusebereichen des Partikelfilter-Gehäuses erstreckt und mit diesen einander gegenüberliegenden Gehäusebereichen verbunden ist. Die Schicht kann insbesondere parallel zu einer Ebene, die durch die Längs- und Quererstreckungsrichtung des Partikelfilters aufgespannt ist, orientiert sein. Die Längserstreckungsrichtung kann bevorzugt einer Strömungsrichtung des Abgasstroms entsprechen. In der Strömungsrichtung kann der Abgasstrom beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Partikelfilters durch die Filterkörperelemente durchtreten.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Filterkörperelemente, welche üblicherweise aus einem keramischen Werkstoff gebildet sind, feine Strukturen, insbesondere Poren aufweisen, welche das Herausfiltern der Partikel aus dem Abgasstrom ermöglichen, jedoch auch ein etwaiges Vollsaugen eines der Filterkörperelemente begünstigen, insbesondere bedingt durch einen Kapillareffekt, durch welchen Flüssigkeit auch entgegen der Wirkrichtung der Schwerkraft durch das Filterkörperelement gefördert werden kann. Bei einer ausreichend großen Menge an Flüssigkeit, insbesondere Wasser, welche mit dem Filterkörperelement in Kontakt steht, kann es im ungünstigsten Fall zum Vollsaugen des gesamten Filterkörperelements kommen. Sofern der Partikelfilter ein einzelnes, zusammenhängendes Filterkörperelement aufweist, kann es hierbei zum vollständigen Durchfeuchten der Filterkörperanordnung kommen. Wasser stellt als Flüssigkeit ein Nebenprodukt der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches beim befeuerten Betrieb der Verbrennungskraftmaschine dar. Vor allem bei längerem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei niedrigen Lastpunkten können sich größere Mengen an Wasser in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung sammeln. Zudem kann - neben dem Ausbilden von Wasser als Nebenprodukt infolge der Verbrennung - auch aus der Umgebung Wasser in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs eintreten. Dies kann beispielsweise bei starkem Regen oder beim Befahren einer Waschanlage der Fall sein. So können sich beispielsweise in einem Endtopf der Abgasnachbehandlungsvorrichtung und anderen geodätisch tief liegenden Stellen der Abgasnachbehandlungsvorrichtung im ungünstigsten Fall mehrere Liter Wasser als Flüssigkeit ansammeln, die dann infolge eines Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs, also bedingt durch fahrdynamische Bewegungen, bis zum Partikelfilter schwappen können. Aufgrund des porösen Aufbaus eines Filterkörperelements kann sich dieses unter Umständen vollständig mit Wasser voll saugen, selbst wenn nur ein in Wirkrichtung der Schwerkraft unterer Teil des Filterkörperelements im Wasser steht. Die Gefahr des Vollsaugens ist besonders beim Einsatz des Partikelfilters als Unterboden- Partikelfilter gegeben. Ein Wasser getränktes Filterkörperelement, welches - sofern der Partikelfilter als Otto-Partikelfilter ausgebildet ist, auch als OPF-Stein bezeichnet werden kann - hat mehrere gravierende Nachteile. Mit flüssigem Wasser getränkt wird der Abgasgegendruck bei Betrieb der Verbrennungskraftmaschine über das vollgesaugte Filterkörperelement deutlich erhöht, wodurch es bei diversen, den Partikelfilter betreffenden Diagnosen während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine zu Scheinfehlern kommen kann. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes, also unter 0 °C, kann es zu einem Einfrieren des im Filterkörperelement aufgenommenen Wassers und infolgedessen zu erheblichem Anstieg des Abgasgegendruckes kommen, was bis zu einem Komplettverschluss der Abgasnachbehandlungsvorrichtung führen kann. Dies hat eine Panne des Kraftfahrzeugs zur Folge. Der Partikelfilter kann in diesem Fall auch durch den extremen Abgasgegendruck beschädigt werden. Die Erfindung setzt hier an, wobei durch die flüssigkeitsdichte Schicht ein Vollsaugen sämtlicher Filterkörperelemente verhindert werden kann, sodass das Vollsaugen mindestens eines der Filterkörperelemente durch die Schicht verhindert und die Funktionsfähigkeit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung selbst bei in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorhandener Flüssigkeit und bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes sichergestellt werden kann. Damit kann selbst bei derart widrigen Bedingungen eine ausfallsichere und wirksame Abgasnachbehandlung erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung der Schwerkraft orientiert. Dies ist von Vorteil, da die Schicht dadurch in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung entstehende Flüssigkeitssäulen, insbesondere Wassersäulen, an deren unerwünschtem Eindringen in sämtliche Filterkörperelemente hindert, ohne dass die Schicht unnötig viel Bauraum innerhalb des Partikelfilter-Gehäuses beansprucht. Die wenigstens eine Schicht kann der Filterkörperanordnung zugeordnet sein und damit auch eine Schicht des Partikelfilters sein. Unter dem Ausdruck „zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung der Schwerkraft orientiert“ ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verstehen, dass die wenigstens eine Schicht vorzugsweise in einer Ebene liegen kann, deren Normalenvektor parallel zur Wirkrichtung der Schwerkraft orientiert sein kann. Unter dem Ausdruck „zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung der Schwerkraft orientiert“ kann jedoch im Rahmen der Offenbarung auch verstanden werden, dass der Normalenvektor und die Wirkrichtung der Schwerkraft einen Winkel a einschließen, wobei a beispielsweise einem der Winkelwerte 1°, 2°, 3°, 4°, 5°, 6°, 7°, 8°, 9°, 10° entsprechen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Filterkörperanordnung eine Mehrzahl an Filterkörperelementen auf, von welchen jeweils zwei der Filterkörperelemente durch zumindest eine, parallel zu der wenigstens einen flüssigkeitsdichten Schicht orientierte, ebenfalls flüssigkeitsdichte Zusatz-Schicht voneinander getrennt sind. Dies ermöglicht in vorteilhafter weise, dass bei einem niedrigen Flüssigkeitsstand in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung auch nur ein geringes Volumen der Filterkörperanordnung mit der Flüssigkeit vollgesaugt wird.
Zur Veranschaulichung soll folgendes Beispiel dienen:
Weist der Partikelfilter beispielsweise zwei Zusatz-Schichten auf, so können diese beiden Zusatz-Schichten zusammen mit der Schicht gemeinsam vier Filterkörperelement der Filterkörperanordnung flüssigkeitsdicht voneinander trennen. In Wirkrichtung der Schwerkraft kann dann folgende Reihenfolge vorgesehen sein: erstes Filterkörperelement - flüssigkeitsdichte Schicht - zweites Filterkörperelement - erste Zusatz-Schicht - drittes Filterkörperelement - zweite Zusatz-Schicht - viertes Filterkörperelement.
Befindet sich in Bezug auf dieses Beispiel die zweite Zusatz-Schicht beispielsweise geodätisch oberhalb des Flüssigkeitsstandes, so saugt sich auch nur der geodätisch unterste der vier Filterkörperelemente, in diesem Beispiel das vierte Filterkörperelement, voll, wohingegen ein Vollsaugen der geodätisch oberhalb des vierten Filterkörperelements angeordneten drei Filterkörperelemente (erste, zweites und drittes Filterkörperelement) wirksam vermieden werden kann. Insgesamt können die flüssigkeitsdichte Schicht und die Zusatz-Schichten also mehrere Trennschichten für unterschiedliche Flüssigkeitsstände bilden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht und die Filterkörperelemente aus voneinander verschiedenen Werkstoffen gebildet. Dies erleichtert beispielsweise eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Partikelfilter-Gehäuse und der flüssigkeitsdichten Schicht. So können die Schicht und das Partikelfilter-Gehäuse beispielsweise aus dem gleichen metallischen Werkstoff gebildet und miteinander beispielweise stoffschlüssig verbunden werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht aus einem Werkstoff mit einer im Vergleich zum Werkstoff der Filterkörperelemente größeren Wärmeleitfähigkeit gebildet. Dies begünstigt eine schnelle Wärmeverteilung entlang der Filterkörperanordnung, wodurch Thermospannungen verringert werden können. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Werkstoff der wenigstens einen flüssigkeitsdichten Schicht metallisch. In vorteilhafter weise kann dadurch eine schnellere Wärmeverteilung innerhalb des Partikelfilter-Gehäuses und entlang der Filterkörperelemente bewirkt werden. Mit anderen Worten kann die flüssigkeitsdichte Schicht demnach aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein, welcher zu einer besseren Durchwärmung des Partikelfilters beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine durch Wärmeleitung entlang der Schicht beitragen kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Partikelfilter zumindest einen Vorsprung auf, welcher mit der flüssigkeitsdichten Schicht verbunden und in Wirkrichtung der Schwerkraft in zumindest eines der Filterkörperelemente eingeführt ist. Diese optionale Ausgestaltung gestattet eine schnellere Wärmeübertragung von der Schicht auf zumindest ein geodätisch im Vergleich zur flüssigkeitsdichten Schicht tiefer liegendes Filterkörperelement der Filterkörperanordnung. Der zumindest eine Vorsprung kann mit anderen Worten in Schwerkraftrichtung nach unten in eines der Filterkörperelemente eingeführt sein. Der zumindest eine Vorsprung kann beispielsweise einteilig mit der flüssigkeitsdichten Schicht verbunden sein. Dies kann von Vorteil sein, um bei Umgebungstemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser ein etwaiges Auftauen des mit Wasser vollgesaugten und gefrorenen, geodätisch tiefer als die flüssigkeitsdichte Schicht angeordneten Filterkörperelements zu beschleunigen, sobald die Verbrennungskraftmaschine befeuert, also unter Verbrennung eines Kraftstoff-Luft- Gemisches, betrieben wird. Denkbar ist beispielsweise, dass der zumindest eine Vorsprung als Rippe ausgebildet sein kann, welche in Längserstreckungsrichtung, bevorzugt in Strömungsrichtung das Abgasstroms, ausgerichtet sein kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht und die Filterkörperelemente aus dem gleichen Werkstoff gebildet und die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht weist eine geringere Porosität und/oder eine höhere Dichte auf als die Filterkörperelemente. Von Vorteil ist hierbei, dass die flüssigkeitsdichte Schicht und die Filterkörperelemente somit eine zumindest ähnliche Wärmeleitfähigkeit haben können, wodurch beim betriebsbedingten Aufheizen des Partikelfilters etwaige unerwünscht hohe Thermospannungen zwischen der Schicht und den Filterkörperelementen vermieden werden können. Um zu bewirken, dass die Schicht flüssigkeitsdicht ist, kann die Schicht stärker verdichtet sein und zusätzlich oder alternativ weniger Poren aufweisen, als die Filterkörperelemente. Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit wenigstens einem Partikelfilter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei dieser Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann eine besonders ausfallsichere und wirksame Abgasnachbehandlung erfolgen.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft einen Partikelfilter für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Durch diesen Partikelfilter kann eine Abgasnachbehandlung auch bei etwaigem Eindringen von Flüssigkeit in den Partikelfilter ausfallsicher und wirksam erfolgen.
Die in Bezug auf einen der Aspekte vorgestellten, bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die jeweils anderen Aspekte der Erfindung und umgekehrt.
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.
Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt die einzige Fig. (Fig. 1) eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine, die einen Abgasstrom emittiert, der durch eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung geführt wird, deren Partikelfilter wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht aufweist, welche verschiedene Filterkörperelemente einer Filterkörperanordnung des Partikelfilters voneinander trennt.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug K mit einer Verbrennungskraftmaschine 100 und mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10, welche einen Partikelfilter 20 aufweist. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 10 kann neben dem Partikelfilter 20 noch weitere Abgasnachbehandlungseinheiten umfassen, beispielsweise wenigstens einen Katalysator, welcher dem Partikelfilter nachgeschaltet oder vorgeschaltet sein kann. Außer dem Partikelfilter 20 sind vorliegend keine weiteren Abgasnachbehandlungseinheiten, wie der Katalysator gezeigt.
Der Partikelfilter 20 weist ein Partikelfilter-Gehäuse 30 und eine Filterkörperanordnung 40 auf. Die Filterkörperanordnung 40 ist in dem Partikelfilter-Gehäuse 30 aufgenommen und dient zum Abscheiden von Partikeln aus einem, mittels der Verbrennungskraftmaschine 100 ausstoßbaren und die Filterkörperanordnung 40 bei deren bestimmungsgemäßem Gebrauch durchströmenden Abgasstrom 12. Der Abgasstrom 12 ist vorliegend exemplarisch durch einen Pfeil verdeutlicht, welcher in Längserstreckungsrichtung x des Partikelfilter 20 ausgerichtet ist. Aus diesem Grund steht der den Abgasstrom 12 verdeutlichende Pfeil auch für diese Längserstreckungsrichtung x. Eine Quererstreckungsrichtung y des Partikelfilter 20 verläuft senkrecht zur Zeichnungsebene und damit senkrecht zur Längserstreckungsrichtung x.
Die Filterkörperanordnung 40 kann mehrere Filterkörperelemente aufweisen, von welchen exemplarisch ein erstes Filterkörperelement 42 und ein zweites Filterkörperelement 44 gezeigt sind. Anhand von Fig. 1 ist erkennbar, dass die beiden Filterkörperelemente 42, 44 durch eine in Längserstreckungsrichtung x des Partikelfilters 20 orientierte, flüssigkeitsdichte, insbesondere wasserdichte, Schicht 60 voneinander getrennt sind. Die flüssigkeitsdichte und senkrecht zur Wirkrichtung g der Schwerkraft orientierte Schicht 60 trennt dabei das erste Filterkörperelement 42 und das zweite Filterkörperelement 44 vollständig sowohl in Längserstreckungsrichtung x als auch in Quererstreckungsrichtung y.
Die Filterkörperanordnung 40 kann eine Mehrzahl an Filterkörperelementen 42, 44 aufweisen, von welchen jeweils zwei der Filterkörperelemente 42, 44 durch zumindest eine, parallel zu der wenigstens einen flüssigkeitsdichten Schicht 60 orientierte, ebenfalls flüssigkeitsdichte Zusatz-Schicht 62, 64 voneinander getrennt sind. Fig. 1 deutet in gestrichelter Darstellung die erste Zusatz-Schicht 62 und die zweite Zusatz-Schicht 64 an. Die wasserdichte Schicht 60 und die ebenfalls wasserdichten Zusatz-Schichten 62, 64 bilden jeweils eine Trennschicht für unterschiedliche Flüssigkeitsstände h einer Flüssigkeit 14 (hier: Wasser) aus.
Die flüssigkeitsdichte Schicht 60 und die Zusatz-Schichten 62, 64 können aus einem Werkstoff mit einer im Vergleich zum Werkstoff der Filterkörperelemente 42, 44 größeren Wärmeleitfähigkeit gebildet sein. Dementsprechend können die flüssigkeitsdichte Schicht 60, die Zusatz-Schichten 62, 64 und die Filterkörperelemente 42, 44 aus einem keramischen Werkstoff gebildet und insbesondere als Keramik-Stein ausgestaltet sein. Die flüssigkeitsdichte Schicht 60 und die Zusatz-Schichten 62, 64 können eine geringere Porosität und zusätzlich oder alternativ eine höhere Dichte als die Filterkörperelemente 42, 44 aufweisen.
Der Werkstoff der flüssigkeitsdichten Schicht 60 und der Zusatz-Schichten 62, 64 kann alternativ dazu auch metallisch sein, wodurch eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit innerhalb der flüssigkeitsdichten Schicht 60 und der Zusatz-Schichten 62, 64 erzielt wird. In optionaler Ausgestaltung ist denkbar, dass der Partikelfilter 20 mehrere Vorsprünge 22 aufweist, welcher beispielsweise mit der flüssigkeitsdichten Schicht 60 verbunden und in Wirkrichtung g der Schwerkraft in zumindest eines der Filterkörperelemente 42, 44 eingeführt ist.
Zusammenfassend begegnet die Erfindung dem Problem, wonach ein Wasser getränkter Keramik-Stein eines Partikelfilters mehrere gravierende Nachteile hat. Mit flüssigem Wasser getränkt wird der Abgasgegendruck beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine deutlich erhöht, wodurch es bei diversen Partikelfilter-Diagnosen zu Scheinfehlern kommen kann. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser, also unter 0°C, und dadurch im Partikelfilter enthaltenem, gefrorenem Wasser steigt der Abgasgegendruck nochmals massiv an, bis es im ungünstigsten Fall zu einem Komplettverschluss der Abgasnachbehandlungsvorrichtung kommen kann. Dies kann eine Panne des Kraftfahrzeugs zur Folge haben. Der Partikelfilter kann in diesem Fall auch durch den extremen Gegendruck beschädigt werden.
Durch die als Trennschicht wirkende, flüssigkeitsdichte Schicht saugt sich zumindest ein Teil der Filterkörperanordnung, beispielsweise zumindest einer der Keramik-Steine (Filterkörperelemente) nicht mehr mit Wasser voll, sondern nur ein im Wasser stehender, anderer Keramik-Stein der Filterkörperanordnung. Dadurch ist der Partikelfilter nicht mehr komplett von den oben beschriebenen negativen Auswirkungen des Wassers betroffen. Der vollgesogene Teil kann dann zwar nach wie vor einfrieren, allerdings kann dies dann durch den weitaus größeren trockenen Bereich des Steins kompensiert werden, wodurch Pannen und Emissions-Verschlechterungen vermieden werden. Bezugszeichenliste
10 Abgasnachbehandlungsvorrichtung
12 Abgasstrom
14 Flüssigkeit
20 Partikelfilter
22 Vorsprung
30 Partikelfilter-Gehäuse
40 Filterkörperanordnung
42 Filterkörperelement
44 Filterkörperelement
60 Schicht
62 erste Zusatz-Schicht
64 zweite Zusatz-Schicht
100 Verbrennungskraftmaschine g Wirkrichtung h Flüssigkeitsstand
K Kraftfahrzeug x Längserstreckungsrichtung y Quererstreckungsrichtung

Claims

Ansprüche Kraftfahrzeug (K) mit einer Verbrennungskraftmaschine (100) und mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10), welche einen Partikelfilter (20), mit einem Partikelfilter-Gehäuse (30) und mit einer Filterkörperanordnung (40), die zum Abscheiden von Partikeln aus einem, mittels der Verbrennungskraftmaschine ausstoßbaren und die Filterkörperanordnung (40) bei deren bestimmungsgemäßem Gebrauch durchströmenden Abgasstrom (12) ausgebildet und in dem Partikelfilter- Gehäuse (30) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkörperanordnung (40) Filterkörperelemente (42, 44) aufweist, welche mittels wenigstens einer zumindest im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung (x) des Partikelfilters (20) orientierten, flüssigkeitsdichten Schicht (60) voneinander getrennt sind. Kraftfahrzeug (K) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht (60) zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Wirkrichtung (g) der Schwerkraft orientiert ist. Kraftfahrzeug (K) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkörperanordnung (40) eine Mehrzahl an Filterkörperelementen (42, 44) aufweist, von welchen jeweils zwei der Filterkörperelemente (42, 44) durch zumindest eine, parallel zu der wenigstens einen flüssigkeitsdichten Schicht (60) orientierte, ebenfalls flüssigkeitsdichte Zusatz-Schicht (62, 64) voneinander getrennt sind. Kraftfahrzeug (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht (60) und die Filterkörperelemente (42, 44) aus voneinander verschiedenen Werkstoffen gebildet sind. Kraftfahrzeug (K) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht (60) aus einem Werkstoff mit einer im Vergleich zum Werkstoff der Filterkörperelemente (42, 44) größeren Wärmeleitfähigkeit gebildet ist.
6. Kraftfahrzeug (K) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff der wenigstens einen flüssigkeitsdichten Schicht (60) metallisch ist.
7. Kraftfahrzeug (K) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (20) zumindest einen Vorsprung (22) aufweist, welcher mit der flüssigkeitsdichten Schicht (60) verbunden und in Wirkrichtung (g) der Schwerkraft in zumindest eines der Filterkörperelemente (42, 44) eingeführt ist.
8. Kraftfahrzeug (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht (60) und die Filterkörperelemente (42, 44) aus dem gleichen Werkstoff gebildet sind und die wenigstens eine flüssigkeitsdichte Schicht (60) eine geringere Porosität und/oder eine höhere Dichte als die Filterkörperelemente (42, 44) aufweist.
9. Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (100) mit wenigstens einem Partikelfilter (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Partikelfilter (20) für ein Kraftfahrzeug (K) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder für eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9.
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