WO2005093229A2 - Exhaust system for an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

The invention relates to an exhaust system (1), for an internal combustion engine, comprising at least two groups (3, 4) of cylinders (2), whereby each group (3, 4) is provided with a partial exhaust line (5, 6; 12, 13) and the inlet sides of the exhaust lines (5, 6) run separately to a common catalyst housing (7) with a single catalyst block (8). The inlet sides of the exhaust lines (5, 6) run separately to an inlet front face (9) of the catalyst block (8), such that each exhaust line (5, 6) affects a given inlet region (14, 15) of the inlet front face (9) of the catalyst block (8). According to the invention, the service life of the catalyst may be increased and fractures avoided, whereby the inlet regions (14, 15) and/or outlet regions (16, 17) of the catalyst block (8), for different partial exhaust lines (5, 6; 12, 13), are arranged essentially concentric to each other.

Description

Abgasanlage für eine BrennkraftmaschineExhaust system for an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Gruppen von Zylindern, wobei jeder Gruppe ein Abgasteilstrang zugeordnet ist und die eintrittsseitigen Abgasteilstrange separat bis zu einem gemeinsamen Katalysatorgehäuse mit einem einzigen Katalysatorbrick geführt sind, wobei die eintrittsseitigen Abgasteilstrange getrennt bis zu einer Eintrittsstirnseite des Katalysatorbricks geführt sind, so dass jeder Abgasteilstrang einen vordefinierten Eintrittsbereich der Eintrittsstirnseite des Katalysatorbricks beaufschlagt.The invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine with at least two groups of cylinders, with each group being assigned a partial exhaust gas train and the inlet-side partial exhaust gas strands being routed separately to a common catalyst housing with a single catalyst brick, the inlet-side partial exhaust gas string being separated up to an inlet end of the catalyst brick are guided so that each exhaust gas strand acts on a predefined inlet area of the inlet end of the catalyst brick.
Weiters betrifft die Erfindung ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem mindestens einen ersten Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungssystem im Abgasstrang, wobei stromabwärts des ersten Partikelfilters im Abgasstrang zumindest ein zweiter Partikelfilter angeordnet ist und wobei stromaufwärts des ersten Partikelfilters zumindest ein erster Sensor und zwischen erstem und zweitem Partikelfilter zumindest ein zweiter Sensor angeordnet ist.Furthermore, the invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine with at least one exhaust aftertreatment system having at least one first particle filter in the exhaust line, wherein at least one second particle filter is arranged downstream of the first particle filter in the exhaust line and at least one first sensor and between the first and second particle filter upstream of the first particle filter at least one second sensor is arranged.
Zur Nutzung und Erhaltung der gasdynamischen Aktivität der Abgasanlage einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine werden die Abgasstränge gruppenweise zusam- mengefasst und gruppenweise getrennt einer Abgasnachbehandlung unterzogen. Dadurch kann eine gegenseitige Störung der gasdynamischen Aktivität vermieden werden.In order to use and maintain the gas dynamic activity of the exhaust system of a multi-cylinder internal combustion engine, the exhaust lines are grouped together and subjected to exhaust aftertreatment separately in groups. A mutual interference of the gas dynamic activity can thereby be avoided.
Aus der EP 0 852 289 AI ist es bekannt, in jeder Gruppe von Abgasteilsträngen jeweils einen Katalysator anzuordnen. Weiters ist es aus dieser Veröffentlichung auch bekannt, die Katalysatoren beider Gruppen konzentrisch zueinander in einem einzigen Katalysatorgehäuse anzuordnen, wobei das Abgas der einen Gruppe durch einen zentralen zylindrischen Katalysator und das Abgas der zweiten Gruppe durch einen Ringkatalysator strömt. Nach der Katalysatoranordnung verlassen die Abgase beider Gruppen das Katalysatorgehäuse durch eine gemeinsame Abgasleitung. Da pro Abgasteilstrang jeweils ein Katalysator erforderlich ist, ist diese Abgasanlage allerdings relativ kostenaufwendig.From EP 0 852 289 AI it is known to arrange a catalyst in each group of partial exhaust gas strands. Furthermore, it is also known from this publication to arrange the catalysts of both groups concentrically to one another in a single catalyst housing, the exhaust gas of one group flowing through a central cylindrical catalyst and the exhaust gas of the second group flowing through a ring catalyst. After the catalytic converter arrangement, the exhaust gases from both groups leave the catalytic converter housing through a common exhaust pipe. Since a catalytic converter is required for each partial exhaust gas train, this exhaust system is, however, relatively expensive.
Die DE 92 01 320 Ul offenbart eine Katalysatorvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, wobei an das das Katalysatorsubstrat umgebende Gehäuse mindestens zwei mit der Brennkraftmaschine verbindbare Abgaseintrittsrohre und mindestens zwei Gasaustrittsrohre angeschlossen sind, deren Querschnittsflächen auf der Ein- und Austrittsseite jeweils unterschiedlichen Bereichen der zugehörigen Substratsstirnflächen gegenüberliegen. Die US 5,950,423 A beschreibt ein Abgassystem mit einer Katalysatoranordnung, in welche zwei Abgasstränge konzentrisch einmünden. In einer Ausführung ist stromabwärts des Katalysators eine trichterförmige Abgasaufteilungseinrichtung angeordnet. Die Abgasteilstrange sind somit stromabwärts des Katalysators nicht separat weitergeführt, sondern sind unmittelbar stromabwärts des Katalysators und vor Eintritt in eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung vereinigt. Eine frühzeitige Vereinigung der Abgasströme wirkt sich allerdings nachteilig auf die gasdynamischen Aktivitäten aus.DE 92 01 320 U1 discloses a catalytic converter device for internal combustion engines, with at least two exhaust gas inlet pipes and at least two gas outlet pipes that can be connected to the internal combustion engine and at least two gas outlet pipes connected to the housing surrounding the catalyst substrate, the cross-sectional areas of which on the inlet and outlet sides are opposite different areas of the associated substrate end faces. No. 5,950,423 A describes an exhaust gas system with a catalytic converter arrangement, into which two exhaust gas lines open concentrically. In one embodiment, a funnel-shaped exhaust gas distribution device is arranged downstream of the catalytic converter. The partial exhaust gas strands are therefore not continued separately downstream of the catalytic converter, but are combined immediately downstream of the catalytic converter and before they enter a further exhaust gas aftertreatment device. However, an early combination of the exhaust gas flows has a disadvantageous effect on the gas dynamic activities.
Es ist weiters bekannt, die Abgasteilstrange zweier Gruppen von Zylindern einem einen einzigen Katalysatorbrick enthaltenden gemeinsamen Katalysatorgehäuse zuzuführen, wobei das Abgas jeder Gruppe jeweils eine Hälfte des Katalysatorbricks beaufschlagt. Das Abgas der beiden Gruppen ist dabei durch eine Trennwand bis unmittelbar zur Eintrittsstirnseite des Katalysatorbricks getrennt, wobei zwischen Trennwand und der Eintrittsstirnseite des Katalysatorbricks ein vordefinierter Spalt vorgesehen ist. Durch die unterschiedlichen Drücke in den Abgassträngen kommt es allerdings zu einer seitlichen Belastung des Katalysatorbricks, wodurch Sprünge und Brüche im Katalysatorbrick auftreten können.It is also known to feed the exhaust gas branch of two groups of cylinders to a common catalyst housing containing a single catalyst brick, the exhaust gas of each group acting on one half of the catalyst brick. The exhaust gas from the two groups is separated by a partition up to the inlet end of the catalyst brick, a predefined gap being provided between the partition and the inlet end of the catalyst brick. Due to the different pressures in the exhaust gas lines, however, there is a lateral load on the catalyst brick, which can cause cracks and breaks in the catalyst brick.
Es ist bekannt, Partikelfiltersysteme, insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen, zur Steigerung der Abgasqualität einzusetzen. Die Partikelfilter werden ab einer bestimmten Rußbeladung regeneriert, wobei durch den Rußabbrand der Partikelfilter kurzfristig höheren Temperaturen ausgesetzt ist. Dadurch kommt es zu thermischen Spannungen im Filtersubstrat, was zu Haarrissen führen kann, welche den Wirkungsgrad des Partikelfilters verringern. Die Filtersubstrate von Partikelfiltersystemen bestehen zumeist aus Siliziumcarbid oder Korderiete-Ke- ramiken mit wabenförmiger Struktur. Derartige Systeme haben Filterwirkungsgrade für die unlösliche Partikelfraktion zwischen 90% und 99%. Mit diesen hohen Wirkungsgraden können die aktuellen gesetzlichen Grenzwerte für die PKW- Zertifizierung erreicht und sogar um eine Größenordnung unterschritten werden. Dies bedeutet, dass bei Beschädigungen der Makrostruktur, wie etwa Haarrisse, wie sie typischerweise während der gesetzlich geforderten Lebensdauer von 120.000 km eines Partikelfilters auftreten, zwar die Effizienz verschlechtert wird, das Einhalten der Grenzwerte aber dennoch gewährleistet ist. Diese Situation ändert sich, wenn die Grenzwerte in zukünftigen Abgasvorschriften um eine Größenordnung gesenkt werden. Mit den derzeit im Einsatz befindlichen Partikelfiltersystemen kann dann die dauerhafte Einhaltung der Grenzwerte nicht mehr gewährleistet werden.It is known to use particle filter systems, in particular in diesel internal combustion engines, to increase the exhaust gas quality. The particle filters are regenerated from a certain soot load, whereby the soot burn-up means that the particle filter is exposed to higher temperatures for a short time. This leads to thermal stresses in the filter substrate, which can lead to hairline cracks, which reduce the efficiency of the particle filter. The filter substrates of particle filter systems mostly consist of silicon carbide or Korderiete ceramics with a honeycomb structure. Such systems have filter efficiencies for the insoluble particle fraction between 90% and 99%. With these high levels of efficiency, the current legal limits for car certification can be reached and even undercut by an order of magnitude. This means that if the macrostructure is damaged, such as hairline cracks, which typically occur during the legally required service life of 120,000 km of a particle filter, the efficiency is adversely affected, but compliance with the limit values is nevertheless guaranteed. This situation changes when the limit values are reduced by an order of magnitude in future exhaust gas regulations. With the particle filter systems currently in use, permanent compliance with the limit values can then no longer be guaranteed.
Es ist bekannt, dem Partikelfilter einen Oxidationskatalysator vorzuschalten, um die Effizienz des Rußfilters zu steigern. Der dem Partikelfilter vorgeschaltete Oxi- dationskatalysator oxidiert NO zu NO2. NO2 wiederum oxidiert den Ruß, der hauptsächlich aus Kohlenstoff besteht, zu CO2.It is known to connect an oxidation catalytic converter upstream of the particle filter in order to increase the efficiency of the soot filter. The upstream of the particle filter dation catalyst oxidizes NO to NO 2 . NO 2 in turn oxidizes the soot, which consists mainly of carbon, to CO 2 .
Aus der JP 60-043113 A ist ein Abgassystem bekannt, in welchem ein Partikelfilter stromabwärts eines Katalysators angeordnet ist. Partikelfilter und Katalysator sind jeweils in einem eigenen Gehäuse untergebracht.An exhaust system is known from JP 60-043113 A, in which a particle filter is arranged downstream of a catalytic converter. Particle filter and catalytic converter are each housed in their own housing.
Die EP 0 405 310 A2 offenbart eine Abgasanlage mit einem Oxidationskatalysator, der dem Rußfilter vorgeschaltet ist. Oxidationskatalysator und Partikelfilter sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.EP 0 405 310 A2 discloses an exhaust system with an oxidation catalyst, which is connected upstream of the soot filter. Oxidation catalyst and particle filter are arranged in a common housing.
Die EP 0 154 145 A2 beschreibt einen Einrichtung zur Reinigung der Abgase von Dieselmotoren mit hintereinander angeordneten Filterelementen zur Abtrennung von Rußteilchen, wobei mindestens ein Filterelement einen die Zündtemperatur des Rußes senkenden und seinen Abbrand fördernden Katalysator trägt, und wobei mindestens ein Filterelement einen die Verbrennung gasförmiger Schadstoffe fördernden Katalysator trägt, wobei die Filterelemente mit unterschiedlichen Katalysatoren einander mehrfach abwechseln. Derartige Partikelfilter mit kataly- tischer Beschichtung sind allerdings kostenaufwendiger als Partikelfilter, welche einem Katalysator zur Abgasnachbehandlung nachgeschaltet sind.EP 0 154 145 A2 describes a device for cleaning the exhaust gases of diesel engines with filter elements arranged one behind the other for the separation of soot particles, at least one filter element carrying a catalyst which lowers the ignition temperature of the soot and promotes its combustion, and at least one filter element carries the gaseous combustion Catalyst promoting pollutants carries, the filter elements with different catalysts alternate several times. Particle filters of this type with a catalytic coating are, however, more expensive than particle filters which are connected downstream of a catalytic converter for exhaust gas aftertreatment.
Weiters ist aus der DE 32 03 237 AI ein Abgasfilter für Verbrennungsmotoren mit einem Filtereinsatz bekannt, welcher aus mehreren verdichteten, axial übereinander angeordneten Drahtgewebescheiben, die von metallischen Einfassungen verschiedenster Ausführungen umfasst sind, wobei die aneinander anliegenden Einfassungen jeweils miteinander verschweißt sind. Das Rußrückhaltevermögen und somit der Wirkungsgrad sind allerdings schlechter als bei standardmäßigen Partikelfiltersystemen aus Filtersubstraten, welche aus SiC oder Korderiete-Ke- ramiken bestehen.Furthermore, from DE 32 03 237 AI an exhaust gas filter for internal combustion engines with a filter insert is known, which consists of a plurality of compressed, axially arranged wire mesh disks, which are surrounded by metallic enclosures of various designs, the adjoining enclosures being welded to one another. The soot retention capacity and thus the efficiency are, however, worse than with standard particle filter systems made of filter substrates, which consist of SiC or Korderiete ceramics.
Die FR 2 795 132 AI offenbart ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine mit zwei in einem Gehäuse hintereinander angeordneten Partikelfiltern. Der dem ersten Partikelfilter nachgeschaltete zweite Partikelfilter ist dabei kleiner dimensioniert als der erste. Vor dem ersten Partikelfilter und zwischen den beiden Partikelfiltern sind Drucksensoren angeordnet, um den Druckabfall des ersten Partikelfilters zu ermitteln. Dadurch können die bei einem Filterbruch auftretenden Druckänderungen vor dem ersten Partikelfilter und zwischen den Partikelfiltern gemessen und entsprechende Schlüsse gezogen werden. Es ist aber nicht möglich, den zweiten Partikelfilter bzw. jeden Partikelfilter für sich zu bewerten.FR 2 795 132 AI discloses an exhaust system for an internal combustion engine with two particle filters arranged one behind the other in a housing. The second particle filter downstream of the first particle filter is dimensioned smaller than the first. Pressure sensors are arranged in front of the first particle filter and between the two particle filters in order to determine the pressure drop of the first particle filter. As a result, the pressure changes occurring in the event of a filter break can be measured before the first particle filter and between the particle filters and appropriate conclusions can be drawn. However, it is not possible to evaluate the second particle filter or each particle filter for itself.
Abgassysteme mit hintereinander angeordneten Partikelfiltern sind weiters aus der DE 199 23 781 AI und der US 4,887,427 A bekannt. Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer Abgasanlage der eingangs genannten Art die Standzeit des Katalysators zu erhöhen.Exhaust systems with particle filters arranged one behind the other are also known from DE 199 23 781 AI and US 4,887,427 A. The object of the invention is to avoid these disadvantages and to increase the service life of the catalyst in an exhaust system of the type mentioned.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die dauerhafte Einhaltung von gesetzlichen Grenzwerten zu gewährleisten.Another object of the invention is to ensure permanent compliance with legal limit values.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Eintrittsbereiche und/oder Austrittsbereiche des Katalysatorbricks von verschiedenen Abgasteilsträngen im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind und dass jeder Austrittsbereich in Strömungsrichtung fluchtend mit einem Eintrittsbereich des entsprechenden eintrittseitigen Abgasteilstranges ausgebildet ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass ein eintrittsseitiger erster Abgasteilstrang im Bereich des Eintritts in den Katalysatorbrick innerhalb eines vorzugsweise durch einen Eintrittskonus gebildeten Bereiches eines eintrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges geführt ist. Der eintrittsseitige erste Abgasteilstrang kann in den Eintrittskonus des eintrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges eingefügt und mit diesem verschweißt sein. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Eintrittskonus als Gussstück ausgeführt ist, wobei vorzugsweise der Eintrittskonus ein dem eintrittsseitigen ersten Abgasteilstrang zugehöriges, vorzugsweise konisches inneres Rohr aufweist. Analog dazu kann weiters vorgesehen sein, dass ein austrittsseitiger erster Abgasteilstrang im Bereich des Austritts aus dem Katalysatorbrick innerhalb eines vorzugsweise durch einen Austrittskonus gebildeten Bereiches eines aus- trittsseitigen zweiten Abgasteilstranges geführt ist, wobei vorzugsweise der aus- trittsseitige erste Abgasteilstrang in den Austrittskonus des austrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges eingefügt und mit diesem verschweißt ist. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Austrittskonus als Gussstück ausgeführt ist, wobei vorzugsweise der Austrittskonus ein dem austrittsseitigem ersten Abgasteilstrang zugehöriges, vorzugsweise konisches, inneres Rohr aufweist. Das vorzugsweise konische innere Rohr kann jeweils ein- oder mehrteilig mit dem Eintritts- oder Austrittskonus ausgeführt sein.According to the invention, this is achieved in that the inlet areas and / or outlet areas of the catalyst brick of different exhaust gas partial strands are arranged essentially concentrically to one another and that each outlet area is designed to be flush with an inlet area of the corresponding inlet-side partial exhaust gas strand. It is preferably provided that an inlet-side first exhaust gas partial strand is guided in the region of the entry into the catalyst brick within a region of an inlet-side second exhaust gas strand preferably formed by an inlet cone. The inlet-side first exhaust gas strand can be inserted into the inlet cone of the inlet-side second exhaust gas strand and welded to it. As an alternative to this, it can be provided that the inlet cone is designed as a cast piece, the inlet cone preferably having a preferably conical inner tube associated with the inlet-side first exhaust gas partial section. Analogously to this, it can further be provided that an outlet-side first exhaust gas strand is guided in the area of the outlet from the catalyst brick within a region of an outlet-side second exhaust gas strand which is preferably formed by an outlet cone, the outlet-side first exhaust gas strand preferably being led into the outlet cone of the outlet-side second tube Exhaust gas strand inserted and welded to it. As an alternative to this, it can be provided that the outlet cone is designed as a cast piece, the outlet cone preferably having a preferably conical inner tube associated with the outlet-side first exhaust gas partial line. The preferably conical inner tube can each be made in one or more parts with the inlet or outlet cone.
Zwischen den eintritts- und den austrittsseitigen ersten Abgasteilsträngen und dem Katalysatorbrick ist dabei ein vordefinierter Spalt ausgebildet, um mechanische Spannungen im Katalysatorbrick zu vermeiden. Im Bereich der Spalten kann zwischen den ersten Abgasteilsträngen und dem Katalysatorbrick ein Dichtungsmittel vorgesehen sein, um den ersten Abgasteilstrang vom zweiten Abgasteilstrang zu trennen. Das Dichtungsmittel kann als Labyrinthdichtung ausgebildet sein, wobei besonders vorzugsweise eine durch Formgebung des Katalysatorbricks gebildete Stufe oder Rille die Abdichtung des vorzugsweise konischen Innenrohres gegenüber dem zweiten Abgasteilstrang verbessert. Das Dichtungsmittel kann auch als Weichstoffdichtung umgebildet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass im Bereich des Spaltes eine λ-Sonde so angeordnet ist, dass die Abgasströme aus allen Gruppen von Zylindern mit dieser λ-Sonde überwachbar sind. Zur Aufnahme der λ-Sonde weit das Dichtungsmittel vorzugsweise zumindest einen Materialdurchbruch auf. In Ergänzung zu einer λ-Sonde im Bereich der Eintrittsstirnseite kann zu Diagnosezwecken eine zweite λ-Sonde im Bereich der Austrittsstirnseite angeordnet sein. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass im Bereich des Eintritts- bzw. Austrittskonus oder im Bereich des Eintrittes bzw. Austrittes des ersten Abgasteilstranges in den bzw. aus dem zweiten Abgasteilstrang zumindest eine λ-Sonde so angeordnet ist, dass die Abgasströme beider Abgasteilstrange überwacht werden können. Dabei kann vorgesehen sein, dass die λ-Sonde an eine Strömungsverbindung zwischen erstem und zweitem Abgasteilstrang grenzt. Der Querschnitt der Strömungsverbindung ist so klein, dass die gasdynamische Aktivität nicht oder kaum beeinflusst wird. Dadurch, dass jede λ-Sonde die Abgasstränge beider Gruppen erkennen kann, kann die Anzahl an λ-Sonden wesentlich reduziert werden.A predefined gap is formed between the inlet and the outlet-side first exhaust gas strands and the catalyst brick in order to avoid mechanical stresses in the catalyst brick. In the area of the gaps, a sealing means can be provided between the first partial exhaust gas strands and the catalyst brick in order to separate the first partial exhaust gas strand from the second partial exhaust gas strand. The sealing means can be designed as a labyrinth seal, with a step or groove formed by shaping the catalyst brick particularly preferably improving the sealing of the preferably conical inner tube with respect to the second partial exhaust gas line. The sealant can also be formed as a soft material seal. In a particularly advantageous embodiment variant, it is provided that a λ probe is arranged in the region of the gap in such a way that the exhaust gas flows from all groups of cylinders can be monitored with this λ probe. To accommodate the λ probe, the sealant preferably has at least one material breakthrough. In addition to a λ probe in the area of the entry face, a second λ probe can be arranged in the area of the exit face for diagnostic purposes. Alternatively, it can be provided that at least one λ-probe is arranged in the area of the inlet or outlet cone or in the area of the entry or exit of the first partial exhaust line into or out of the second partial exhaust line such that the exhaust gas flows of both partial exhaust lines are monitored can. It can be provided that the λ probe borders on a flow connection between the first and second partial exhaust gas strands. The cross-section of the flow connection is so small that the gas dynamic activity is not or hardly influenced. The fact that each λ probe can recognize the exhaust gas lines of both groups means that the number of λ probes can be significantly reduced.
Der Katalysatorbrick kann aus Keramik bestehen.The catalyst brick can be made of ceramic.
Eine dauerhafte Einhaltung von gesetzlichen Grenzwerten kann dadurch gewährleistet werden, dass stromabwärts des zweiten Partikelfilters zumindest ein dritter Sensor angeordnet ist. Durch den dritten Sensor kann eine separate Bewertung jedes einzelnen Partikelfilters vorgenommen werden. Es ist somit nicht nur möglich Defekte des ersten, sondern auch des zweiten Partikelfilters sofort festzustellen. Der dritte Sensor kann temperatursensitiv und/oder drucksensitiv ausgebildet sein. Insbesondere durch einen Drucksensor kann ungewöhnlicher Druckabfall am zweiten Partikelfilter sofort erfasst werden. Es ist aber auch möglich, zumindest einen Sensor als akustischen oder photoakustischen Sensor auszubilden. Stromaufwärts des ersten Partikelfilters kann zumindest ein Oxidationskatalysator angeordnet sein. Durch den Oxidationskatalysator wird die Effizienz der Partikelfilter erhöht.Permanent compliance with legal limit values can be ensured by arranging at least one third sensor downstream of the second particle filter. The third sensor can be used to separately evaluate each individual particle filter. It is therefore not only possible to immediately detect defects in the first, but also in the second particle filter. The third sensor can be designed to be temperature-sensitive and / or pressure-sensitive. In particular, a pressure sensor can be used to immediately detect unusual pressure drops at the second particle filter. However, it is also possible to design at least one sensor as an acoustic or photoacoustic sensor. At least one oxidation catalyst can be arranged upstream of the first particle filter. The oxidation catalyst increases the efficiency of the particle filter.
Erster und zweiter Partikelfilter können somit in Serie unmittelbar hintereinander angeordnet sein. Der in Strömungsrichtung zuerst angeordnete größere erste Partikelfilter ist von der Dimensionierung her so ausgelegt, dass der Betrieb uneingeschränkt möglich ist, das heißt, die Auslegung der Beladungs- und Regenerationsstrategie orientiert sich an diesem ersten Partikelfilter. Unmittelbar nach diesem ersten Partikelfilter ist der deutlich kleinere zweite Partikelfilter in Serie geschaltet. Dieser zweite Partikelfilter erhöht im Normalbetrieb die Filtereffizienz und stellt bei Beschädigung des ersten Partikelfilters die nötige Filterwirkung des Gesamtsystems sicher. Da dieser zweite Partikelfilter im Vergleich zum strom- aufwärtigen ersten Partikelfilter deutlich niedriger belastet wird, ist der Bedarf an Regeneration deutlich geringer. Zudem liegt der zweite Partikelfilter durch die Anordnung unmittelbar nach dem ersten Partikelfilter während der Regeneration im heißen Abgasstrom, so dass ein Rußabbrand im zweiten Partikelfilter gewährleistet ist. Durch die niedrigere Rußbeladung des zweiten Partikelfilters werden Temperaturspitzen, wie sie während der Filterregeneration bedingt durch den Rußabbrand typischerweise auftreten, vermieden.The first and second particle filters can thus be arranged in series one behind the other. The dimensioning of the larger first particle filter, which is arranged first in the flow direction, is such that operation is possible without restriction, that is to say the design of the loading and regeneration strategy is based on this first particle filter. Immediately after this first particle filter, the significantly smaller second particle filter is connected in series. This second particle filter increases the filter efficiency in normal operation and ensures the necessary filter effect of the entire system if the first particle filter is damaged. Since this second particle filter has a significantly lower load compared to the upstream first particle filter, the demand is on Regeneration significantly less. In addition, due to the arrangement, the second particle filter is located immediately after the first particle filter during the regeneration in the hot exhaust gas stream, so that soot burn-off in the second particle filter is ensured. Due to the lower soot loading of the second particle filter, temperature peaks, which typically occur during filter regeneration due to the soot burn-off, are avoided.
Zumindest ein Partikelfilter weist eine Partikelfilterstruktur mit Filterkanälen auf. Das Abgas muss dabei bedingt durch die Partikelfilterstruktur die Wand zwischen angrenzenden Filterkanälen passieren.At least one particle filter has a particle filter structure with filter channels. Due to the particle filter structure, the exhaust gas has to pass the wall between adjacent filter channels.
Die Partikelfilter bestehen vorteilhafter Weise aus Filtersubstraten, vorzugsweise aus Sintermetall, Siliziumcarbid, Korderiete oder ähnlichen Keramiken, wobei zur Steigerung des Wirkungsgrades zumindest ein Partikelfilter eine katalytische Beschichtung aufweisen kann.The particle filters advantageously consist of filter substrates, preferably of sintered metal, silicon carbide, cord rivets or similar ceramics, with at least one particle filter having a catalytic coating to increase the efficiency.
Zumindest zwei Bauteile aus der Gruppe Oxidationskatalysator, erster Partikelfilter und zweiter Partikelfilter können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Alternativ dazu ist es aber auch möglich, die Bauteile in getrennten Gehäusen unterzubringen. Erster und zweiter Partikelfilter sind in Strömungsrichtung voneinander beabstandet, um Thermospannungen auszugleichen.At least two components from the group consisting of an oxidation catalyst, a first particle filter and a second particle filter can be arranged in a common housing. Alternatively, it is also possible to accommodate the components in separate housings. The first and second particle filters are spaced apart in the flow direction in order to compensate for thermal stresses.
Der zweite Partikelfilter wird somit niedriger belastet, Beschädigungen des zweiten Partikelfilters sind deshalb weniger wahrscheinlich. Tritt dennoch ein Fehler des zweiten Partikelfilters auf, so kann er über den dritten Sensor sofort detek- tiert werden.The second particle filter is thus less loaded, so damage to the second particle filter is less likely. If an error occurs in the second particle filter, it can be detected immediately via the third sensor.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:The invention is explained in more detail below with reference to the figures. They show schematically:
Fig. 1 eine bekannte Abgasanlage;1 shows a known exhaust system;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Abgasanlage;2 shows an exhaust system according to the invention;
Fig. 3 das Detail III dieser Abgasanlage aus Fig. 2;FIG. 3 shows detail III of this exhaust system from FIG. 2;
Fig. 4 das Detail III in einer Ausführungsvariante;4 shows detail III in an embodiment variant;
Fig. 5 das Detail V aus Fig. 3 in einer ersten Ausführungsvariante;5 shows the detail V from FIG. 3 in a first embodiment variant;
Fig. 6 das Detail V aus Fig. 3 in einer zweiten Ausführungsvariante;6 shows the detail V from FIG. 3 in a second embodiment variant;
Fig. 7 das Detail V aus Fig. 3 in einer dritten Ausführungsvariante;7 shows the detail V from FIG. 3 in a third embodiment variant;
Fig. 8 das Detail V aus Fig. 3 in einer vierten Ausführungsvariante; und Fig. 9 eine in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung.8 shows the detail V from FIG. 3 in a fourth embodiment variant; and 9 shows an exhaust gas aftertreatment device arranged in an exhaust line of an internal combustion engine.
Fig. 1 zeigt eine bekannt Abgasanlage 21 mit mehreren Zylindern 22. Jeder Gruppe 23, 24 von Zylindern 22 ist jeweils ein Abgasteilstrang 25, 26 zugeordnet. Die beiden Abgasteilstrange 25, 26 sind getrennt bis zu einem für beide Abgasteilstrange 25, 26 gemeinsamen Katalysatorgehäuse 27 geführt, in welchem ein einziger Katalysatorbrick 28 angeordnet ist. Die beiden Abgasteilstrange 25, 26 enden unmittelbar vor einer Eintrittsstirnseite 29 des Katalysatorbricks 28, wobei eine Trennwand 30 zwischen den beiden Abgasteilsträngen 25, 26 bis kurz vor dem Katalysatorbrick 28 geführt ist, diesen aber nicht berührt. An die Austrittsstirnseite 31 des Katalysatorbricks 28 schließen austrittsseitige Abgasteilstrange 32, 33 an, wobei die Eintrittsbereiche 34; 35 der Eintrittsstirnseite 29 und die Austrittsbereiche 36; 37 der Austrittsstirnseite 31 des Katalysatorbrick 28 in Strömungsrichtung fluchtend zueinander angeordnet sind, so dass jede Hälfte des Katalysatorbricks 28 nur vom Abgas einer Gruppe 23, 24 von Zylindern 22 durchströmt wird. Durch die unterschiedlichen Drücke in den Abgasteilsträngen 25, 26 kommt es allerdings zu einer seitlichen Belastung des Katalysatorbricks 28, was zu Brüchen und Sprüngen innerhalb des Katalysatorbricks 28 führen kann.1 shows a known exhaust system 21 with a plurality of cylinders 22. Each exhaust group 23, 24 of cylinders 22 is assigned a partial exhaust line 25, 26. The two exhaust gas strands 25, 26 are guided separately to a catalyst housing 27 common to both exhaust gas strands 25, 26, in which a single catalyst brick 28 is arranged. The two partial exhaust gas strands 25, 26 end immediately in front of an inlet end 29 of the catalyst brick 28, a partition 30 being guided between the two partial exhaust gas strands 25, 26 until just before the catalyst brick 28, but not touching it. Exhaust partial strands 32, 33 are connected to the outlet end 31 of the catalyst brick 28, the inlet regions 34; 35 of the entry face 29 and the exit areas 36; 37 of the outlet end face 31 of the catalyst brick 28 are arranged in alignment with one another in the flow direction, so that each half of the catalyst brick 28 is only flowed through by exhaust gas from a group 23, 24 of cylinders 22. Due to the different pressures in the exhaust gas strands 25, 26, however, there is a lateral load on the catalyst brick 28, which can lead to breaks and jumps within the catalyst brick 28.
Fig. 2 und Fig. 3 zeigen eine erfindungsgemäße Abgasanlage 1 für eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern 2, welche abgasmäßig zu zwei Gruppen 3, 4 zusammengefasst sind. Das Abgas der ersten Gruppe 3 wird in einem ersten Abgasteilstrang 5, das Abgas der zweiten Gruppe 4 in einem zweiten Abgasteilstrang 6 zusammengefasst. Die beiden Abgasteilstrange 5, 6 werden separat bis zu einem gemeinsamen Katalysatorgehäuse 7 geführt, in welchem ein einziger Katalysatorbrick 8 angeordnet ist. Die beiden eintrittsseitigen Abgasteilstrange 5, 6 sind bis unmittelbar vor die Eintrittsstirnseite 9 des Katalysatorbricks 8 getrennt geführt. An die Austrittsstirnseite 11 des Katalysatorbricks 8 schließen zwei separate austrittsseitige Abgasteilstrange 12, 13 an. Die Einstrittsbereiche 14, 15 und die Austrittsbereiche 16, 17 der ersten und zweiten Abgasteilstrange 5, 12; 6, 13 sind in Strömungsrichtung fluchtend zueinander ausgebildet, so dass das Abgas der beiden Gruppen 3, 4 in unterschiedlichen Bereichen des Katalysatorbricks 8 diesen durchströmt.FIGS. 2 and 3 show an exhaust system 1 according to the invention for an internal combustion engine with a plurality of cylinders 2, which are combined into two groups 3, 4 in terms of exhaust gas. The exhaust gas from the first group 3 is combined in a first exhaust sub-branch 5, the exhaust gas from the second group 4 in a second exhaust sub-branch 6. The two exhaust gas strands 5, 6 are led separately to a common catalyst housing 7, in which a single catalyst brick 8 is arranged. The two partial exhaust gas strands 5, 6 on the inlet side are routed separately up to just in front of the inlet end face 9 of the catalyst brick 8. Two separate exhaust-side partial strands 12, 13 connect to the outlet end 11 of the catalyst brick 8. The inlet areas 14, 15 and the outlet areas 16, 17 of the first and second exhaust gas strands 5, 12; 6, 13 are designed in alignment with one another in the flow direction, so that the exhaust gas of the two groups 3, 4 flows through the catalyst brick 8 in different areas thereof.
Wesentlich ist, dass die Eintrittsbereiche 14, 15 der Eintrittsstirnseite 9 konzentrisch bezüglich der Längsachse 8a des Katalysatorbricks 8 angeordnet sind. Genau so ist es wichtig, dass die Austrittsbereiche 16, 17 der Austrittsstirnseite 11 konzentrisch zur Längsachse 8a des Katalysatorbricks 8 ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass das Abgas des ersten Abgasteilstranges 5 den Katalysatorbrick 8 nur in einem Kernbereich, und das Abgas des zweiten Abgasteilstran- ges 6 den Katalysatorbrick 8 in einem dem Kernbereich 18 umgebenden ringförmigen Umfangsbereich 19 durchströmt. Der Katalysatorbrick 8 wird somit durch die unterschiedlichen Drücke in den Abgassträngen 5, 6 gleichmäßig radial belastet, wodurch Brüche weitgehend vermieden werden können. Da die Druckpulsationen der beiden Abgasteilstrange 5, 6 im Katalysatorbrick 8 nur mehr radial von innen nach außen oder von außen nach innen wirken, kommt es zu keiner Schädigung des Katalysatorbricks 8. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Wärme an die Umgebung abgebende Oberfläche sehr gering gehalten werden kann und so die Aufheizzeit des Katalysators vermindert werden kann.It is essential that the inlet regions 14, 15 of the inlet end face 9 are arranged concentrically with respect to the longitudinal axis 8a of the catalyst brick 8. It is just as important that the outlet regions 16, 17 of the outlet end face 11 are formed concentrically to the longitudinal axis 8a of the catalyst brick 8. It is thereby achieved that the exhaust gas of the first exhaust gas strand 5 only has the catalyst brick 8 in a core area, and the exhaust gas of the second exhaust gas strand 5 6 flows through the catalyst brick 8 in an annular peripheral region 19 surrounding the core region 18. The catalyst brick 8 is thus evenly radially loaded by the different pressures in the exhaust lines 5, 6, whereby breaks can be largely avoided. Since the pressure pulsations of the two exhaust gas strands 5, 6 in the catalyst brick 8 only act radially from the inside to the outside or from the outside to the inside, there is no damage to the catalyst brick 8. Another advantage of this arrangement is that the heat is released to the environment can be kept very low and the heating time of the catalyst can be reduced.
Wie den Figuren 2 und 3 zu entnehmen ist, sind die Abgasteilstrange 5, 6, 12, 13 im Bereich des Eintrittes und des Austrittes in bzw. aus dem Katalysatorgehäuse 27 in einer Rohr-in-Rohr-Konstruktion angeordnet, wobei das konische Rohr 5a des ersten Abgasstranges 5 in einen Eintrittskonus 6a des eintrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges 6 eingefügt und verschweißt ist. Auch der austrittsseitige erste Abgasteilstrang 12 ist in einen Austrittskonus 13a des austrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges 13 eingefügt und mit diesem verschweißt. Alternativ dazu können die Eintritts- und Austrittskonen 6a, 13a als Gussstücke ausgeführt sein, wobei die inneren Rohre 5a, 12a ein- oder mehrteilig mit den Ein- und Austrittskonen 6a, 13a ausgeführt sein können. Die inneren Rohre 5a, 12a des eintritts- und austrittsseitigen ersten Abgasteilstranges 5 bzw. 12 reichen dabei bis auf einen geringen Abstand an den Katalysatorbrick 8 heran und sind somit nicht direkt mit diesem verbunden. Im Bereich des solcher Art ausgebildeten Spaltes s zwischen dem inneren Rohr 5a, 12a des ersten Abgasteilstranges 5, 12 ist jeweils eine λ-Sonde 20a, 20b so angeordnet, dass mit dieser die Luftzahl des Abgases beider Abgasteilstrange 5, 6 ermittelt werden kann. Alternativ dazu kann die λ-Sonde 20a, 20b im Bereich des Eintrittes 26a bzw. im Bereich des Austrittes 26b des ersten Abgasteilstranges 5, 12 in bzw. aus dem zweiten Abgasteilstrang 6, 13 so angeordnet sein, dass die Abgasströme beider Abgasteilstrange 5, 6; 12, 13 überwacht werden können. Die λ-Sonde 20a, 20b ragt dabei in eine Strömungsverbindung 27 zwischen erstem und zweitem Abgasteilstrang 5, 6; 12, 13, welche so klein ist, dass nur ein geringes Übersprechen stattfindet und die gasdynamische Aktivität nicht gestört wird. Die λ-Sonde 20b dient beispielsweise zu Diagnosezwecken.As can be seen from FIGS. 2 and 3, the partial exhaust gas strands 5, 6, 12, 13 are arranged in a tube-in-tube construction in the region of the entry and the exit into or out of the catalyst housing 27, the conical tube 5a of the first exhaust line 5 is inserted and welded into an inlet cone 6a of the second exhaust line 6 on the inlet side. The outlet-side first exhaust gas strand 12 is also inserted into an outlet cone 13a of the outlet-side second exhaust gas strand 13 and welded to it. Alternatively, the inlet and outlet cones 6a, 13a can be designed as castings, the inner tubes 5a, 12a being made in one or more parts with the inlet and outlet cones 6a, 13a. The inner tubes 5a, 12a of the inlet and outlet-side first exhaust gas strand 5 or 12 reach the catalyst brick 8 up to a short distance and are therefore not directly connected to it. In the area of the gap s formed in this way between the inner tube 5a, 12a of the first partial exhaust gas line 5, 12, a λ probe 20a, 20b is arranged in such a way that the air ratio of the exhaust gas of both partial exhaust gas lines 5, 6 can be determined with this. As an alternative to this, the λ-probe 20a, 20b can be arranged in the area of the inlet 26a or in the area of the outlet 26b of the first partial exhaust line 5, 12 in or out of the second partial exhaust line 6, 13 such that the exhaust gas flows of both partial exhaust lines 5, 6 ; 12, 13 can be monitored. The λ probe 20a, 20b protrudes into a flow connection 27 between the first and second partial exhaust gas strands 5, 6; 12, 13, which is so small that there is little crosstalk and the gas dynamic activity is not disturbed. The λ probe 20b is used, for example, for diagnostic purposes.
Um möglichst hohe gasdynamische Aktivitäten zu erhalten, kann im Bereich des Spaltes s zwischen dem inneren Rohr 5a, 12a und dem Katalysatorbrick 8 eine Dichtungseinrichtung 21 zur Abdichtung des ersten vom zweiten Abgasteilstranges 5, 6; 12, 13 vorgesehen sein. Die Dichtungseinrichtung 21 kann durch eine Labyrinthdichtung 22 gebildet sein, welche durch zumindest eine am Katalysatorbrick 8 geformte konzentrische Stufe 23 (Fig. 4, Fig. 5) oder ringförmige Nut 24 (Fig. 6, Fig. 7) gestaltet ist. Die Stufe 23 kann entweder in den ersten oder in den zweiten Abgasteilstrom 5, 6; 12, 13 hineinragend ausgeführt sein. Zusätzlich kann eine Weichstoffdichtung 25 vorgesehen sein, welche in Fig. 7 in die Nut 24 eingelegt ist.In order to obtain the highest possible gas dynamic activities, in the area of the gap s between the inner tube 5a, 12a and the catalyst brick 8, a sealing device 21 for sealing the first from the second exhaust gas strand 5, 6; 12, 13 may be provided. The sealing device 21 can be formed by a labyrinth seal 22, which is formed by at least one concentric step 23 (FIG. 4, FIG. 5) or annular groove formed on the catalyst brick 8 24 (Fig. 6, Fig. 7) is designed. The stage 23 can either in the first or in the second partial exhaust gas stream 5, 6; 12, 13 protruding. In addition, a soft material seal 25 can be provided, which is inserted into the groove 24 in FIG. 7.
Dadurch kann eine zweiflutige Abgasregelung mit vier λ-Sonden vermieden werden. Es sind somit nur zwei λ-Sonden 20a, 20b nötig, was den bau- und regeltechnischen Aufwand wesentlich verringert.In this way, double-flow exhaust gas control with four λ probes can be avoided. Thus, only two λ probes 20a, 20b are necessary, which significantly reduces the construction and control engineering effort.
Die Fig. 9 zeigt schematisch eine in einem Abgasstrang 101 eines Abgassystems 102 angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung 103, welche einen Oxidationskatalysator 104, einen ersten Partikelfilter 105 und einen zweiten Partikelfilter 106 aufweist, wobei Oxidationskatalysator 104, erster Partikelfilter 105 und zweiter Partikelfilter 106 in Strömungsrichtung 108 hintereinander angeordnet sind.FIG. 9 schematically shows an exhaust gas aftertreatment device 103 arranged in an exhaust line 101 of an exhaust system 102, which has an oxidation catalyst 104, a first particle filter 105 and a second particle filter 106, wherein oxidation catalyst 104, first particle filter 105 and second particle filter 106 are arranged one behind the other in flow direction 108 are.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Oxidationskatalysator 104, erster Partikelfilter 105 und zweiter Partikelfilter 106 in einem gemeinsamen Gehäuse 107 angeordnet. Es ist aber auch möglich, die drei Bauteile jeweils in gemeinsamen Gehäusen unterzubringen.In the exemplary embodiment shown, oxidation catalytic converter 104, first particle filter 105 and second particle filter 106 are arranged in a common housing 107. However, it is also possible to accommodate the three components in common housings.
Der in Strömungsrichtung 108 zuerst angeordnete erste Partikelfilter 105 ist so dimensioniert, dass der Betrieb uneingeschränkt möglich ist. Die Auslegung der Beladungs- und Regenerationsstrategie orientiert sich an diesem ersten Partikelfilter 105. Unmittelbar nach dem ersten Partikelfilter 105, aber von diesem geringfügig beabstandet, ist der zweite Partikelfilter 106 vorgesehen, welcher wesentlich kleiner ausgebildet ist als der erste Partikelfilter 105. Dieser zweite Partikelfilter 106 erhöht im Normalbetrieb die Filtereffizienz und stellt bei Beschädigung des ersten Partikelfilters 105 die nötige Filterwirkung des gesamten Abgasnachbehandlungssystems 103 sicher. Da dieser zweite Partikelfilter 106 im Vergleich zu dem ersten Partikelfilter 105 deutlich niedriger beladen wird, ist der Bedarf an Regeneration deutlich geringer. Während der Regeneration des ersten Partikelfilters 105 strömen heiße Abgase auch durch den zweiten Partikelfilter 106, so dass ein Rußabbrand auch im zweiten Partikelfilter 106 gewährleistet ist. Durch die niedrigere Rußbeladung des zweiten Partikelfilters 106 werden Temperaturspitzen, wie sie während der Filterregeneration bedingt durch den Rußabbrand typischerweise auftreten könne, vermieden. Diese Temperaturspitzen sind aber Ursache für Thermospannungen, die wiederum zu Haarrissen im Filtermaterial führen. Da der zweite Partikelfilter 106 wesentlich geringer belastet wird, sind Beschädigungen des zweiten Partikelfilters 106 weniger wahrscheinlich. Dadurch kann erreicht werden, dass auch bei höherer Kilometerleistung eine ausreichend hohe Filterwirkung erhalten bleibt, so dass die gesetzlichen Vorgaben mit hoher Sicherheit eingehalten werden können.The first particle filter 105 arranged first in the direction of flow 108 is dimensioned such that operation is possible without restriction. The design of the loading and regeneration strategy is based on this first particle filter 105. Immediately after the first particle filter 105, but at a slight distance from it, the second particle filter 106 is provided, which is designed to be significantly smaller than the first particle filter 105. This second particle filter 106 increases the filter efficiency in normal operation and, if the first particle filter 105 is damaged, ensures the necessary filter effect of the entire exhaust gas aftertreatment system 103. Since this second particle filter 106 is loaded significantly less than the first particle filter 105, the need for regeneration is significantly less. During the regeneration of the first particle filter 105, hot exhaust gases also flow through the second particle filter 106, so that soot burn-off is also ensured in the second particle filter 106. The lower soot loading of the second particle filter 106 avoids temperature peaks which could typically occur during the filter regeneration due to the soot burn-off. However, these temperature peaks are the cause of thermal stresses, which in turn lead to hairline cracks in the filter material. Since the second particle filter 106 is loaded much less, damage to the second particle filter 106 is less likely. This can ensure that even with higher mileage A sufficiently high filter effect is maintained so that the legal requirements can be met with a high degree of certainty.
Prinzipiell können erster und zweiter Partikelfilter 105, 106 auch in getrennten Gehäusen 107 angeordnet sein. Die Anordnung in einem einzigen Gehäuse 107 hat allerdings den Vorteil, dass ein ausreichend hoher Rußabbrand im zweiten Partikelfilter 106 bei Regeneration des ersten Partikelfilters 105 stattfindet. Der Zustand des ersten Partikelfilters 105 kann mittels eines drucksensitiven ersten Sensors 109 und eines drucksensitiven zweiten Sensors 110 über eine elektronische Steuereinheit 112 überwacht werden, indem die Druckdifferenz bestimmt wird. Plötzlicher Druckabfall weist auf einen Filterbruch hin. Dies ermöglicht es, sofort nach Eintreten eines Schadens Maßnahmen einzuleiten. Ein erster Drucksensor 109 kann auch vor dem Oxidationskatalysator 104 platziert werden, wie durch die strichlierte Linie angedeutet ist.In principle, the first and second particle filters 105, 106 can also be arranged in separate housings 107. However, the arrangement in a single housing 107 has the advantage that a sufficiently high soot burn-up takes place in the second particle filter 106 when the first particle filter 105 is regenerated. The state of the first particle filter 105 can be monitored by means of a pressure-sensitive first sensor 109 and a pressure-sensitive second sensor 110 via an electronic control unit 112 by determining the pressure difference. Sudden drop in pressure indicates a filter break. This makes it possible to take measures immediately after damage has occurred. A first pressure sensor 109 can also be placed in front of the oxidation catalytic converter 104, as is indicated by the dashed line.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn stromabwärts des zweiten Partikelfilters 106 ein druck- oder temperatursensitiver dritter Sensor 111 angeordnet ist. Dadurch können auch Filterbrüche des zweiten Partikelfilters frühzeitig erkannt werden. Weiters kann der dritte Sensor 111 den zweiten Sensor 110 ersetzen oder zur Überwachung des zweiten Sensors 110 eingesetzt werden. Bei Fehlfunktion oder Ausfall des zweiten Sensors 110 können mit Hilfe des dritte Sensors 111 noch immer Partikelfilterbrüche festgestellt, allerdings nicht genau lokalisiert werden. It is particularly advantageous if a pressure- or temperature-sensitive third sensor 111 is arranged downstream of the second particle filter 106. As a result, filter breaks in the second particle filter can also be detected at an early stage. Furthermore, the third sensor 111 can replace the second sensor 110 or can be used to monitor the second sensor 110. In the event of a malfunction or failure of the second sensor 110, particle filter breaks can still be determined with the aid of the third sensor 111, but cannot be localized exactly.

Claims

PATENTANSPRUCHE PATENT CLAIMS
1. Abgasanlage (1) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Gruppen (3, 4) von Zylindern (2), wobei jeder Gruppe (3, 4) ein Abgasteilstrang (5, 6; 12, 13) zugeordnet ist und die eintrittsseitigen Abgasteilstrange (5, 6) separat bis zu einem gemeinsamen Katalysatorgehäuse (7) mit einem einzigen Katalysatorbrick (8) geführt sind, wobei die eintrittsseitigen Abgasteilstrange (5, 6) getrennt bis zu einer Eintrittsstirnseite (9) des Katalysatorbricks (8) geführt sind, so dass jeder Abgasteilstrang (5, 6) einen vordefinierten Eintrittsbereich (14, 15) der Eintrittsstirnseite (9) des Katalysatorbricks (8) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsbereiche (14, 15) und/oder Austrittsbereiche (16, 17) des Katalysatorbricks (8) von verschiedenen Abgasteilsträngen (5, 6; 12, 13) im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet sind und dass jeder Austrittsbereich (16, 17) in Strömungsrichtung fluchtend mit einem Eintrittsbereich (14, 15) des entsprechenden eintrittseitigen Abgasteilstranges (5, 6) ausgebildet ist.1. Exhaust system (1) for an internal combustion engine with at least two groups (3, 4) of cylinders (2), each group (3, 4) being assigned a partial exhaust gas line (5, 6; 12, 13) and the partial exhaust line on the inlet side ( 5, 6) are routed separately to a common catalytic converter housing (7) with a single catalytic converter brick (8), the partial exhaust gas strands (5, 6) on the inlet side being routed separately up to an inlet end face (9) of the catalytic converter brick (8), so that Each exhaust gas strand (5, 6) acts on a predefined inlet area (14, 15) of the inlet face (9) of the catalyst brick (8), characterized in that the inlet areas (14, 15) and / or outlet areas (16, 17) of the catalyst brick ( 8) of different exhaust gas strands (5, 6; 12, 13) are arranged essentially concentrically to each other and that each outlet area (16, 17) is aligned in the flow direction with an inlet area (14, 15) of the corresponding inlet side igen exhaust gas strand (5, 6) is formed.
2. Abgasanlage (1) nach Anspruch 1, mit zwei Gruppen (3, 4) von Zylindern (2), dadurch gekennzeichnet, dass ein eintrittsseitiger erster Abgasteilstrang (5) im Bereich des Eintritts in den Katalysatorbrick (8) innerhalb eines vorzugsweise durch einen Eintrittskonus (6a) gebildeten Bereiches eines eintrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges (6) geführt ist.2. Exhaust system (1) according to claim 1, with two groups (3, 4) of cylinders (2), characterized in that an inlet-side first exhaust sub-strand (5) in the area of entry into the catalyst brick (8) within a preferably by one Inlet cone (6a) formed area of an inlet-side second exhaust branch (6) is guided.
3. Abgasanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eintrittsseitige erste Abgasteilstrang (5) in den Eintrittskonus (6a) des eintrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges (6) eingefügt und mit diesem verschweißt ist.3. Exhaust system (1) according to claim 2, characterized in that the inlet-side first exhaust gas strand (5) is inserted into the inlet cone (6a) of the inlet-side second exhaust gas strand (6) and is welded to it.
4. Abgasanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskonus (6a) als Gussstück ausgeführt ist.4. Exhaust system (1) according to claim 2, characterized in that the inlet cone (6a) is designed as a casting.
5. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskonus (6a) ein dem eintrittsseitigen ersten Abgasteilstrang (5) zugehöriges, vorzugsweise konisches inneres Rohr (5a) aufweist.5. Exhaust system (1) according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the inlet cone (6a) has a preferably conical inner tube (5a) associated with the inlet-side first exhaust gas partial section (5).
6. Abgasanlage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskonus (6a) einteilig mit dem inneren Rohr (5a) ausgebildet ist.6. exhaust system (1) according to claim 5, characterized in that the inlet cone (6a) is integrally formed with the inner tube (5a).
7. Abgasanlage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskonus (6a) mehrteilig mit dem inneren Rohr (5a) ausgebildet ist. 7. exhaust system (1) according to claim 5, characterized in that the inlet cone (6a) is formed in several parts with the inner tube (5a).
8. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit zwei Gruppen (3, 4) von Zylindern (2), wobei austrittsseitige Abgasteilstrange (12, 13) stromabwärts des Katalysatorbricks (8) separat weitergeführt sind, wobei jeder austrittsseitige Abgasteilstrang (12, 13) unmittelbar an einen Austrittsbereich (16, 17) der Austrittsstirnseite (11) des Katalysatorbricks (8) anschließt, welcher strömungsmäßig fluchtend mit einem Eintrittsbereich (14, 15) des entsprechenden eintrittsseitigen Abgasteilstranges (5, 6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein austrittsseitiger erster Abgasteilstrang (12) im Bereich des Austritts aus dem Katalysatorbrick (8) innerhalb eines vorzugsweise durch einen Austrittskonus (13a) gebildeten Bereiches eines austrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges (13) geführt ist.8. Exhaust system (1) according to one of claims 1 to 5, with two groups (3, 4) of cylinders (2), the outlet-side exhaust gas strands (12, 13) downstream of the catalyst brick (8) are continued separately, each outlet-side exhaust gas strand (12, 13) directly adjoins an outlet area (16, 17) of the outlet end face (11) of the catalyst brick (8), which is designed to be flush with an inlet area (14, 15) of the corresponding inlet-side exhaust gas strand (5, 6), thereby characterized in that an outlet-side first exhaust gas strand (12) is guided in the region of the outlet from the catalyst brick (8) within a region of an outlet-side second exhaust gas strand (13) preferably formed by an outlet cone (13a).
9. Abgasanlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste austrittsseitige Abgasteilstrang (12) in den Austrittskonus (13a) des austrittsseitigen zweiten Abgasteilstranges (13) eingefügt und mit diesem verschweißt ist.9. exhaust system (1) according to claim 8, characterized in that the first outlet-side exhaust gas strand (12) is inserted into the outlet cone (13a) of the outlet-side second exhaust gas strand (13) and is welded thereto.
10. Abgasanlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskonus (13a) als Gussstück ausgeführt ist.10. Exhaust system (1) according to claim 8, characterized in that the outlet cone (13a) is designed as a casting.
11. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskonus (13a) ein dem austrittsseitigem ersten Abgasteilstrang (12) zugehöriges, vorzugsweise konisches, inneres Rohr (12a) aufweist.11. Exhaust system (1) according to one of claims 8 to 10, characterized in that the outlet cone (13a) has a, preferably conical, inner tube (12a) associated with the outlet-side first exhaust gas partial section (12).
12. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskonus (13a) einteilig mit dem inneren Rohr (12a) ausgebildet ist.12. Exhaust system (1) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the outlet cone (13a) is formed in one piece with the inner tube (12a).
13. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittskonus (13a) mehrteilig mit dem inneren Rohr (12a) ausgebildet ist.13. Exhaust system (1) according to one of claims 8 to 11, characterized in that the outlet cone (13a) is formed in several parts with the inner tube (12a).
14. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zwischen Katalysatorbrick (8) und eintritts- und/oder austrittsseitigen ersten Abgasteilsträngen (5, 6; 12, 13) ein vordefinierter Spalt (s) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Spaltes (s) eine λ-Sonde (20a, 20b) so angeordnet ist, dass die Abgasströme aus allen Gruppen (3, 4) von Zylindern (2) dieser λ-Sonde (20a, 20b) überwachbar sind.14. Exhaust system (1) according to one of claims 1 to 13, wherein a predetermined gap (s) is provided between the catalyst brick (8) and the inlet and / or outlet-side first exhaust gas strands (5, 6; 12, 13), characterized in that that a λ probe (20a, 20b) is arranged in the area of the gap (s) such that the exhaust gas flows from all groups (3, 4) of cylinders (2) of this λ probe (20a, 20b) can be monitored.
15. Abgasanlage (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem einlassseitigen und/oder auslassseitigen ersten Abgasanlage (5, 12) und dem Katalysatorbrick (8) im Bereich des Spaltes (s) zumindest eine Dichtungseinrichtung (21) angeordnet ist.15. Exhaust system (1) according to claim 14, characterized in that between the inlet-side and / or outlet-side first exhaust system (5, 12) and the catalyst brick (8) in the area of the gap (s) at least one sealing device (21) is arranged.
16. Abgasanlage (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (21) eine Labyrinthdichtung (22) aufweist.16. Exhaust system (1) according to claim 15, characterized in that the sealing device (21) has a labyrinth seal (22).
17. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorbrick (8) an seiner Eintritts- und/oder Austrittsstirnseite (9, 11) im Bereich des inneren Rohres (5a, 12a) eine vorzugsweise konzentrisch zur Längsachse (8a) des Katalysatorbricks (8) verlaufende Stufe (23) oder Nut (24) aufweist.17. Exhaust system (1) according to one of claims 15 and 16, characterized in that the catalyst brick (8) on its inlet and / or outlet end face (9, 11) in the region of the inner tube (5a, 12a) preferably concentrically Has the longitudinal axis (8a) of the catalyst brick (8) extending step (23) or groove (24).
18. Abgasanlage (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (21) eine Weichstoffdichtung (25) aufweist.18. Exhaust system (1) according to claim 15 or 16, characterized in that the sealing device (21) has a soft material seal (25).
19. Abgasanlage (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichstoffdichtung (25) aus Dämmmaterial besteht.19. Exhaust system (1) according to claim 18, characterized in that the soft material seal (25) consists of insulating material.
20. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (21) zumindest einen Materialdurchbruch für die λ-Sonde (20a, 20b) aufweist.20. Exhaust system (1) according to one of claims 15 to 18, characterized in that the sealing device (21) has at least one material breakthrough for the λ probe (20a, 20b).
21. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Eintrittskonus (6a) oder im Bereich des Eintrittes (26a) des eintrittseitigen ersten Abgasteilstranges (5) in den eintritt- seitigen zweiten Abgasteilstrang (6) zumindest eine λ-Sonde (20a) so angeordnet ist, dass die Abgasströme aus beiden Abgasteilsträngen (5, 6) mit dieser λ-Sonde (20a) überwachbar sind.21. Exhaust system (1) according to one of claims 1 to 20, characterized in that in the region of the inlet cone (6a) or in the region of the inlet (26a) of the inlet-side first exhaust gas branch (5) into the inlet-side second exhaust gas branch (6) at least one λ probe (20a) is arranged such that the exhaust gas flows from both partial exhaust gas strands (5, 6) can be monitored with this λ probe (20a).
22. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Austritts konus (13) oder im Bereich des Austrittes (26b) des austrittseitigen ersten Abgasteilstranges (12) aus dem austrittseitigen zweiten Abgasteilstrang (13) zumindest eine λ-Sonde (20b) so angeordnet ist, dass die Abgasströme aus beiden Abgasteilsträngen (12, 13) mit dieser λ-Sonde (20b) überwachbar sind.22. Exhaust system (1) according to one of claims 1 to 21, characterized in that in the region of the outlet cone (13) or in the region of the outlet (26b) of the outlet-side first exhaust gas strand (12) from the outlet-side second exhaust gas strand (13) at least a λ probe (20b) is arranged in such a way that the exhaust gas flows from both partial exhaust gas strands (12, 13) can be monitored with this λ probe (20b).
23. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 14 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die λ-Sonde (20a, 20b) an eine Strömungsverbindung (27) zwischen erstem und zweitem Abgasteilstrang (5, 6; 12, 13) grenzt.23. Exhaust system (1) according to one of claims 14 or 22, characterized in that the λ probe (20a, 20b) borders on a flow connection (27) between the first and second partial exhaust gas strands (5, 6; 12, 13).
24. Abgasanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorbrick (8) aus Keramik besteht. 24. Exhaust system (1) according to one of claims 1 to 23, characterized in that the catalyst brick (8) consists of ceramic.
25. Abgassystem (102) für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem mindestens einen ersten Partikelfilter (105) aufweisenden Abgasnachbehandlungssystem im Abgasstrang (101), wobei stromabwärts des ersten Partikelfilters (105) im Abgasstrang (101) zumindest ein zweiter Partikelfilter (106) angeordnet ist und wobei stromaufwärts des ersten Partikelfilters (105) zumindest ein erster Sensor (109, 109') und zwischen erstem und zweitem Partikelfilter (105, 106) zumindest ein zweiter Sensor (110) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des zweiten Partikelfilters zumindest ein dritter Sensor (111) angeordnet ist.25. Exhaust system (102) for an internal combustion engine with at least one exhaust gas aftertreatment system having at least one first particle filter (105) in the exhaust line (101), wherein at least a second particle filter (106) is arranged downstream of the first particle filter (105) in the exhaust line (101) and wherein at least one first sensor (109, 109 ') is arranged upstream of the first particle filter (105) and at least one second sensor (110) is arranged between the first and second particle filter (105, 106), characterized in that at least a third one is located downstream of the second particle filter Sensor (111) is arranged.
26. Abgassystem (102) insbesondere nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Partikelfilter (105) und zumindest ein zweiter Partikelfilter (106) in Serie unmittelbar hintereinander angeordnet sind.26. Exhaust system (102) in particular according to claim 25, characterized in that at least a first particle filter (105) and at least a second particle filter (106) are arranged in series immediately one behind the other.
27. Abgassystem (102) insbesondere nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Partikelfilter (106) kleiner dimensioniert ist als der erste Partikelfilter (105).27. Exhaust system (102) in particular according to claim 25 or 26, characterized in that the second particle filter (106) is dimensioned smaller than the first particle filter (105).
28. Abgassystem (102) nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des ersten Partikelfilters (105) zumindest ein Oxidationskatalysator (104) angeordnet ist.28. Exhaust system (102) according to one of claims 25 to 27, characterized in that upstream of the first particle filter (105) at least one oxidation catalyst (104) is arranged.
29. Abgassystem (102) insbesondere nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Bauteile aus der Gruppe Oxidationskatalysator (104), erster Partikelfilter (105) und zweiter Partikelfilter (106) in einem gemeinsamen Gehäuse (107) angeordnet sind.29. Exhaust system (102) in particular according to one of claims 25 to 28, characterized in that at least two components from the group consisting of oxidation catalyst (104), first particle filter (105) and second particle filter (106) are arranged in a common housing (107) ,
30. Abgassystem (102) insbesondere nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Bauteile aus der Gruppe Oxidationskatalysator (104), erster Partikelfilter (105) und zweiter Partikelfilter (106) in separaten Gehäusen angeordnet sind.30. Exhaust system (102) in particular according to one of claims 25 to 29, characterized in that at least two components from the group consisting of oxidation catalyst (104), first particle filter (105) and second particle filter (106) are arranged in separate housings.
31. Abgassystem (102) insbesondere nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Partikelfilter (105) in Strömungsrichtung (108) vom zweiten Partikelfilter (106) beabstandet ist.31. Exhaust system (102) in particular according to one of claims 25 to 30, characterized in that the first particle filter (105) in the flow direction (108) from the second particle filter (106) is spaced.
32. Abgassystem (102) insbesondere nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Partikelfilter (105, 106) eine Partikelfilterstruktur mit Filterkanälen aufweist.32. Exhaust system (102) in particular according to one of claims 25 to 31, characterized in that at least one particle filter (105, 106) has a particle filter structure with filter channels.
33. Abgassystem (102) insbesondere nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Partikelfilter (105, 106) aus Filtersubstraten, vorzugsweise aus Sintermetall, Siliziumcarbid, Korderiete oder ähnlichen Keramiken, besteht. - lb -33. Exhaust system (102) in particular according to one of claims 25 to 32, characterized in that at least one particle filter (105, 106) consists of filter substrates, preferably of sintered metal, silicon carbide, cord rivets or similar ceramics. - lb -
34. Abgassystem (102) insbesondere nach einem der Ansprüche 28 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Partikelfilter (105, 106) eine katalytische Beschichtung aufweist.34. Exhaust system (102) in particular according to one of claims 28 to 33, characterized in that at least one particle filter (105, 106) has a catalytic coating.
35. Abgassystem (102) nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und/oder dritte Sensor (109, 110, 111) als Druckaufnehmer, Temperaturaufnehmer akustische und/oder photoakustische Aufnehmer ausgebildet sind. 35. Exhaust system (102) according to any one of claims 25 to 34, characterized in that the first, second and / or third sensor (109, 110, 111) are designed as pressure sensors, temperature sensors acoustic and / or photoacoustic sensors.
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