DE102012003915A1

DE102012003915A1 - Partikelfilter

Info

Publication number: DE102012003915A1
Application number: DE102012003915A
Authority: DE
Inventors: Marc Hehle; Hans Sudmanns
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-01-24

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Partikelfilter (1) zur Abgasreinigung mit mindestens einem Filterelement (9) und mit einer schaltbaren Abgasklappe (2) zur Festlegung eines ersten (7) und eines zweiten Strömungspfads des Abgases durch das Filterelement (9), wobei im Normalbetrieb der erste Strömungspfad (7) zur Reinigung des Abgases über das Filterelement (9) geschaltet ist und im Wartungsbetrieb der zweite Strömungspfad zur Aschereinigung des Filterelements (9) mittels Abgas geschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter zur Abgasreinigung mit mindestens einem Filterelement und einer schaltbaren Abgasklappe zur Festlegung eines ersten und eines zweiten Strömungspfads des Abgases durch das Filterelement.
Ein Partikelfilter zur Abgasreinigung ist aus der DE 44 15 507 A1 bekannt. Der Partikelfilter besitzt eingangseitig eine Strömungsteiler, ein drehbares Filterelement, eine Heizeinrichtung und ausgangsseitig einen Strömungssammler. Über den Strömungsteiler wird der Abgasstrom auf zwei s-förmige Abgaskanäle aufgeteilt, an deren Ausgang das drehbare Filterelement angeordnet ist. Die beiden Teilströme durchströmen das Filterelement in Gegenrichtung. Zur Reinigung des Filterelements wird dieses gedreht, sodass die Verbrennungsrückstände, also die Aschepartikel, aufgrund der nun gegen gerichteten Durchströmung ausgeblasen und von der austretenden Abgasströmung vom Partikelfilter wegtransportiert werden. Hinsichtlich des Aufwands zur Abdichtung des Filterelements ist diese Lösung nicht optimal.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen konstruktiv einfachen, wartungsfreien Partikelfilter zu entwerfen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Partikelfilter mit einer schaltbaren Abgasklappe zur Festlegung eines ersten und eines zweiten Strömungspfads des Abgases durch das Filterelement, wobei im Normalbetrieb der erste Strömungspfad zur Reinigung des Abgases über das Filterelement geschaltet ist und im Wartungsbetrieb der zweite Strömungspfad zur Aschereinigung des Filterelements mittels Abgas geschaltet ist. Im Unterschied zum oben genannten Stand der Technik mit Drehung des Filterelements werden die unterschiedlichen Strömungspfade über die Abgasklappe festlegt. Von Vorteil ist, dass bei gleichbleibendem Bauraum ein größeres Filterelement verwendet werden kann. Daher kann das Filterelement länger im Normalbetrieb verbleiben, da es mehr Asche aufnehmen kann.
Die Umschaltung vom Normal- auf den Wartungsbetrieb erfolgt mittels eines Stellglieds, welches mit der Abgasklappe verbunden ist. Angesteuert wird das Stellglied wiederum von einem elektronischen Steuergerät zum Beispiel wenn ein entsprechender Beladungszustand des Partikelfilters erkannt wird. In einer ersten Ausführungsform ist die Abgasklappe innerhalb des Partikelfiltergehäuses angeordnet. In einer zweiten Ausführungsform ist die Abgasklappe innerhalb eines Abgasklappengehäuses angeordnet. Das Abgasklappengehäuse wiederum ist an einer Kombianlage angeflanscht, welche dann den Partikelfilter, einen Oxidations- und einen Stickoxidkatalysator beinhaltet. Eine derartige Kombianlage ist beispielsweise aus der DE 10 2009 017 684 A1 bekannt. Die zweite Ausführungsform kann als Nachrüstlösung angeboten werden. Da Abgasklappen und die entsprechenden Stellglieder in der Technik bewährte Bauteile sind, ist die Erfindung im Vergleich zum drehbaren Filter kostengünstiger. Der Partikelfilter kann allein oder in Verbindung mit einem Oxidationskatalysator und/oder einem Stickoxidkatalysator angeordnet sein. Ebenso kann der Partikelfilter mit einer stickoxidreduzierenden Beschichtung versehen sein.
In den Figuren sind die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:
1 einen Partikelfilter in einer ersten Ausführungsform,
2 den Partikelfilter (1) im Normalbetrieb,
3 den Partikelfilter (1) im Wartungsbetrieb,
4 den Partikelfilter in einer zweiten Ausführungsform,
5 den Partikelfilter (4) im Normalbetrieb und
6 den Partikelfilter (4) im Wartungsbetrieb.
Die 1 zeigt einen Partikelfilter 1 in einer ersten Ausführungsform, bei welcher eine Abgasklappe 2 innerhalb des Gehäuses des Partikelfilters 1 angeordnet ist. Das Gehäuse des Partikelfilters 1 ist in der 1 ohne Blechmantel dargestellt, insofern sind nur eine Stirnwand 3 und eine Rückwand 4 ersichtlich. Der Abgasstrom ist durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet. In der Figur ist der Abgaseinlass mit ZU und der Abgasauslass mit AB gekennzeichnet. Bezugszeichen 5 zeigt ein elektronisches Steuergerät (ECU), welches den Zustand der Brennkraftmaschine bestimmt. Das elektronische Steuergerät 5 beinhaltet die üblichen Bestandteile eines Mikrocomputersystems, beispielsweise einen Mikroprozessor, I/O-Bausteine, Puffer und Speicherbausteine (EEPROM, RAM). Aus den Eingangsgrößen EIN berechnet das elektronische Motorsteuergerät 5 die Ausgangsgrößen. Typische Eingangsgrößen des elektronischen Motorsteuergeräts 5 sind eine Motordrehzahl, der Raildruck bei einem Common-Railsystem und zum Beispiel die Beladung des Partikelfilters 1. Die Beladung des Partikelfilters wiederum wird anhand des Druckverlusts des Partikelfilters nach einer Regenerationsmaßnahme, also dem Abbrennen des Rußes, erkannt. In 1 sind als Ausgangsgrößen des elektronischen Steuergeräts 5 ein Signal s zur Ansteuerung eines Stellglieds 6 und ein Ausgangsgröße AUS dargestellt, welche stellvertretend für die weiteren Stellsignale zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine steht, zum Beispiel für einen Spritzbeginn und ein Spritzende. Über das Stellglied 6 wird die Position der Abgasklappe 2 festgelegt. Die Stellung der Abgasklappe 2 wiederum bestimmt die Strömungspfade des Abgases durch den Partikelfilter 1 und damit dessen Betriebsart.
Die weitere Beschreibung erfolgt gemeinsam mit den 2 und 3, welche den Partikelfilter 1 der 1 als Schnittbild zeigen. In den beiden Figuren ist der Abgaseinlass durch eine X gekennzeichnet. Im Normalbetrieb (2) befindet sich die Abgasklappe 2 in einer ersten Stellung. In der ersten Stellung ist ein erster Strömungspfad 7 geschaltet, bei welchem das Abgas entgegen dem Uhrzeigersinn durch den Partikelfilter 1 geführt wird. Gebildet wird der erste Strömungspfad 7 aus einem ersten Abschnitt 8, einem Filterelement 9 zur Abgasreinigung und einem zweiten Abschnitt 10. Bei geschaltetem ersten Strömungspfad durchströmt daher das Abgas zuerst den ersten Abschnitt 8, dann das Filterelement 9, wo das Abgas gereinigt wird, und anschließend über den zweiten Abschnitt 10 zum Auslass des Partikelfilters 1. Soll das Filterelement 9 gereinigt werden, so steuert das elektronische Steuergerät 5 über das Stellglied 6 die Abgasklappe 2 in eine zweite Position um, indem die Abgasklappe 2 um 90 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Dies entspricht dem Wartungsbetrieb, welcher in der 3 dargestellt ist. Die Umschaltung vom Normal- auf den Wartungsbetrieb erfolgt entweder zeitgesteuert oder in Abhängigkeit des detektierten Beladungszustands des Partikelfilters 1. Der Beladungszustand kann anhand des Druckverlusts des Partikelfilters erkannt werden. In der zweiten Position ist ein zweiter Strömungspfad 11 geschaltet, bei welchem das Abgas im Uhrzeigersinn geführt wird. Gebildet wird der zweite Strömungspfad 11 aus dem zweiten Abschnitt 10, dem Filterelement 9 und dem ersten Abschnitt 8. Bei geschaltetem zweiten Strömungspfad 11 durchströmt daher das Abgas zuerst den zweiten Abschnitt 10, dann das Filterelement 9 und schließlich über den ersten Abschnitt 8 zum Auslass des Partikelfilters 1. Da das Filterelement 8 nunmehr in entgegen gesetzter Richtung vom Abgas durchströmt wird, nimmt das Abgas die Asche zum ersten Abschnitt 8 und zum Auslass mit. Damit im Wartungsbetrieb keine Ascheemissionen in die Umgebung gelangen, ist dem Partikelfilter ein Ascheseparator, zum Beispiel ein Zyklonabscheider, nachgeschaltet.
In der 4 ist ein Partikelfilter in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Der Partikelfilter ist hier Teil einer Kombianlage 12. Innerhalb der Kombianlage 12 sind neben dem Partikelfilter zumindest ein Oxidations- und ein Stickoxidkatalysator angeordnet. Eine derartige Kombianlage 12 ist zum Beispiel aus der DE 10 2009 017 684 A1 der Anmelderin bekannt. An der Kombianlage 12 ist ein Abgasklappengehäuse 13 angeflanscht. Innerhalb dessen ist die Abgasklappe 2 angeordnet. Auch bei dieser Ausführungsform wird die Abgasklappe 2 über ein Stellglied 6 betätigt, welches wiederum vom elektronischen Steuergerät 5 über ein Ansteuersignal s beaufschlagt wird. Die weitere Erklärung erfolgt in Verbindung mit den 5 und 6, welche das Abgasklappengehäuse 13 als Schnittbild zeigen. In der 5 befindet sich die Abgasklappe 2 im Normalbetrieb. Im Normalbetrieb strömt das Abgas – in Zeichnungsrichtung gesehen – von rechts auf die Unterseite 14 der Abgasklappe 2 und wird von dort nach unten in die Kombianlage 12 geführt. Siehe durchgezogene Pfeile. Das in der Kombianlage 12 gereinigte Abgas strömt dann aus der Kombianlage 12 heraus auf die Oberseite 15 der Abgasklappe 2 und wird von dort zum Auslass AB geführt. Siehe unterbrochene Pfeile. Soll das Filterelement gereinigt werden, also im Wartungsbetrieb, so steuert das elektronische Steuergerät 5 über das Stellglied 6 die Abgasklappe 2 in eine zweite Position. In der 6 ist die Abgasklappe 2 in der zweiten Position dargestellt, also im Wartungsbetrieb. Im Wartungsbetrieb strömt das Abgas vom Einlass ZU auf die Oberseite 15 der Abgasklappe 2 und wird von dort in das Innere der Kombianlage 12 geführt. Siehe durchgezogene Pfeile. Das mit Asche beladene Abgas wiederum strömt aus der Kombianlage 12 auf die Unterseite 14 der Abgasklappe 2 und wird von dort zum Auslass AB geführt.
Bezugszeichenliste

1: Partikelfilter
2: Abgasklappe
3: Stirnwand
4: Rückwand
5: Elektronisches Steuergerät
6: Stellglied
7: Erster Strömungspfad
8: Erster Abschnitt
9: Filterelement
10: Zweiter Abschnitt
11: Zweiter Strömungspfad
12: Kombianlage
13: Abgasklappengehäuse
14: Unterseite
15: Oberseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4415507 A1 [0002]
DE 102009017684 A1 [0005, 0015]

Claims

Partikelfilter (1) zur Abgasreinigung mit mindestens einem Filterelement (9) und mit einer schaltbaren Abgasklappe (2) zur Festlegung eines ersten (7) und eines zweiten Strömungspfads (11) des Abgases durch das Filterelement (9), wobei im Normalbetrieb der erste Strömungspfad (7) zur Reinigung des Abgases über das Filterelement (9) geschaltet ist und im Wartungsbetrieb der zweite Strömungspfad (11) zur Aschereinigung des Filterelements (9) mittels Abgas geschaltet ist.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (2) im Gehäuse des Partikelfilters (1) angeordnet ist.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasklappe (2) in einem Abgasklappengehäuse (13) angeordnet ist, welches am Gehäuse des Partikelfilters (1) angeflanscht ist.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasklappengehäuse (13) an einer Kombianlage (12) angeflanscht ist, welche den Partikelfilter (1), einen Oxidations- und einen Stickoxidkatalysator beinhaltet.
Partikelfilter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (9) mit einer stickoxidreduzierenden Beschichtung versehen ist.