DE102018006641A1

DE102018006641A1 - Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage

Info

Publication number: DE102018006641A1
Application number: DE102018006641.0A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schick; Thomas Betz; Tillmann Braun
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2020-02-27
Also published as: DE102018006641A8

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage 10 für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Abgasstrang (24), in welchem ein erster Partikelfilter (28) angeordnet ist, und mit einem zweiten Abgasstrang (26), in welchem ein zweiter Partikelfilter (30) angeordnet ist, Die Abgasanlage (10) umfasst eine Umschalteinrichtung (32). In einem ersten Schaltzustand der Umschalteinrichtung (32) ist der erste Partikelfilter (28) und in einem zweiten Schaltzustand der Umschalteinrichtung (32) der zweite Partikelfilter (30) mit Abgas beaufschlagbar. Die Abgasanlage (10) weist Mittel (34) zum Regenerieren des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters (28, 30) auf. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasanlage (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten Abgasstrang, in welchem ein erster Partikelfilter angeordnet ist, und mit einem zweiten Abgasstrang, in welchem ein zweiter Partikelfilter angeordnet ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasanlage.
Die DE 10 2011 010 595 A1 beschreibt eine zweiflutige Abgasanlage eines Fahrzeugs, bei welcher das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs zwei Abgasstränge der Abgasanlage parallel durchströmt. In jedem der beiden Abgasstränge ist ein Partikelfilter angeordnet.
Die Reinigung etwa eines Dieselpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs von Ruß beruht auf der chemischen Oxidation des Rußes bei hohen Temperaturen von mehr als 550°C zu Kohlendioxid. Bei der herkömmlichen Regeneration beziehungsweise Reinigung des Dieselpartikelfilters werden die Wärmeenergie und der benötigte Sauerstoff durch entsprechenden Betrieb der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, also etwa durch die dieselmotorische Verbrennung, bereitgestellt.
Zum Reinigen beziehungsweise Regenerieren eines Partikelfilters für eine als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine wird also üblicherweise ein erheblicher Kraftstoffeintrag benötigt, um den Partikelfilter auf die für ein Abbrennen von Ruß benötigte Temperatur zu bringen. Dies führt zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs und somit zu erhöhten CO₂-Emissionen.
Ein weiterer Nachteil eines üblichen Verfahrens zum Regenieren eines Partikelfilters ist ein erhöhter Kraftstoffeintrag in das Motoröl. Zu einer solchen Ölverdünnung kommt es hauptsächlich dann, wenn während des Regenerationsbetriebs Nacheinspritzungen in jeweilige Brennräume der Verbrennungskraftmaschine vorgenommen werden. Der bei solchen späten Nacheinspritzungen nicht vollständig verbrannte Kraftstoff kann an einer Wand des jeweiligen Zylinders entlanglaufen, in welchem der Brennraum ausgebildet ist. So kann der über Nacheinspritzungen in die Verbrennungskraftmaschine eingebrachte Kraftstoff teilweise in das Motoröl gelangen.
Wenn die Abgasanlage eine Hochdruck-Abgasrückführeinrichtung aufweist, bei welcher also eine Rückführung von Abgas in die mittels eines Verdichters verdichtete Zuluft stattfindet, so kann die Hochdruck-Abgasrückführung während des Regenerierens des Partikelfilters nicht durchgeführt werden. Denn die Temperatur des Abgases stromabwärts der Verbrennungskraftmaschine ist für eine derartige Abgasrückführung zu hoch. Unterbleibt jedoch die Hochdruck-Abgasrückführung, so führt dies zu erhöhten Stickoxid-Emissionen des Kraftfahrzeugs. Auch dies ist nachteilig.
Für Kraftfahrzeuge, welche als Hybridfahrzeuge ausgebildet sind, sind etwa in der DE 10 2015 015 794 A1 oder in der DE 10 2016 014 255 A1 Verfahren beschrieben, bei welchen ein Partikelfilter regeneriert wird, während die Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet ist, also während kein Kraftstoff in die Verbrennungskraftmaschine eingebracht wird. Bei der DE 10 2015 015 794 A1 wird der Partikelfilter elektrisch aufgeheizt und mit einem Luftstrom beaufschlagt, während sich das Hybridfahrzeug im elektrischen Fahrbetrieb befindet. Und bei der DE 10 2016 014 255 A1 erfolgt die Regeneration des Partikelfilters bei abgeschalteter Verbrennungskraftmaschine nach einem Teilabbrand von Ruß in dem Partikelfilter.
Bei derartigen Verfahren, bei welchen das Kraftfahrzeug einen teilelektrifizierten Antriebsstrang aufweist, kann die Regeneration des Partikelfilters also ohne motorische Verbrennung durchgeführt werden. Dies eliminiert die Probleme, welche mit dem Regenieren des Partikelfilters durch Einbringen von zusätzlichem Kraftstoff in das Abgas einhergehen. Denn die Wärmeenergie und der für das Oxidieren des Rußes erforderliche Sauerstoff werden insbesondere durch Nutzung elektrischer Komponenten und ohne (diesel)motorische Verbrennung bereitgestellt.
Es ist jedoch wünschenswert, auch bei einem Fahrzeug mit konventionellem Antrieb, also mit einem rein verbrennungsmotorischen Antrieb, eine Reinigung des Partikelfilters ohne eine motorische Verbrennung zu ermöglichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine diesbezüglich verbesserte Abgasanlage der eingangs genannten Art und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer solchen Abgasanlage zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug umfasst einen ersten Abgasstrang, in welchem ein erster Partikelfilter angeordnet ist, und einen zweiten Abgasstrang, in welchem ein zweiter Partikelfilter angeordnet ist. Des Weiteren umfasst die Abgasanlage eine Umschalteinrichtung. In einem ersten Schaltzustand der Umschalteinrichtung ist der erste Partikelfilter mit Abgas beaufschlagbar. In einem zweiten Schaltzustand der Umschalteinrichtung ist der zweite Partikelfilter mit Abgas beaufschlagbar. Die Abgasanlage weist Mittel zum Regenerieren des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters auf. So kann insbesondere eine kontinuierliche Regeneration des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters durchgeführt werden. Aufgrund dieser kontinuierlichen Reinigung kann der Partikelfilter besonders klein ausfallen. Dies führt zu einer Einsparung an Materialkosten, insbesondere an Kosten für eine Beschichtung des Partikelfilters mit Edelmetallen, sofern eine Oberfläche des Partikelfilters mit Edelmetallen beschichtet ist.
Des Weiteren lässt sich der jeweils zu regenerierende Partikelfilter aufgrund der geringen Größe besonders rasch aufheizen. Auch dies ist im Hinblick auf das aufwandsarme Regenerieren des Partikelfilters vorteilhaft. Wenn das Aufheizen des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters und das Zuführen von Luft beziehungsweise Sauerstoff zu diesem zu regenerierenden Partikelfilter mittels elektrisch betreibbarer Einrichtungen vorgenommen wird, so lässt sich auch eine massive Verringerung der Kohlendioxid-Emissionen und der Stickoxid-Emissionen während der Reinigung beziehungsweise Regeneration des Partikelfilters erreichen. Es kann insbesondere ein ki-Faktor von etwa Null erreicht werden. Der ki-Faktor beschreibt das Verhältnis der Kohlendioxid-Emissionen und des Kraftstoffverbrauchs auf 100 Kilometer inklusive der Regeneration geteilt durch die Kohlendioxid-Emissionen und den Kraftstoffverbrauch auf 100 Kilometer ohne die Regeneration.
Des Weiteren kann erreicht werden, dass das Regenerieren des Partikelfilters keine Beeinflussung des normalen Fahrereignisses des die Abgasanlage aufweisenden Kraftfahrzeugs bewirkt. Zudem ist eine Reduzierung der Ölverdünnung erreichbar, wie sie aufgrund einer konventionellen Partikelfilterreinigung stattfindet, bei welcher Kraftstoff über späte Nacheinspritzungen in das Abgas eingebracht wird. Dementsprechend ist eine verbesserte Abgasanlage geschaffen.
Vorzugsweise ist die Umschalteinrichtung stromabwärts wenigstens einer weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Die wenigstens eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung ist im Betrieb der Abgasanlage in jedem Schaltzustand der Umschalteinrichtung von Abgas durchströmt.
Die wenigstens eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung kann einen Oxidationskatalysator und/oder zumindest einen SCR-Katalysator umfassen. So lässt sich eine verbesserte Reinigung des Abgases der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs erreichen, und dennoch ist die Komplexität der Abgasanlage vergleichsweise gering gehalten.
Zudem kann bei einer derartigen Anordnung der wenigstens eine SCR-Katalysator besonders nahe an der Verbrennungskraftmaschine angeordnet werden. Dies bringt es mit sich, dass die Zeit bis zum Anspringen des SCR-Katalysators, also die sogenannte „Light-Off-Zeit“, deutlich verkürzt werden kann. So kann auch der derzeit bestehenden Problematik begegnet werden, dass aufgrund immer effizienter werdender Motoren die vergleichsweise niedrigen Temperaturen des Abgases üblicherweise eine längere Zeitspanne zum Erreichen der Anspringtemperatur von Abgasnachbehandlungseinrichtungen wie etwa SCR-Katalysatoren mit sich bringen.
Der jeweilige Partikelfilter kann als Partikelfilter für eine als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, also als Dieselpartikelfilter, oder als Partikelfilter für eine als Ottomotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine, also als Ottopartikelfilter, ausgebildet sein. Der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, für welches die erfindungsgemäße Abgasanlage vorgesehen werden kann, kann auch als hybridisierter Antriebsstrang ausgebildet sein, in welchem sowohl eine Elektromaschine als auch eine Verbrennungskraftmaschine als Antriebsmaschinen vorgesehen sind. Dementsprechend ist die Reinigung des Partikelfilters durch Nutzung der zwei Fluten beziehungsweise der beiden Abgasstränge ohne motorische Verbrennung sowohl bei einem Kraftfahrzeug mit Dieselmotor als auch bei einem Kraftfahrzeug mit Ottomotor als auch bei einem Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebsstrang, welcher eine als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine aufweist, einsetzbar.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zum Regenerieren des jeweiligen Partikelfilters eine elektrisch betreibbare Luftpumpe, mittels welcher Luft in den ersten Abgasstrang oder in den zweiten Abgasstrang einbringbar ist.
Zum Bewirken des Einbringens der Luft wahlweise in den ersten Abgasstrang oder in den zweiten Abgasstrang mittels der Luftpumpe kann die Abgasanlage ein 3-Wege-Ventil umfassen.
Des Weiteren können die Mittel zum Regenerieren des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters wenigstens ein elektrisches Heizelement umfassen.
Die von der elektrisch betreibbaren Luftpumpe beziehungsweise Sekundärluftpumpe und die von dem wenigstens einen elektrischen Heizelement benötigte elektrische Leistung kann in dem Kraftfahrzeug von einem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt werden.
Das wenigstens eine elektrische Heizelement kann stromaufwärts des Partikelfilters in dem jeweiligen Abgasstrang angeordnet sein. Beispielsweise können als Glühstifte ausgebildete Heizelemente im Abgasrohr beziehungsweise im Abgasstrang angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das wenigstens eine elektrische Heizelement in einem Einlassbereich des jeweiligen Partikelfilters angeordnet sein. Das wenigstens eine Heizelement kann also vor beziehungsweise im Eintritt oder Einlassbereich des jeweiligen Partikelfilters angeordnet sein.
Vorzugsweise sind in einem dritten Schaltzustand der Umschalteinrichtung sowohl der erste Partikelfilter als auch der zweite Partikelfilter mit Abgas beaufschlagbar. Dementsprechend kann durch Öffnen beider Fluten beziehungsweise beider Abgasstränge eine Verringerung des Abgasgegendrucks der Abgasanlage erreicht werden. Dies bringt einen Vorteil im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch mit sich und führt zu einem Leistungsplus, insbesondere im Volllastbereich beziehungsweise Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug durchströmt Abgas, welches in einen ersten Abgasstrang der Abgasanlage eingebracht wird, einen in dem ersten Abgasstrang angeordneten ersten Partikelfilter. Wenn das Abgas hingegen in einen zweiten Abgasstrang in der Abgasanlage eingebracht wird, durchströmt das Abgas einen in dem zweiten Abgasstrang angeordneten zweiten Partikelfilter. Eine Umschalteinrichtung der Abgasanlage wird wahlweise in einen ersten Schaltzustand verbracht, in welchem der erste Partikelfilter mit Abgas beaufschlagt wird, oder in einen zweiten Schaltzustand, in welchem der zweite Partikelfilter mit Abgas beaufschlagt wird. Der jeweils nicht mit Abgas beaufschlagte Partikelfilter wird zumindest zeitweise regeneriert, während sich die Umschalteinrichtung in dem ersten Schaltzustand oder in dem zweiten Schaltzustand befindet. Folglich ist ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage geschaffen.
Die für die erfindungsgemäße Abgasanlage beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. 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.
Dabei zeigen:

1 stark schematisiert eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, bei welcher mittels eines stromabwärts eines SCR-Katalysators angeordneten 3-Wege-Ventils wahlweise ein erster Abgasstrang mit einem ersten Partikelfilter oder ein zweiter Abgasstrang mit einem zweiten Partikelfilter mit Abgas beaufschlagt werden kann;
2 einen ersten Betriebszustand der Abgasanlage, in welchem das Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs durch den ersten Abgasstrang strömt und somit Partikel mittels des ersten Partikelfilters zurückgehalten werden, während der zweite, nicht mit Abgas beaufschlagte Partikelfilter regeneriert wird; und
3 einen zweiten Betriebszustand der Abgasanlage, in welchem das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durch den zweiten Abgasstrang strömt und somit Partikel mittels des zweiten Partikelfilters zurückgehalten werden, während der erste, nicht mit Abgas beaufschlagte Partikelfilter regeneriert wird.

In 1 ist stark schematisiert eine Abgasanlage 10 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das von einer Verbrennungskraftmaschine 12 des Kraftfahrzeugs kommende Abgas wird über eine Abgasleitung 14 der Abgasanlage 10 einer Mehrzahl von Abgasnachbehandlungseinrichtungen zugeführt. Bei der vorliegend beispielhaft gezeigten Abgasanlage 10 umfassen diese Abgasnachbehandlungseinrichtungen, welche in der Abgasleitung 14 angeordnet sind, einen Oxidationskatalysator 16, einen ersten SCR-Katalysator 18 und einen zweiten SCR-Katalysator 20. In dem jeweiligen SCR-Katalysator 18, 20 werden in einer selektiven katalytischen Reduktionsreaktion (SCR = selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion) im Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 enthaltene Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser umgesetzt. Der Ammoniak stammt hierbei üblicherweise aus Harnstoff, welcher in Form einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgas eingebracht wird.
Der zweite SCR-Katalysator 20, welcher stromabwärts einer in der Abgasleitung 14 angeordneten Abgasklappe 22 angeordnet ist, befindet sich im Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs. Stromabwärts dieses zweiten SCR-Katalysators 20 teilt sich die Abgasleitung 14 in einen ersten Abgasstrang 24 und einen zweiten Abgasstrang 26 auf. In dem ersten Abgasstrang ist ein erster Partikelfilter 28 angeordnet, und in dem zweiten Abgasstrang 26 ist ein zweiter Partikelfilter 30 angeordnet. An derjenigen Stelle der Abgasanlage 10, an welcher sich die gemeinsame Abgasleitung 14 in den ersten Abgasstrang 24 einerseits und den zweiten Abgasstrang 26 andererseits verzweigt, weist die Abgasanlage 10 eine Umschalteinrichtung auf, welche vorliegend als 3-Wege-Ventil 32 ausgebildet ist. Durch Schalten des 3-Wege-Ventils 32 kann erreicht werden, dass das von dem zweiten SCR-Katalysator 20 kommende Abgas wahlweise in den ersten Abgasstrang 24 eingebracht wird oder in den zweiten Abgasstrang 26 eingebracht wird. Dementsprechend kann mittels dieser Umschalteinrichtung dafür gesorgt werden, dass wahlweise nur der erste Partikelfilter 28 oder nur der zweite Partikelfilter 30 von Abgas durchströmt wird.
Die Abgasanlage 10 ermöglicht es, jeweils einen der beiden Partikelfilter 28, 30 zu regenerieren, ohne dass die hierfür erforderliche Wärmeenergie und der hierfür erforderliche Sauerstoff durch einen entsprechenden Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 12 bereitgestellt werden. Die Abgasanlage 10 umfasst nämlich Mittel 34 zum Regenerieren des jeweiligen Partikelfilters 28, 30, und die Mittel 34 werden vorliegend elektrisch betrieben. Zum Einbringen von Luft in den jeweils zu regenerierenden Partikelfilter 28, 30 ist demgemäß eine elektrisch betreibbare beziehungsweise elektrisch angesteuerte Luftpumpe 36 vorgesehen. In einem Auslass 38 dieser Luftpumpe 36 beziehungsweise Sekundärluftpumpe, welche als Luftlieferer für den jeweils zu regenerierenden Partikelfilter 28, 30 dient, ist ein weiteres 3-Wege-Ventil 40 angeordnet. Von dem 3-Wege-Ventil 40 führt ein erster Luftkanal 42 hin zu dem ersten Abgasstrang 24 und ein zweiter Luftkanal 44 hin zu dem zweiten Abgasstrang 26. Je nach Schaltstellung des 3-Wege-Ventils 40 kann bewirkt werden, dass die von der Luftpumpe 36 geförderte Luft beziehungsweise Sekundärluft über den ersten Luftkanal 42 in den ersten Abgasstrang 24 gelangt oder über den zweiten Luftkanal 44 in den zweiten Abgasstrang 26.
Die Mittel 34 umfassen des Weiteren ein erstes elektrisches Heizelement 46, welches in dem ersten Abgasstrang 24 angeordnet ist, und ein zweites elektrisches Heizelement 48, welches in dem zweiten Abgasstrang 26 angeordnet ist. Mittels dieser elektrischen Heizelemente 46, 48 kann der jeweilige Partikelfilter 28, 30 auf eine zum Regenerieren, also zum Abbrennen des in dem Partikelfilter 28, 30 zurückgehaltenen Rußes, erforderliche Temperatur gebracht werden. Das jeweilige Heizelement 46, 48 kann vor beziehungsweise in einem Eintritt oder Einlass des jeweiligen Partikelfilters 28, 30 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können die elektrischen Heizelemente 46, 48 als Glühstifte oder dergleichen ausgebildet sein, welche in dem jeweiligen Abgasrohr beziehungsweise Abgasstrang 24, 26 angeordnet sind.
Das die zwei Fluten beziehungsweise die beiden Abgasstränge 24, 26 umfassende System mit den beiden Partikelfiltern 28, 30 ist somit vorliegend stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtungen in Form des Oxidationskatalysators 16 und der SCR-Katalysatoren 18, 20 angeordnet. Stromabwärts des SCR-Systems ist die Abgasanlage 10 somit in die zwei Fluten beziehungsweise Abgasstränge 24, 26 aufgeteilt. Jede dieser Fluten beziehungsweise jeder dieser Abgasstränge 24, 26 ist mit dem jeweiligen Partikelfilter 28, 30 und dem jeweiligen elektrischen Heizelement 46, 48 versehen, während die Sauerstoffzufuhr mittels der Luftpumpe 36 sichergestellt wird, um das Regenerieren des jeweiligen Partikelfilters 28, 30 zu bewirken. Die beiden Partikelfilter 28, 30 können eine jeweilige Beladung mit Edelmetallen in einer Größenordnung von etwa 1 Gramm pro Liter Volumen des jeweiligen Partikelfilters 28, 30 aufweisen.
Die Umschaltung zwischen den beiden Fluten beziehungsweise Abgassträngen 24, 26 wird vorliegend über das 3-Wege-Ventil 32 sichergestellt. Mit Bezug auf 2 und 3 soll das Umschalten zwischen den beiden Abgassträngen 24, 26 und das hierbei stattfindende Regenerieren des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters 28, 30 veranschaulicht werden.
Dementsprechend ist in der Darstellung der Abgasanlage 10 gemäß 2 das 3-Wege-Ventil 32 in eine erste Schaltstellung verbracht, in welcher das gesamte durch die Abgasleitung 14 strömende Abgas weiter durch den ersten Abgasstrang 24 und somit durch den ersten Partikelfilter 28 geleitet wird. Der entsprechende Abgasmassenstrom ist in 2 durch eine Mehrzahl von Pfeilen 50 veranschaulicht. Dementsprechend ist mit Hilfe des 3-Wege-Ventils 32 in der in 2 veranschaulichten Situation, also bei in den ersten Schaltzustand verbrachtem 3-Wege-Ventil 32 der zweite Abgasstrang 26 von dem Abgasmassenstrom getrennt, welcher von der Verbrennungskraftmaschine 12 beziehungsweise von dem Motor her kommt. Die Filterung des im Abgasmassenstrom enthaltenen Rußes findet daher ausschließlich mittels des ersten Partikelfilters 28 statt. In diesem ersten Schaltzustand der etwa in Form des 3-Wege-Ventils 32 bereitgestellten Umschalteinrichtung ist somit der zweite Abgasstrang 26 geschlossen beziehungsweise nicht mit Abgas beaufschlagt.
In diesem Schaltzustand der Umschalteinrichtung werden zudem die Mittel 34 derart betrieben, dass eine Reinigung des zweiten Partikelfilters 30 stattfindet. Dementsprechend wird die zur Regeneration erforderliche Wärmeenergie in den zweiten Partikelfilter 30 durch Bestromen des zweiten Heizelements 48 eingebracht. Die Zufuhr von für das Regenerieren nötigem Sauerstoff erfolgt über die elektrisch betriebene Luftpumpe 36 beziehungsweise Sekundärluftpumpe. Dementsprechend wird das 3-Wege-Ventil 40 in eine Schaltstellung verbracht, in welcher die von der Luftpumpe 36 geförderte Luft ausschließlich über den zweiten Luftkanal 44 in die Abgasanlage 10 eingebracht wird, und zwar in den zweiten Abgasstrang 26 der Abgasanlage 10.
In der Zeit, in welcher die zweite Flut beziehungsweise der zweite Abgasstrang 26 somit vom Abgasmassenstrom getrennt ist, kann also der sich in dieser zweiten Flut beziehungsweise in diesem zweiten Abgasstrang 26 befindende zweite Partikelfilter 30 regeneriert werden. In der anderen Flut beziehungsweise in dem anderen Abgasstrang 24 wird währenddessen der verbrennungsmotorisch gebildete Ruß aus dem Abgasmassenstrom gefiltert. Während die Einbringung von Wärmeenergie in dem in 2 gezeigten Zustand der Abgasanlage 10 über das zweite Heizelement 48 stattfindet und die Zufuhr von Sauerstoff zu dem zweiten Partikelfilter 30 mittels der Luftpumpe 36 bewerkstelligt wird, ist das wenigstens eine elektrische erste Heizelement 46, welches sich in dem ersten Abgasstrang 24 befindet, nicht mit elektrischem Strom beaufschlagt.
Wenn der in dem ersten Abgasstrang 24 angeordnete erste Partikelfilter 28 seine Beladungsgrenze, also eine entsprechende Beladung mit Partikeln beziehungsweise Ruß aus dem von der Verbrennungskraftmaschine 12 kommenden Abgas erreicht hat, wird mittels des 3-Wege-Ventils 32 diese erste Flut beziehungsweise dieser erste Abgasstrang 24 von dem Abgasmassenstrom getrennt. Dieser Zustand der Abgasanlage 10 ist in 3 veranschaulicht. Der von dem Verbrennungsmotor beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine 12 erzeugte Ruß wird somit ausschließlich durch den zweiten Abgasstrang 26 beziehungsweise über die zweite Flut geleitet. Dementsprechend erfolgt die Filterung des Rußes im Abgasmassenstrom über den zweiten Abgasstrang 26 beziehungsweise mittels des zweiten Partikelfilters 30. Der entsprechende Abgasmassenstrom ist in 3 durch weitere Pfeile 52 veranschaulicht. Demgemäß strömt dann, wenn das 3-Wege-Ventil 32 in den zweiten Schaltzustand verbracht ist, kein Abgas durch den ersten Abgasstrang 24. Demgegenüber wird das wenigstens eine erste elektrische Heizelement 46, welches in dem ersten Abgasstrang 24 angeordnet ist, mit elektrischer Energie beaufschlagt, um den ersten Partikelfilter 28 aufzuheizen. Zugleich wird mittels des 3-Wege-Ventils 40 dafür gesorgt, dass die von der Luftpumpe 36 geförderte Luft beziehungsweise Sekundärluft ausschließlich über den ersten Luftkanal 42 in den ersten Abgasstrang 24 eingebracht wird.
Nach dieser Reinigung der ersten Flut beziehungsweise des sich in dem ersten Abgasstrang 24 befindenden ersten Partikelfilters 28 wird das 3-Wege-Ventil 32 wieder so geschaltet, dass wieder der zweite Abgasstrang 26 vom Abgasmassenstrom getrennt wird und der in dem zweiten Abgasstrang 26 angeordnete zweite Partikelfilter 30 regeneriert wird. Es wird also anschließend die Abgasanlage 10 wieder so betrieben, wie dies vorstehend mit Bezug auf 2 erläutert worden ist. Dementsprechend wird der von dem Verbrennungsmotor beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine 12 erzeugte Ruß dann wieder über den sich in dem ersten Abgasstrang 24 befindenden ersten Partikelfilter 28 gefiltert.
Nachfolgend sollen weitere, vorliegend beispielhaft gezeigte Komponenten der Abgasanlage 10 beziehungsweise des Kraftfahrzeugs beschrieben werden. So wird die der Verbrennungskraftmaschine 12 im verbrennungsmotorischen Betrieb zugeführte Luft oder Zuluft, welche in 2 und in 3 durch einen jeweiligen Pfeil 54 veranschaulicht ist, nach dem Durchströmen eines Luftfilters 56, welcher in einem Zuluftstrang 58 angeordnet ist, einem Verdichter 60 eines Abgasturboladers 62 zugeführt.
Der Abgasturbolader 62 umfasst in an sich bekannter Art und Weise eine Turbine 64, welche in der Abgasleitung 14 angeordnet ist. Es kann ein Steller 66 zum Einstellen einer variablen Turbinengeometrie der Turbine 64 vorgesehen sein. Auf einer Hochdruckseite des Verdichters 60 befindet sich in dem Zuluftstrang 58 ein Ladeluftkühler 68, welchem eine Drosselklappe 70 nachgeschaltet ist. Des Weiteren kann zur Einlasskanalabschaltung eine Drallklappe 72 vorgesehen sein.
Stromaufwärts der in der Abgasleitung 14 angeordneten Turbine 64 kann eine Abgasrückführleitung 74, in welcher ein Ventil 76 angeordnet ist, die Abgasleitung 14 mit einer Hochdruckseite des Zuluftstrangs 58 verbinden, also mit einem stromabwärts des Verdichters 60 angeordneten Teilbereich des Zuluftstrangs 58. In der für eine entsprechende Hochdruck-Abgasrückführung ausgebildeten Abgasrückführleitung 74 ist ein Abgasrückführungskühler 78 angeordnet. Der Abgasrückführungskühler 78 kann über einen Bypass 80, in welchem ein weiteres Ventil 82 angeordnet ist, umgangen werden.
Eine weitere Abgasrückführleitung 84 für eine Niederdruck-Abgasrückführung zweigt zwischen dem ersten SCR-Katalysator 18 und der Abgasklappe 22 von der Abgasleitung 14 ab und mündet stromabwärts des Luftfilters 56 und stromaufwärts des Verdichters 60 in den Zuluftstrang 58 ein. Auch in dieser Abgasrückführleitung 84 sind ein Abgasrückführungskühler 86 und ein Ventil 88 angeordnet.
Durch die Aufteilung der Abgasleitung 14 in die zwei Fluten beziehungsweise zwei Abgasstränge 24, 26 mit dem jeweiligen Partikelfilter 28, 30 und das Vorsehen der Mittel 34 zum Regenerieren des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters 28, 30 kann auch für ein Kraftfahrzeug wie etwa einen Personenkraftwagen mit konventionellem Antrieb eine Reinigung beziehungsweise Regeneration des jeweiligen Partikelfilters 28, 30 erreicht werden, ohne dass für dieses Regenerieren eine Verbrennung von Kraftstoff vorzunehmen ist.
Es kann also auch für konventionelle Personenkraftwagen mit einer als Dieselmotor oder als Ottomotor ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine 12 eine Reinigung des Partikelfilters 28, 30 ohne motorische Verbrennung erreicht werden.
Bezugszeichenliste

10: Abgasanlage
12: Verbrennungskraftmaschine
14: Abgasleitung
16: Oxidationskatalysator
18: SCR-Katalysator
20: SCR-Katalysator
22: Abgasklappe
24: erster Abgasstrang
26: zweiter Abgasstrang
28: erster Partikelfilter
30: zweiter Partikelfilter
32: 3-Wege-Ventil
34: Mittel
36: Luftpumpe
38: Auslass
40: 3-Wege-Ventil
42: Luftkanal
44: Luftkanal
46: Heizelement
48: Heizelement
50: Pfeil
52: Pfeil
54: Pfeil
56: Luftfilter
58: Zuluftstrang
60: Verdichter
62: Abgasturbolader
64: Turbine
66: Steller
68: Ladeluftkühler
70: Drosselklappe
72: Drallklappe
74: Abgasrückführleitung
76: Ventil
78: Abgasrückführungskühler
80: Bypass
82: Ventil
84: Abgasrückführleitung
86: Abgasrückführungskühler
88: Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011010595 A1 [0002]
DE 102015015794 A1 [0007]
DE 102016014255 A1 [0007]

Claims

Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Abgasstrang (24), in welchem ein erster Partikelfilter (28) angeordnet ist, und mit einem zweiten Abgasstrang (26), in welchem ein zweiter Partikelfilter (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (10) eine Umschalteinrichtung (32) umfasst, wobei in einem ersten Schaltzustand der Umschalteinrichtung (32) der erste Partikelfilter (28) und in einem zweiten Schaltzustand der Umschalteinrichtung (32) der zweite Partikelfilter (30) mit Abgas beaufschlagbar ist, und wobei die Abgasanlage (10) Mittel (34) zum Regenerieren des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters (28, 30) aufweist.
Abgasanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung (32) stromabwärts wenigstens einer weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, welche im Betrieb der Abgasanlage (10) in jedem Schaltzustand der Umschalteinrichtung (32) von Abgas durchströmt ist.
Abgasanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung einen Oxidationskatalysator (16) und/oder zumindest einen SCR-Katalysator (18, 20) umfasst.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (34) zum Regenerieren des jeweiligen Partikelfilters (28, 30) eine elektrisch betreibbare Luftpumpe (36) umfassen, mittels welcher Luft in den ersten Abgasstrang (24) oder in den zweiten Abgasstrang (26) einbringbar ist.
Abgasanlage nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein 3-Wege-Ventil (40) zum Bewirken des Einbringens der Luft wahlweise in den ersten Abgasstrang (24) oder in den zweiten Abgasstrang (26) mittels der Luftpumpe (36).
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (34) zum Regenerieren des jeweils nicht mit Abgas beaufschlagten Partikelfilters (28, 30) wenigstens ein elektrisches Heizelement (46, 48) umfassen, welches stromaufwärts des Partikelfilters (28, 30) in dem jeweiligen Abgasstrang (24, 26) und/oder in einem Einlassbereich des jeweiligen Partikelfilters (28, 30) angeordnet ist.
Abgasanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Schaltzustand der Umschalteinrichtung (32) sowohl der erste Partikelfilter (28) als auch der zweite Partikelfilter (30) mit Abgas beaufschlagbar sind.
Abgasanlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgebildet ist und zusätzlich zu einer Verbrennungskraftmaschine (12) eine Elektromaschine als Antriebsmaschine aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (10) für ein Kraftfahrzeug, bei welchem Abgas, welches in einen ersten Abgasstrang (24) der Abgasanlage (10) eingebracht wird, einen in dem ersten Abgasstrang (24) angeordneten ersten Partikelfilter (28) durchströmt, und bei welchem Abgas, welches in einen zweiten Abgasstrang (26) der Abgasanlage (10) eingebracht wird, einen in dem zweiten Abgasstrang (26) angeordneten zweiten Partikelfilter (30) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschalteinrichtung (32) der Abgasanlage (10) wahlweise in einen ersten Schaltzustand verbracht wird, in welchem der erste Partikelfilter (28) mit Abgas beaufschlagt wird, oder in einen zweiten Schaltzustand, in welchem der zweite Partikelfilter (30) mit Abgas beaufschlagt wird, wobei der jeweils nicht mit Abgas beaufschlagte Partikelfilter (28, 30) zumindest zeitweise regeneriert wird, während sich die Umschalteinrichtung (32) in dem ersten Schaltzustand oder in dem zweiten Schaltzustand befindet.