WO2020160882A1 - Partikelfilterbaugruppe für kraftfahrzeug, kraftfahrzeug und verfahren zum regenerieren eines partikelfilters - Google Patents

Partikelfilterbaugruppe für kraftfahrzeug, kraftfahrzeug und verfahren zum regenerieren eines partikelfilters Download PDF

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Claus Reulein
Martin Wetzel
Petar KIS
Jan HILLENBRAND
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    • F02B37/168—Control of the pumps by bypassing charging air into the exhaust conduit

Definitions

  • Particulate filter assembly for motor vehicles, motor vehicles and methods for regenerating a particle filter
  • the invention relates to a particle filter assembly for a motor vehicle, a motor vehicle and a method for regenerating a particle filter.
  • particle filters are usually used to filter fine dust from the exhaust gas.
  • Such particle filters have, for example, a honeycomb body on which dust and / or soot particles are deposited.
  • the particle filter In operating states with excess oxygen in the exhaust system (e.g. overrun operation, switching operations, etc.) or during switching operations, the particle filter is burned free in order to remove the stored particles.
  • the regeneration of the particle filter requires the availability of oxygen with a high activation energy. If the particulate filter is positioned away from the engine and the engine loads are low, suitable operating states for regenerating the particulate filter in normal customer operation can only be achieved with difficulty or only with considerable disadvantages in terms of consumption. If the customer profile is not suitable for providing sufficiently high activation energy, the ignition angle can, for example, be adjusted in the retarded direction in order to increase the exhaust gas temperature.
  • this regeneration strategy has a negative effect on fuel consumption and is dependent on the customer profile in the form of downstream overrun phases or gearshifts in order to push oxygen through in the short load-free or low-load period and make it available for the soot burn-off in the particle filter.
  • a particle filter assembly for a motor vehicle, with at least one particle filter, at least one exhaust-gas conduit that opens into the particle filter, and at least one secondary air supply that is separate from the exhaust-gas conduit, with fresh air being able to be supplied to the particle filter via the secondary air supply.
  • a particle filter is to be understood as a housing with a honeycomb body located therein, for example a honeycomb body made of ceramic.
  • a honeycomb body located therein, for example a honeycomb body made of ceramic.
  • air can be supplied to the particle filter for regeneration independently of the engine operation, that is to say at any operating points of the engine. This means that the fresh air required for regeneration does not have to be supplied via the exhaust gas.
  • the ferry operation and fuel consumption are therefore not negatively influenced by the regeneration, although regeneration of the particle filter is possible in any operating state of the motor vehicle as long as the temperature in the particle filter is sufficiently high.
  • the secondary air supply or fresh air supply takes place, for example, in the exhaust-gas line or directly in the housing of the particle filter.
  • a catalytic converter assembly for converting gaseous emissions, in particular a close-coupled catalytic converter, with fresh air being supplied to the particle filter downstream of the catalytic converter assembly.
  • the fresh air is led past the catalytically active volume.
  • the particle filter is consequently also arranged downstream of the catalytic converter.
  • the secondary air supply preferably comprises a line, a valve, in particular a switchable valve, being arranged in the line.
  • the valve is preferably a control valve.
  • the amount of fresh air supplied can be controlled or regulated as required.
  • the regeneration of the particle filter can be initiated at any operating point of the engine by supplying secondary air if the particle filter has a temperature sufficient for this.
  • the particle filter can also be regenerated outside of the overrun mode at operating points with a high exhaust gas temperature, which was previously not possible.
  • a switchable valve has the advantage that in operating states in which regeneration of the particle filter is not desired, no secondary air is passed past the engine. This means that the compressor does not have to unnecessarily compress fresh air that is not intended for internal combustion, which in turn minimizes a possible increase in fuel consumption due to the fresh air bypass.
  • Another advantage is the targeted metering of fresh air, so that an exotherm in the particle filter can be controlled and thus damage to the filter due to too rapid burn-off is avoided.
  • the secondary air duct can comprise a measuring section for determining the secondary air mass flow.
  • a measuring section can typically be implemented by a defined throttle or nozzle, the pressure in front of or in the narrowest cross section with the pressure downstream and a stored characteristic curve indicating the mass flow.
  • the invention can also be used to support load shedding, in particular when air is taken from the high-pressure side of a charged Otto engine.
  • load shedding in particular when air is taken from the high-pressure side of a charged Otto engine.
  • fresh air that has already been compressed, which should previously be fed to the combustion can now be routed past the engine so that the collector pressure can drop more quickly.
  • the engine output, in particular the boost pressure can thus be reduced more quickly while adhering to component protection limits and acoustic requirements.
  • a so-called diverter valve (SUV) can be dispensed with, which is typically used to support load shedding via the fresh air side.
  • SUV diverter valve
  • the high and low pressure side of the intake air duct is short-circuited, so that the compressor pumps fresh air that has previously been compressed when the SUV is open.
  • the integration of SUVs is often implemented as an internal SUV in the compressor housing, which typically results in losses in the compressor efficiency.
  • the invention therefore also allows the compressor efficiency to be maintained, with equivalent functionality in terms of load shedding.
  • the secondary air supply comprises a pump, in particular an air pump or a suction jet pump. This means that a sufficient amount of air can be supplied within a very short time.
  • the secondary air supply can be supplied externally or be in flow connection with an intake tract of an internal combustion engine.
  • This solution is particularly useful for supercharged engines.
  • an additional pump can be dispensed with, as a result of which the regeneration system can be designed in a particularly cost-effective and space-saving manner.
  • the fresh air is already preheated as a result, which has an advantageous effect on the regeneration of the particle filter.
  • the exhaust gas mass flow entering the particle filter is therefore only slightly cooled by the supply of fresh air, which is advantageous with regard to the regeneration behavior of the particle filter.
  • a cooling effect of the fresh air supplied in the particle filter is reduced in this way.
  • the particle filter thus retains its ignition temperature longer and can be regenerated over a longer period of time.
  • additional heating for warming up the fresh air and / or the particle filter can be dispensed with in order to cover similarly large time windows.
  • the fresh air can be tapped after the compressor, in particular before the charge air cooler.
  • the compressor (s) for supplying the secondary air can be operated at any operating point can start without the supply of To change fresh air for internal engine combustion.
  • the internal engine load and the regeneration of the particle filter assembly can be regulated independently of one another.
  • the particle filter is arranged upstream of a silencer. In this way, dust particles are filtered out before the exhaust gas flows into the silencer. This avoids contamination of the silencer.
  • the particle filter is arranged downstream of the silencer.
  • the particle filter can also be integrated in the silencer.
  • the particle filter is, for example, an Otto particle filter.
  • the emission of soot particles can thus be reduced by means of the particle filter even in motor vehicles with gasoline engines.
  • the object is further achieved according to the invention by a motor vehicle with an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, and with a particle filter assembly which is designed as described above, the particle filter assembly being connected to an exhaust system of the motor vehicle.
  • the separate secondary air supply makes it possible to set the operating parameters of an engine in such a way that a high exhaust gas temperature is specifically generated and at the same time air is brought into the particle filter without deviating from the stoichiometric air / fuel ratio.
  • the object is achieved according to the invention by a method for regenerating a particle filter of a particle filter assembly during the ferry operation of a motor vehicle, wherein the particle filter assembly is designed as described above, comprising the following steps:
  • the exhaust gas can be reliably cleaned of soot particles. This reduces the particulate matter emissions of a motor vehicle. Furthermore, the particle filter can be regenerated or cleaned during the ferry operation of the motor vehicle in that the separated soot particles are burned off. In other words, the particle filter is burned free.
  • the regeneration of the particulate filter takes place at any operating points of the motor vehicle. Since the secondary air, i.e. the fresh air, is also available or is blown in, the regeneration of the particulate filter can be carried out at any operating point of the engine, if the exhaust gas temperature is required for this.
  • the regeneration in the prior art it was only possible to regenerate the particle filter at operating points with excess oxygen in the exhaust gas, for example in overrun mode or during switching operations.
  • special operating phases with a hot exhaust gas temperature can now be used to regenerate the particulate filter.
  • the regeneration is not limited to the excess of oxygen in the exhaust gas, as is the case in the prior art, since the fresh air supply can now be supplied independently of the exhaust gas and independently of the engine operation.
  • a secondary air mass flow can be measured, in particular over a measuring section.
  • the metering of the fresh air can then be regulated as precisely as possible.
  • compressed fresh air is guided past the engine by means of the secondary air supply and is therefore no longer available for internal combustion.
  • the fresh air is tapped on a high-pressure side of an internal combustion engine in order to achieve a rapid reduction in boost pressure.
  • Figure 1 schematically shows a motor vehicle according to the invention with a particle filter assembly
  • Figure 2 schematically shows a particle filter assembly according to the invention
  • FIG. 3 schematically shows another particle filter assembly according to the invention.
  • FIG. 1 shows a motor vehicle 10 according to the invention with an internal combustion engine 12, in particular with a gasoline engine, and with a particle filter assembly 14.
  • the particle filter assembly 14 is fluidically connected to an exhaust system 16 of the motor vehicle 10.
  • FIG. 2 shows a particle filter assembly 14 according to the invention for a motor vehicle, for example for a motor vehicle 10 as shown in FIG. 1.
  • the particle filter assembly 14 comprises an exhaust-gas-carrying line 18 which is connected to the exhaust system 16 of the motor vehicle 10 or which is at the same time a component of the particle filter assembly 14 and the exhaust system 16.
  • the particle filter assembly 14 shown in FIG. 2 is a single-flow arrangement, that is to say a particle filter assembly 14 with only one exhaust-gas-carrying line 18.
  • the particle filter assembly 14 furthermore comprises a particle filter 20 which has a housing 22 and a honeycomb body 24 arranged in the housing 22.
  • the particulate filter 20 is arranged upstream of a silencer 26 and downstream of a catalytic converter 28.
  • the particle filter 20 can be located downstream of a silencer 26 or in a silencer 26.
  • the particle filter 20 can also be arranged downstream of the silencer 26.
  • the particle filter 20 can also be integrated in the silencer 26.
  • the particle filter 20 includes a secondary air supply 30, via which fresh air can be supplied to the particle filter 20, specifically by means of a line 32.
  • the secondary air supply 30 is designed separately from the exhaust-gas line 18.
  • the particle filter 20 thus comprises an exhaust gas inlet 17 and an air inlet 19 formed separately from the exhaust gas inlet 17.
  • a valve 34 is arranged in the line 32, for example a switchable valve, in particular a regulating valve.
  • the particle filter 20 can be supplied with fresh air at any operating points regardless of the short operating points with excess oxygen in the exhaust system of the internal combustion engine 12 (e.g. overrun operation, shifting operations, etc.).
  • the secondary air supply 30 also includes a pump 36 in order to build up sufficient pressure in the line 32 to supply fresh air to the particle filter 20, for example a suction jet pump or a secondary air pump.
  • a pump 36 in order to build up sufficient pressure in the line 32 to supply fresh air to the particle filter 20, for example a suction jet pump or a secondary air pump.
  • the secondary air supply 30, in particular the line 32 can be in flow connection with an intake tract of the internal combustion engine 12.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a particle filter assembly 14 according to the invention.
  • the particle filter assembly 14 according to FIG. 3 differs from the exemplary embodiment shown in FIG. 2 in that it is a double-flow arrangement, that is, a particle filter assembly 14 with two exhaust-gas lines 18.
  • a particle filter assembly 14 is arranged in each of the exhaust-gas-carrying lines 18. Double-flow exhaust systems are usually used in powerful internal combustion engines.
  • the secondary air supply 30 comprises a branching line 32 which equally supplies fresh air to both particle filters 20.
  • a branching line 32 which equally supplies fresh air to both particle filters 20.
  • two separate lines 32 can also be provided.
  • the regeneration of the particle filter 20 takes place in the same way for each embodiment.
  • exhaust gas is first cleaned by exhaust gas flowing through the particle filter 20 and soot particles being deposited on a surface of the honeycomb body of the particle filter 20.
  • fresh air is fed into the particle filter 20 in addition to the exhaust gas. This allows the separated soot particles to be burned off.
  • the fresh air is supplied separately from the exhaust air, which means that the fresh air is only mixed with the exhaust gas in the particle filter 20. It is also possible for the line 32 for supplying fresh air to open into the exhaust-gas line 18 upstream of the particle filter 20, but in any case downstream of the catalytic converter 28.
  • a measuring section 38 is provided in both the single-flow and the double-flow embodiment.

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Abstract

Es wird eine Partikelfilterbaugruppe (14) für ein Kraftfahrzeug (10) angegeben, mit mindestens einem Partikelfilter (20), mindestens einer abgasführenden Leitung (18), die in den Partikelfilter (20) mündet und mindestens einer Sekundärluftzuführung (30), die separat zur abgasführenden Leitung (18) ausgebildet ist, wobei dem Partikelfilter (20) über die Sekundärluftzuführung (30) Frischluft zuführbar ist. Des Weiteren werden ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Partikelfilterbaugruppe (14) und ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters (20) angegeben.

Description

Partikelfilterbaugruppe für Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters
Die Erfindung betrifft eine Partikelfilterbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters.
Bei Kraftfahrzeugen werden üblicherweise Partikelfilter zum Filtern von Feinstaub aus dem Abgas eingesetzt. Solche Partikelfilter weisen beispielsweise einen Wabenkörper auf, an dem Staub- und/oder Rußpartikel abgeschieden werden. In Betriebszuständen mit Sauerstoffüberschuss in der Abgasanlage (z.B. Schubbetrieb, Schaltvorgänge etc.) oder bei Schaltvorgängen wird der Partikelfilter freigebrannt, um die eingelagerten Partikel zu entfernen.
Das Regenerieren des Partikelfilters setzt die Verfügbarkeit von Sauerstoff bei gleichzeitig hoher Aktivierungsenergie voraus. Bei motorferner Positionierung des Partikelfilters und geringen Motorlasten können geeignete Betriebszustände zum Regenerieren des Partikelfilters im üblichen Kundenbetrieb nur schwer beziehungsweise nur unter erheblichen Verbrauchsnachteilen erreicht werden. Ist das Kundenprofil nicht geeignet, um ausreichend hohe Aktivierungsenergie bereitzustellen, kann beispielsweise der Zündwinkel in Richtung spät verstellt werden, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Diese Regenerationsstrategie wirkt sich jedoch negativ auf den Kraftstoffverbrauch aus und ist auf das Kundenprofil in Form von nachgeschalteten Schubphasen oder Schaltvorgängen angewiesen, um in der kurzen lastfreien bzw. -armen Zeit Sauerstoff durchzuschieben und für den Rußabbrand im Partikelfilter zur Verfügung zu stellen. Hierbei kann es passieren, dass trotz Spätstellen des Zündwinkels die notwendige Aktivierungsenergie nicht erreicht wird oder der notwendige Sauerstoff nicht ausreichend durchgeschoben werden kann, wodurch der Kraftstoffverbrauch steigt, ohne dass dieser für die Regeneration des Partikelfilters auch effektiv genutzt wird. Ein zeitgleiches Bereitstellen von hoher Abgastemperatur und Sauerstoff zur Regeneration ist aus Emissionsgründen nicht möglich, da dies eine Abweichung zur stöchiometrischen Emissionsstrategie erfordern würde.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur verbesserten Regeneration von Partikelfiltern bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Partikelfilterbaugruppe für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Partikelfilter, mindestens einer abgasführenden Leitung, die in den Partikelfilter mündet und mindestens einer Sekundärluftzuführung, die separat zur abgasführenden Leitung ausgebildet ist, wobei dem Partikelfilter über die Sekundärluftzuführung Frischluft zuführbar ist.
Unter einem Partikelfilter ist ein Gehäuse mit einem darin befindlichen Wabenkörper zu verstehen, zum Beispiel einem Wabenkörper aus Keramik. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs strömt Abgas durch den Wabenkörper, wobei Feinstaubpartikel im Wabenkörper abgeschieden werden, um das Abgas zu reinigen.
Mittels der separat ausgebildeten Sekundärluftzuführung kann dem Partikelfilter zur Regeneration unabhängig vom Motorbetrieb Luft zugeführt werden, also bei beliebigen Betriebspunkten des Motors. Das bedeutet, dass die zur Regeneration benötigte Frischluft nicht über das Abgas zugeführt werden muss. Somit werden der Fährbetrieb und der Kraftstoffverbrauch durch die Regeneration nicht negativ beeinflusst, obwohl eine Regeneration des Partikel filters in jedem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs möglich ist, solange die Temperatur im Partikelfilter ausreichend hoch ist.
Die Sekundärluftzuführung bzw. Frischluftzufuhr erfolgt beispielsweise in die abgasführende Leitung oder direkt in das Gehäuse des Partikelfilters.
Der Partikelfilterbaugruppe vorgeschaltet befindet sich zur Konvertierung gasförmiger Emissionen eine Katalysatorbaugruppe, insbesondere ein motornaher Katalysator, wobei eine Zufuhr von Frischluft zu dem Partikelfilter stromabwärts der Katalysatorbaugruppe erfolgt. Anders ausgedrückt wird die Frischluft am katalytisch wirksamen Volumen vorbeigeführt. Dadurch wird die Funktionsweise des Katalysators nicht durch die Luft- und damit Sauerstoffzufuhr negativ beeinträchtigt und die stöchiometrische Emissionsstrategie wird nicht verletzt.
Der Partikelfilter ist folglich ebenfalls stromabwärts des Katalysators angeordnet.
Die Sekundärluftzuführung umfasst vorzugsweise eine Leitung, wobei in der Leitung ein Ventil, insbesondere ein schaltbares Ventil, angeordnet ist. Das Ventil ist vorzugsweise ein Regelventil. Auf diese Weise kann die zugeführte Frischluftmenge je nach Bedarf gesteuert bzw. geregelt werden. Dadurch kann bei einem beliebigen Betriebspunkt des Motors die Regeneration des Partikelfilters durch Zuführung von Sekundärluft eingeleitet werden, falls der Partikelfilter eine hierzu ausreichende Temperatur hat. Insofern lässt sich der Partikelfilter auch au ßerhalb des Schubbetriebs bei Betriebspunkten mit hoher Abgastemperatur regenerieren, was bisher nicht möglich war.
Ein schaltbares Ventil hat den Vorteil, dass in Betriebszuständen, in denen keine Regeneration des Partikelfilters gewünscht ist, auch keine Sekundärluft am Motor vorbei geführt wird. Damit muss der Verdichter nicht unnötig Frischluft komprimieren, die nicht für die innermotorische Verbrennung gedacht ist, was wiederum einen möglichen Anstieg des Kraftstoffverbrauchs durch den Frischluftbypass minimiert.
Ein weiterer Vorteil ist die gezielte Zumessung von Frischluft, sodass eine Exotherme im Partikelfilter gesteuert werden kann und dadurch eine Beschädigung des Filters aufgrund zu schnellen Abbrandes vermieden wird.
Um die Zumessung der Frischluft möglichst genau regeln zu können, kann die Sekundärluftführung eine Messstrecke zur Bestimmung des Sekundärluftmassenstroms umfassen. Eine solche Messtrecke kann typischerweise durch eine definierte Drossel bzw. Düse realisiert werden, wobei der Druck vor bzw. im engsten Querschnitt mit dem Druck stromabwärts und einer hinterlegten Kennlinie auf den Massenstrom schließen lassen.
Neben der primären Verwendung als Sekundärluftzuführung zwecks Regeneration des Partikelfilters kann die Erfindung auch zur Unterstützung des Lastabwurfs verwendet werden, insbesondere wenn Luft auf der Hochdruckseite eines aufgeladenen Ottomotors entnommen wird. Durch den Kurzschluss zur Abgasseite kann bereits komprimierte Frischluft, die zuvor noch der Verbrennung zugeführt werden sollte, nun am Motor vorbei geleitet werden, so dass der Sammlerdruck schneller abfallen kann. Die Motorleistung, insbesondere der Ladedruck kann somit unter Einhaltung von Bauteilschutzgrenzen und Akustikanforderungen schneller reduziert werden. Damit kann auf ein sogenanntes Schubumluftventil (SUV) verzichtet werden, welches typischerweise zur Unterstützung des Lastabwurfs über die Frischluftseite eingesetzt wird. Hierbei wird die Hoch- und Niederdruckseite der Ansaugluftführung kurzgeschlossen, so dass der Verdichter bei geöffnetem SUV zuvor verdichtete Frischluft im Kreis pumpt. Die Integration von SUVs wird aus Kosten- und Platzgründen häufig als internes SUV im Verdichtergehäuse realisiert, was typischerweise Einbu ßen im Verdichterwirkungsgrad zur Folge hat. Durch die Erfindung kann demnach ebenso Verdichterwirkungsgrad erhalten bleiben, bei gleichwertiger Funktionalität in Bezug auf den Lastabwurf.
Um in der Sekundärluftzuführung, insbesondere in der Leitung, einen ausreichenden Luftdruck bereitzustellen, umfasst die Sekundärluftzuführung eine Pumpe, insbesondere eine Luftpumpe oder eine Saugstrahlpumpe. Dadurch kann innerhalb kürzester Zeit eine ausreichende Luftmenge zugeführt werden.
Die Sekundärluftzuführung kann extern zugeführt werden oder mit einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors in Strömungsverbindung stehen. Diese Lösung bietet sich vor allem bei aufgeladenen Motoren an. Bei dieser Ausführungsform kann auf eine zusätzliche Pumpe verzichtet werden, wodurch das Regenerationssystem besonders kostengünstig und bauraumsparend ausgebildet sein kann. Darüber hinaus ist die Frischluft dadurch bereits vorgewärmt, was sich vorteilhaft auf die Regeneration des Partikelfilters auswirkt. Der in den Partikelfilter eintretende Abgasmassenstrom wird somit durch die Zufuhr von Frischluft nur geringfügig abgekühlt, was hinsichtlich des Regenerationsverhaltens des Partikelfilters vorteilhaft ist. Anders ausgedrückt ist auf diese Weise eine Kühlwirkung der zugeführten Frischluft im Partikelfilter reduziert. Der Partikelfilter behält somit länger seine Zündtemperatur und kann über einen größeren Zeitraum regeneriert werden. Dadurch kann beispielsweise auf eine Zusatzheizung zum Aufwärmen der Frischluft und/oder des Partikelfilters verzichtet werden, um ähnlich große Zeitfenster abzudecken.
Beispielsweise kann der Abgriff der Frischluft nach Verdichter erfolgen, insbesondere vor Ladeluftkühler.
Für die Regelung der Sekundärluftzufuhr bei einem Abgriff der Frischluft aus dem Ansaugtrakt eines aufgeladenen Ottomotors ist es zweckmäßig, den Abgriff für die Frischluftzufuhr vor Drosselklappe oder einem sonstigen Regelorgan auf der Frischluftseite zu positionieren, so dass der bzw. die Verdichter zur Versorgung der Sekundärluft beliebige Betriebspunkte anfahren können, ohne die Zufuhr von Frischluft für innermotorische Verbrennung zu verändern. Anders ausgedrückt kann somit die innermotorische Last und die Regeneration der Partikelfilterbaugruppe unabhängig voneinander geregelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Partikelfilter stromaufwärts eines Schalldämpfers angeordnet. Auf diese Weise werden Staubpartikel bereits herausgefiltert, bevor das Abgas in den Schalldämpfer einströmt. Somit wird eine Verschmutzung des Schalldämpfers vermieden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Partikelfilter stromabwärts des Schalldämpfers angeordnet ist. Auch kann der Partikelfilter im Schalldämpfer integriert sein.
Der Partikelfilter ist beispielsweise ein Otto-Partikelfilter. Somit kann mittels des Partikelfilters auch bei Kraftfahrzeugen mit Ottomotoren der Ausstoß von Rußpartikeln reduziert werden.
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Ottomotor, und mit einer Partikelfilterbaugruppe, die wie vorher beschrieben ausgebildet ist, wobei die Partikelfilterbaugruppe mit einer Abgasanlage des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Durch die separate Sekundärluftzufuhr ergibt sich die Möglichkeit, die Betriebsparameter eines Motors derart einzustellen, dass gezielt eine hohe Abgastemperatur erzeugt wird und gleichzeitig Luft in den Partikelfilter gebracht wird, ohne vom stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis abzuweichen.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters einer Partikelfilterbaugruppe im Fährbetrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei die Partikelfilterbaugruppe wie vorhergehend beschrieben ausgebildet ist, umfassend die folgenden Schritte:
Reinigen eines durch den Partikelfilter strömenden Abgases durch
Abscheiden von Rußpartikeln auf einer Oberfläche eines Wabenkörpers,
Zuführen von Frischluft in den Partikelfilter zusätzlich zu dem Abgas und
Abbrennen der abgeschiedenen Ru ßpartikel. Durch dieses Verfahren kann das Abgas zuverlässig von Rußpartikeln gereinigt werden. Dadurch wird der Feinstaubausstoß eines Kraftfahrzeugs reduziert. Ferner lässt sich der Partikelfilter im Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs regenerieren bzw. reinigen, indem die abgeschiedenen Ru ßpartikel abgebrannt werden. Mit anderen Worten wird der Partikelfilter freigebrannt.
Insbesondere findet die Regeneration des Partikelfilters in beliebigen Betriebspunkten des Kraftfahrzeugs statt. Da die Sekundärluft, also die Frischluft, zusätzlich zur Verfügung steht bzw. eingeblasen wird, kann die Regeneration des Partikelfilters bei beliebigen Betriebspunkten des Motors durchgeführt werden, falls die hierzu notwendige Temperatur des Abgases vorliegt. Im Gegensatz hierzu war es im Stand der Technik lediglich in Betriebspunkten mit Sauerstoffüberschuss im Abgas möglich, zum Beispiel im Schubbetrieb oder bei Schaltvorgängen, den Partikelfilter zu regenerieren. Anders ausgedrückt können nunmehr zur Regeneration des Partikelfilters spezielle Betriebsphasen mit heißer Abgastemperatur genutzt werden. Die Regeneration ist dadurch nicht auf den Sauerstoffüberschuss im Abgas begrenzt, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, da die Frischluftzufuhr nunmehr unabhängig vom Abgas und unabhängig vom Motorbetrieb zugeführt werden kann.
Während der Regeneration des Partikelfilters kann ein Sekundärluftmassenstrom gemessen werden, insbesondere über eine Messstrecke. Wie bereits vorhergehend erwähnt, dann dadurch die Zumessung der Frischluft möglichst genau geregelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird komprimierte Frischluft mittels der Sekundärluftzuführung am Motor vorbei geleitet und steht damit nicht mehr der innermotorischen Verbrennung zur Verfügung. Insbesondere wird die Frischluft auf einer Hochdruckseite eines Verbrennungsmotors abgegriffen, um eine schnelle Reduktion eines Ladedrucks zu erreichen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Partikelfilterbaugruppe, Figur 2 schematisch eine erfindungsgemäße Partikelfilterbaugruppe und
Figur 3 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Partikelfilter baugruppe.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 12, insbesondere mit einem Ottomotor, und mit einer Partikelfilterbaugruppe 14. Die Partikelfilterbaugruppe 14 ist mit einer Abgasanlage 16 des Kraftfahrzeugs 10 strömungstechnisch verbunden.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Partikelfilterbaugruppe 14 für ein Kraftfahrzeug, zum Beispiel für ein wie in Figur 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 10.
Die Partikelfilterbaugruppe 14 umfasst eine abgasführende Leitung 18, die mit der Abgasanlage 16 des Kraftfahrzeugs 10 verbunden ist beziehungsweise die gleichzeitig Bestandteil der Partikelfilterbaugruppe 14 und der Abgasanlage 16 ist. Bei der in Figur 2 dargestellten Partikelfilterbaugruppe 14 handelt es sich um eine einflutige Anordnung, das heißt eine Partikelfilterbaugruppe 14 mit lediglich einer abgasführenden Leitung 18.
Die Partikelfilterbaugruppe 14 umfasst des Weiteren einen Partikelfilter 20, der ein Gehäuse 22 und einen in dem Gehäuse 22 angeordneten Wabenkörper 24 aufweist.
Der Partikelfilter 20 ist in der gezeigten Ausführungsform stromaufwärts eines Schalldämpfers 26 und stromabwärts eines Katalysators 28 angeordnet. Alternativ kann sich der Partikelfilter 20 stromabwärts eines Schalldämpfers 26 oder in einem Schalldämpfer 26 befinden.
Der Partikelfilter 20 kann auch stromabwärts des Schalldämpfers 26 angeordnet sein. Auch kann der Partikelfilter 20 im Schalldämpfer 26 integriert sein.
Zur Regeneration des Partikelfilters 20 umfasst der Partikelfilter 20 eine Sekundärluftzuführung 30, über die dem Partikelfilter 20 Frischluft zugeführt werden kann, und zwar mittels einer Leitung 32. Die Sekundärluftzuführung 30 ist dabei separat von der abgasführenden Leitung 18 ausgebildet. Der Partikelfilter 20 umfasst somit einen Abgaseingang 17 und einen vom Abgaseingang 17 separat ausgebildeten Lufteingang 19.
Um die Frischluftzufuhr zu steuern bzw. zu regeln, ist in der Leitung 32 ein Ventil 34 angeordnet, zum Beispiel ein schaltbares Ventil, insbesondere ein Regelventil. Dadurch kann dem Partikelfilter 20 unabhängig von den kurzen Betriebspunkten mit Sauerstoffüberschuss in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors 12 (z.B. Schubbetrieb, Schaltvorgänge etc.) bei beliebigen Betriebspunkten Frischluft zugeführt werden.
Die Sekundärluftzuführung 30 umfasst zudem eine Pumpe 36, um ausreichend Druck in der Leitung 32 aufzubauen, um dem Partikelfilter 20 Frischluft zuzuführen, zum Beispiel eine Saugstrahlpumpe oder eine Sekundärluftpumpe.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sekundärluftzuführung 30, insbesondere die Leitung 32, mit einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 12 in Strömungsverbindung stehen.
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Partikelfilterbaugruppe 14. Die Partikelfilterbaugruppe 14 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass es sich um eine zweiflutige Anordnung, das heißt, eine Partikelfilterbaugruppe 14 mit zwei abgasführenden Leitungen 18 handelt. In jeder der abgasführenden Leitungen 18 ist eine Partikelfilterbaugruppe 14 angeordnet. Zweiflutige Abgasanlagen kommen in der Regel bei leistungsstarken Verbrennungsmotoren zum Einsatz.
Die Sekundärluftzuführung 30 umfasst in diesem Fall eine sich verzweigende Leitung 32, die gleichermaßen Frischluft zu beiden Partikelfiltern 20 zuführt. Alternativ können auch zwei separate Leitungen 32 vorgesehen sein.
Die Regeneration des Partikelfilters 20 erfolgt für jede Ausführungsform gleichermaßen.
Im Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 wird zunächst Abgas gereinigt, indem Abgas durch den Partikelfilter 20 strömt und dabei Rußpartikel auf einer Oberfläche des Wabenkörpers des Partikelfilters 20 abgeschieden werden. Zur Regeneration des Partikelfilters 20 wird zusätzlich zum Abgas zusätzlich Frischluft in den Partikelfilter 20 zugeführt. Dadurch können die abgeschiedenen Rußpartikel abgebrannt werden.
Insbesondere wird die Frischluft separat von der Abgasluft zugeführt, was bedeutet, dass die Frischluft erst im Partikelfilter 20 mit dem Abgas vermischt wird. Es ist auch möglich, dass die Leitung 32 zur Zufuhr von Frischluft stromaufwärts des Partikelfilters 20 in die abgasführende Leitung 18 mündet, jedoch in jedem Fall stromabwärts des Katalysators 28.
Um einen Massenstrom der Sekundärluft zu messen, ist sowohl bei der einflutigen als auch bei der zweiflutigen Ausführungsform eine Messstrecke 38 vorgesehen.

Claims

Patentansprüche
1 . Partikelfilterbaugruppe (14) für ein Kraftfahrzeug (10), mit mindestens einem Partikelfilter (20), mindestens einer abgasführenden Leitung (18), die in den Partikelfilter (20) mündet und mindestens einer Sekundärluftzuführung (30), die separat zur abgasführenden Leitung (18) ausgebildet ist, wobei dem Partikelfilter (20) über die Sekundärluftzuführung (30) Frischluft zuführbar ist.
2. Partikelfilterbaugruppe (14) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzuführung (30) eine Leitung (32) umfasst, wobei in der Leitung (32) ein Ventil (34), insbesondere ein schaltbares Ventil, angeordnet ist.
3. Partikelfilterbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messstrecke (38) vorgesehen ist, um den Massenstrom der Sekundärluft zu messen.
4. Partikelfilterbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (20) einen Abgaseingang (17) und einen vom Abgaseingang (17) separat ausgebildeten Lufteingang (19) umfasst.
5. Partikelfilterbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzuführung (30) eine Pumpe (36) umfasst, insbesondere eine Luftpumpe oder eine Saugstrahlpumpe.
6. Partikelfilterbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärluftzuführung (30) mit einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors (12) in Strömungsverbindung steht.
7. Partikelfilterbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (20) stromabwärts eines Katalysators (28), insbesondere eines motornahen Katalysators (28) angeordnet ist, wobei die Frischluftzufuhr stromabwärts des Katalysators (28) angeordnet ist.
8. Partikelfilterbaugruppe (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (20) ein Ottopartikelfilter ist.
9. Kraftfahrzeug (10) mit einem Verbrennungsmotor (12), insbesondere einem Ottomotor, und mit einer Partikelfilterbaugruppe (14) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Partikelfilterbaugruppe (14) mit einer Abgasanlage (16) des Kraftfahrzeugs (10) verbunden ist.
10. Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters (20) einer Partikelfilterbaugruppe (14) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 im Fährbetrieb eines Kraftfahrzeugs (10), umfassend die folgenden Schritte:
Reinigen eines durch den Partikelfilter (20) strömenden Abgases durch Abscheiden von Rußpartikeln auf einer Oberfläche eines Wabenkörpers (24),
Zuführen von Frischluft in den Partikelfilter (20) zusätzlich zu dem Abgas und
- Abbrennen der abgeschiedenen Rußpartikel.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des Partikelfilters (20) in beliebigen Betriebspunkten des Kraftfahrzeugs (10) stattfindet.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein
Sekundärluftmassenstrom gemessen wird, insbesondere über eine Messstrecke (38).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass komprimierte Frischluft mittels der Sekundärluftzuführung (30) am Motor vorbei geleitet wird und damit nicht mehr der innermotorischen Verbrennung zur Verfügung steht.
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