CH702613A1 - Dieselpartikelfilter. - Google Patents

Abstract

Der Dieselpartikelfilter umfasst ein Gehäuse (1) mit paarweise parallelen Wandabschnitten und ein Filtermodul (15) mit einem oder mehreren zusammengefügten quaderförmigen Filterelementen (17). Durch unterschiedliche Anordnungen von Filterelementen (17) in einem Filtermodul (15) können auf einfache Art Dieselpartikelfilter mit unterschiedlicher Querschnittform hergestellt werden. Solche Dieselpartikelfilter können auch in begrenzten Freiräumen an Motoren und Maschinen angeordnet werden.

Description

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Dieselpartikelfilter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Abgase von Motoren und Maschinen, die mit mineralischen oder pflanzlichen Dieselkraftstoffen betrieben werden, sind mit Russpartikeln belastet, welche für die Umwelt schädlich sind. Deshalb werden in zunehmendem Mass Dieselpartikelfilter, auch’ kurz DPF genannt, eingesetzt, welche solche Russpartikel aus den Abgasen der Dieselmotoren entfernen. Herkömmliche Dieselpartikelfilter umfassen in der Regel ein zylindrisches Gehäuse, in dem ein ebenfalls zylindrisches Filtermodul eingebaut und mittels Quellmatten gelagert ist. Die Filtermodule umfassen mehrere miteinander verklebte stabartige Filterelemente. Durch mechanische Nachbearbeitung von Rohlingen erhalten die einzelnen Filterelemente die erforderliche, an das jeweilige Gehäuse angepasste Gestalt. In der Regel umfasst ein Filtermodul Filterelemente unterschiedlicher Gestalt, beispielsweise ein zentrales zylindrisches Filterelement und mehrere Elemente mit kreisringsektorförmigem Querschnitt, welche das zentrale Element ummanteln. Es ist auch bekannt, mehrere miteinander verklebte quaderförmige Filterelemente durch mechanische Nachbearbeitung in die erforderliche zylindrische Gestalt zu bringen und anschliessend die zylindrische Mantelfläche zu verputzen.

[0003] Die Querschnittfläche des Filtermoduls ist abhängig vom zu verarbeitenden Volumenstrom. Aufgrund ihrer sperrigen Abmessungen ist ein Einbau herkömmlicher DPF bei den meisten Motoren und Maschinen nicht möglich. Solche DPF werden deshalb üblicherweise mittels Aufbauten auf Fahrzeugen und Maschinen angebaut. Dieselpartikelfilter mit solchen Aufbauten sind vielfach störend und kaum vor Beschädigungen geschützt.

[0004] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Dieselpartikelfilter zu schaffen, der einfach in unterschiedlicher Gestalt herstellbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Dieselpartikelfilter so auszubilden, dass er im Vergleich zu herkömmlichen Dieselpartikelfiltern besser an einer Maschine oder einem Motor positioniert werden kann. Diese Aufgaben werden gelöst durch einen Dieselpartikelfilter gemäss den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Dieselpartikelfilters sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0005] Der erfindungsgemässe Dieselpartikelfilter umfasst ein Gehäuse, dessen umschlossene Querschnittsfläche rechteckig ist oder durch paarweise parallele Wandabschnitte begrenzt wird, entsprechend dem Rand mehrerer sich überlagernder Rechtecke. Die in solche Gehäuse eingebauten Filtermodule umfassen’ ein oder mehrere direkt miteinander verbundene, quaderförmige Filterelemente. Alternativ können die Filterelemente auch matrixartig mit Zwischenwänden eines wabenartigen Gerüsts verbunden sein. Vorzugsweise sind alle Filterelemente eines Filtermoduls gleich ausgebildet. Die Querschnitte des vom Gehäuse ummantelten Innenraums und des Filtermoduls sind in Form und Grösse derart aufeinander abgestimmt, dass das Filtermodul z.B. mittels einer Pressmatte dicht im Gehäuse gelagert werden kann. Im Unterschied zu herkömmlichen Filtermodulen müssen die Filtermodule bzw. die Filterelemente nicht mechanisch nachbearbeitet werden, um eine gewünschte Querschnittsform zu erhalten. Durch unterschiedliche Anordnungen mehrerer Filterelemente kann der Querschnitt eines Filtermoduls und damit auch die äussere Gestalt eines Dieselpartikelfilters auf einfache Art an die jeweiligen Platzverhältnisse bei unterschiedlichen Motoren und Maschinen angepasst werden. So können beispielsweise Dieselpartikelfilter gefertigt werden, die bei Motoren und Maschinen in Freiräume eingebaut werden können, in denen herkömmliche DPF mit flächenmässig gleichem zylindrischem Querschnitt keinen Platz hätten. Die erfindungsgemässen Dieselpartikelfilter erlauben eine wesentliche bessere Raumausnutzung als solche mit zylindrischen Querschnitten. Anbauten unten an einem Fahrzeugboden, die mit herkömmlichen zylindrischen DPF aufgrund der Einschränkung der Bodenfreiheit nicht möglich wären, können mit einem Dieselpartikelfilter geringer Bauhöhe entsprechend der vorliegenden Erfindung ebenfalls realisiert werden.. Bei Fahrzeugen können herkömmliche Schalldämpfer durch massgleiche oder angepasste Schalldämpfer mit dem erfindungsgemässen Dieselpartikelfilter ersetzt werden. Dies betrifft sowohl die Umrüstung als auch die Neuausrüstung von Fahrzeugen.

[0006] Anhand einiger Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Dabei zeigen <tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung der vergrösserten Querschnittsfläche bei einem Dieselpartikelfilter mit quadratischem Querschnitt im Vergleich zu einem zylindrischen Dieselpartikelfilter gleicher Bauhöhe, <tb>Fig. 2<sep>eine schematische Darstellung der geringeren Bauhöhe eines quaderförmigen Dieselpartikelfilters im Vergleich zu einem zylindrischen Dieselpartikelfilter mit gleicher Querschnittsfläche, <tb>Fig. 3<sep>eine schematische Darstellung der geringeren Bauhöhe eines weiteren quaderförmigen Dieselpartikelfilters im Vergleich zu einem zylindrischen Dieselpartikelfilter mit gleicher Querschnittsfläche, <tb>Fig. 4<sep>einen Querschnitt eines Dieselpartikelfilters im Bereich des Filtermoduls, <tb>Fig. 5<sep>einen Querschnitt eines weiteren Dieselpartikelfilters im Bereich des Filtermoduls.

[0007] Die Fig. 1 bis 3 zeigen in überlagerten Darstellungen einen ersten Dieselpartikelfilter mit einem quaderförmigen ersten Gehäuse 1 und einen zweiten Dieselpartikelfilter mit einem herkömmlichen zylindrischen zweiten Gehäuse 3. Auf der linken Seite sind diese Dieselpartikelfilter jeweils in einer Seitenansicht quer zur Längsrichtung dargestellt, wobei das quaderförmige Gehäuse 1 jeweils durch unterbrochene Linien und schraffiert dargestellt ist, das zylinderförmige Gehäuse 3 hingegen mit ausgezogenen Linien und ohne Schraffur. Auf der rechten Seite sind die Dieselpartikelfilter jeweils in einer stirnseitigen Ansicht bzw. in Längsrichtung gesehen dargestellt, wobei vom quaderförmigen Gehäuse 1 nur die über das zylindrische Gehäuse 3 hinausragenden Bereiche schraffiert sind.

[0008] Jedes der Gehäuse 1, 3 hat einen Gehäusemantel der Länge L. Das erste Gehäuse 1 ist auf beiden Stirnseiten durch je eine rechteckige Stirnwand 7a, 7b abgeschlossen, wobei an der einen Stirnwand 7a ein Prüfstutzen 5 und ein Anschlussstutzen mit einer Eintrittsöffnung 9a und auf der gegenüberliegenden anderen Stirnwand 7b ein Anschlussstutzen mit einer Austrittsöffnung 9b zum Durchleiten der Abgase ausgebildet ist. In analoger Weise umfasst das zweite Gehäuse 3 auf beiden Stirnseiten je eine runde Stirnwand 11a, 11b, wobei an der einen Stirnwand 11a ein Prüfstutzen 6 und ein Anschlussstutzen mit einer Eintrittsöffnung 13a und auf der gegenüberliegenden anderen Stirnwand 11b ein Anschlussstutzen mit einer Austrittsöffnung 13b ausgebildet sind.

[0009] Fig. 1 zeigt, dass bei einem Gehäuse 1 mit quadratischem Querschnitt, dessen Breite B und Höhe H dem Durchmesser D des zylindrischen Gehäuses 3 entsprechen, der Querschnitt des vom Gehäusemantel ummantelten Strömungsraums wesentlich grösser ist als beim zylindrischen Gehäuse 3.

[0010] Fig. 2 zeigt ein Gehäuse 1 mit rechteckigem Querschnitt und ein zylindrisches Gehäuse 3, wobei die von den Gehäusemänteln umschlossenen Querschnittflächen der Strömungsräume bei beiden Gehäusen 1, 3 gleich gross sind. Die Breite B des quaderförmigen Gehäuses 1 entspricht dem Durchmesser D des zylindrischen Gehäuses 3. Das quaderförmige Gehäuse 1 weist aber im Vergleich zum zylindrischen Gehäuse 3 eine im Vergleich zum Durchmesser D deutlich geringere Bauhöhe H auf.

[0011] Fig. 3 zeigt ein rechteckiges Gehäuse 1, dessen Breite B grösser (z.B. doppelt so gross) ist als der Durchmesser D des zylindrischen Gehäuses 3, welches einen Strömungsraum mit gleicher Querschnittsfläche begrenzt. Die Bauhöhe H des quaderförmigen Gehäuses 1 ist wesentlich kleiner als die Bauhöhe bzw. der Durchmesser D des zylindrischen Gehäuses 3. Beim quaderförmigen Gehäuse 1 ist der Prüfstutzen 5 im Vergleich zum Prüfstutzen 6 des zylindrischen Gehäuses 3 in Höhe und Breite versetzt angeordnet.

[0012] Im quaderförmigen Gehäuse 1 ist ein Filtermodul 15 mit einem oder mehreren zusammengefügten quaderförmigen Filterelementen 17 gelagert, wie dies in den Fig. 4und 5beispielhaft dargestellt ist. Die Filterelemente 17 umfassen in der Regel poröse Wände aus keramischen Materialien wie z.B. Siliziumcarbid (SiC) oder metallischen Werkstoffen. Vorzugsweise ist in jedem der Filterelemente 17 eine Vielzahl aneinander angrenzender, in Längsrichtung verlaufender Kanäle ausgebildet, welche wechselseitig an den beiden Stirnseiten des Filterelements 17 verschlossen sind. Solche Filterelemente 17 werden in der Regel als Strangpressprofile mit quadratischen oder rechteckigen Querschnitten gefertigt.

[0013] Eine Pressmatte 19 dichtet das Filtermodul 15 peripher gegen die Innenwand des ummantelnden Gehäuses 1 ab und sorgt für eine gegen Stösse geschützte Lagerung des Filtermoduls 15 im Gehäuse 1. Anstelle einer oder mehrerer Pressmatten 19 könnten auch andere hitzebeständige Fügemittel zum Lagern und Abdichten des Filtermoduls 15 gegenüber dem Gehäusemantel verwendet werden. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 sind insgesamt sechs Filterelemente 17 mit quadratischem Querschnitt matrixartig in ein wabenartiges Gerüst 21 aus Metall (z.B. Chromstahl) eingebettet. Die Verbindung der Filterelemente 17 mit dem Gerüst 21 kann z.B. durch Verkleben oder durch Verpressen erfolgen. Der Einbau eines von einer Pressmatte 19 ummantelten Filtermoduls 15 bzw. dessen Verbindung mit dem Gehäuse 1 erfolgt durch Einpressen in den vom Gehäuse 1 ummantelten Strömungsraum.

[0014] Bei einer alternativen Ausführungsform des Dieselpartikelfilters,, wie sie in Fig. 5dargestellt ist, umfasst das Filtermodul 15 mehrere direkt miteinander verklebte oder in sonstiger Weise miteinander verbundene Filterelemente 17. Grundsätzlich können mehrere Filterelemente 17 gleicher Länge und mit gleichen oder unterschiedlichen rechteckigen Querschnitten in beliebiger Weise zu einem Filtermodul 15 zusammengesetzt und in ein Gehäuse 1 eingebaut werden. Erfindungsgemässe Dieselpartikelfilter können somit nicht nur quaderförmige Gehäuse 1 aufweisen, sondern auch beliebige andere Gehäuse 1, deren Gehäusemantel zumindest auf einem der Länge des Filtermoduls 15 entsprechenden Abschnitt eine an den Querschnitt dieses Filtermoduls 15 angepasste Querschnittsform mit paarweise parallelen Wandabschnitten umfasst. Mit wenigen Grundelementen können somit modular Dieselpartikelfilter unterschiedlicher Form kostengünstig und einfach gefertigt werden.

[0015] Gehäuse 1 und gegebenenfalls Gerüste 21 werden vorzugsweise als Tiefziehprofile ohne Schweissnähte bzw. ohne vorstehende Wulste gefertigt. Gehäuse 1 und Filtermodul 15 bzw. Gerüst 21 und Filterelemente 17 können somit passgenau gefertigt und zusammengebaut werden. Eine mechanische Nachbearbeitung von Filterelementen 17 oder Filtermodulen 15 ist in der Regel nicht erforderlich.

[0016] Die Länge des Filtermoduls 15 und somit auch der quaderförmigen Filterelemente 17 ist kürzer als die Länge L des Gehäuses 1, sodass auf beiden Seiten des Filtermoduls 15 innerhalb des Gehäuses 1 je ein Freiraum (nicht dargestellt) verbleibt, in welchen auf der einen Seite des Gehäuses 1 die Eintrittsöffnung 9a und der Prüfstutzen 5 münden, auf der anderen Seite die Austrittsöffnung 9b. Vorzugsweise ist der Gehäusemantel auf seiner gesamten Länge als gezogenes nahtloses Profil gefertigt. Bei stirnseitig am Gehäuse 1 ausgebildeten Anschlussstutzen ist zwischen der Eintrittsöffnung 9a und der benachbarten Stirnseite des Filtermoduls 15 vorzugsweise eine am Gehäuse 1 verankerte Prallplatte (nicht dargestellt) ausgebildet, welche verhindert, dass der in das Gehäuse 1 eintretende Abgasstrom direkt auf die Stirnseite des Filtermoduls 15 auftrifft. Bei alternativen Ausführungsformen des Dieselpartikelfilters können Eintrittsöffnungen 9a und/oder Austrittsöffnungen 9b auch lateral bzw. nicht von den Stirnseiten her in die Freiräume an den Enden des Gehäuses 1 münden (nicht dargestellt).

[0017] Aufgrund der frei wählbaren kubischen Form der erfindungsgemässen Dieselpartikelfilter ist ein Einbau solcher Dieselpartikelfilter in einem Motorraum oder an anderen geschützten Stellen bzw. Freiräumen eines Motors oder einer Maschine möglich. Oft können bei Motoren bestehende Schalldämpfer durch massgleiche oder angepasste Dieselpartikelfilter ersetzt werden. Bei Fahrzeugen mit abgehängtem Abgassystem ist der Einbau eines Dieselpartikelfilters ohne wesentliche Beeinträchtigung der Bodenfreiheit möglich.

[0018] Der erfindungsgemässe Dieselpartikelfilter eignet sich besonders für Gehäusevolumen von ca. 1 Liter bis ca. 20 Liter.

[0019] Die Vereinheitlichung der Filterelemente 17 bei Dieselpartikelfiltern unterschiedlicher Form und Grösse vereinfacht auch die Wartung solcher Systeme und führt zu einer Reduktion von Lagerhaltungskosten.

Claims (7)

1. Dieselpartikelfilter umfassend ein Gehäuse (1) mit einer Eintrittsöffnung (9a), einer Austrittsöffnung (9b) und einem Gehäusemantel, der zwischen der Eintrittsöffnung (9a) und der Austrittsöffnung (9b) einen kanalartigen Strömungsraum zum Durchleiten von Abgasen begrenzt, und ein in den Strömungsraum eingebettetes Filtermodul (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel paarweise parallele Wandabschnitte umfasst, derart, dass der vom Gehäusemantel begrenzte Querschnitt des Strömungsraums zumindest im Bereich des Filtermoduls (15) rechteckig oder von paarweise parallelen Wandabschnitten begrenzt ist.

2. Dieselpartikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtermodul (15) ein oder mehrere zusammengefügte quaderförmige Filterelemente (17) umfasst, dass der Querschnitt des Filtermoduls (17) an den Querschnitt des Strömungsraums angepasst ist, und dass das Filtermodul (15) mittels einer Pressmatte (19) oder einem anderen Fügemittel dichtend mit dem Gehäusemantel verbunden ist.

3. Dieselpartikelfilter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (17) gleich lang sind wie das Filtermodul (15).

4. Dieselpartikelfilter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Filtermodul (15) mehrere Filterelemente (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (17) durch Kleben oder andere Fügetechniken direkt miteinander verbunden sind.

5. Dieselpartikelfilter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Filtermodul (15) mehrere Filterelemente (17) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterelemente (17) durch Kleben oder andere Fügetechniken matrixartig mit Zwischenwänden eines wabenartigen Gerüsts (21) verbunden sind.

6. Dieselpartikelfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerüst (21) ein metallisches Strangpressprofil ist.

7. Dieselpartikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel ein metallisches Strangpressprofil ist.