DE10028987A1 - Russfilter für das Abgas eines Dieselmotors - Google Patents

Abstract

Ein Rußfilter für das Abgas eines Dieselmotors umfasst einen Filterkörper (2) und eine wenigstens einen Glühstab (20) aufweisende Glühkerze (10) zur thermischen Regenerierung des Filterkörpers (2), wobei am Glühstab (20) ein Kontaktteil (22) axial verschiebbar und federnd derart gelagert ist, dass es mit seiner vom Kerzenschaft (12) abgewandten Stirnseite (24) über das Freiende (21) des Glühstabs (20) hinausragt und an die Stirnfläche (4) des Filterkörpers (2) angedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußfilter für das Abgas eines Dieselmotors.

Solche Rußfilter umfassen einen etwa zylinderförmigen Filter insbesondere aus keramischem Material, der in Längsrichtung von Kanälen durchsetzt ist. Die Wände der Kanäle wiederum sind porös, so dass in einen Kanal einströmendes Abgas über die Poren in benachbarte Kanäle gelangt. Diese Kanäle sind an ihrem gegen die Strömungsrichtung weisenden Ende verschlossen, während die erstgenannten Kanäle an ihren in Strömungsrichtung weisenden Enden verschlossen sind. Auf diese Weise wird das Abgas gezwungen, von einem zentralen Kanal über die Perforierung in benachbarte Kanäle zu strömen. Rußpartikel setzen sich dabei innerhalb der Kanäle ab. Zur Regenerierung des Filters ist zumindest eine Glühkerze mit einem etwa bolzenförmigen Glühstab vorgesehen, das nahe dem Filter angeordnet ist oder diesen berührt. Bei herkömmlichen Glühkerzen ist die Stirnseite des Glühstabs relativ nahe an der vorderen Stirnseite des Filterkörpers angeordnet, damit eine lokale Erhitzung des Filterkörpers und damit der Rußpartikel bis zu ihrer Entzündungstemperatur erfolgen kann. Um ein sicheres Zünden und damit ein Freibrennen des Filterkörpers zu ermöglichen, ist hauptsächlich ein sehr kleiner Abstand und auch eine relativ große Kontaktfläche zwischen Glühstab und Filterkörper notwendig. Bei den herkömmlichen Rußfiltern ist dies nicht in ausreichendem Maße gewährleistet. Aufgrund der zum Teil sehr hohen Bauteil- und Fertigungstoleranzen sowie auch aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen Glühkerze und Filterkörper ist die exakte und sichere Anordnung der Glühkerze an der Filterkörperstirnseite problematisch.

Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, einen Rußfilter vorzuschlagen, der in dieser Hinsicht verbessert ist.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Rußfilter mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß der Unteransprüche.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Rußfilter gemäß der Erfindung in einer schematischen Prinzipdarstellung,

Fig. 2 bis 6 jeweils eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rußfilters, bei dem ein hülsenförmiges Kontaktteil vorgesehen ist, das sich über eine Feder am Kerzenschaft der Glühkerze abstützt,

Fig. 7 bis 9 jeweils Ausführungsbeispiele, bei denen das Kontaktteil einstückig aus einem Federdraht gewickelt ist,

Fig. 10 eine Ausführungsform, bei der das Kontaktteil zugleich als Auffangbehälter für Rußpartikel gestaltet ist,

Fig. 11 eine vergrößerte Darstellung des Kontaktteils gemäß Fig. 10 im Bereich der Stirnseite,

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform mit einem als Auffangbehälter gestalteten Kontaktteil.

Gemäß Fig. 1 umfasst ein Rußfilter einen Filterkörper 2, der in einem Gehäuse 3 angeordnet ist und von Abgas A aus einem Dieselmotor durchströmt wird. Die im Abgas enthaltenen Rußpartikel R setzen sich sowohl im Innern des Filterkörpers 2 als auch an seiner Stirnfläche 4 ab. Am Gehäuse 3 sind eine Mehrzahl von Glühkerzen 10 eingeschraubt, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine einzige dargestellt ist. Die Glühkerzen 10 ragen in das Innere des Gehäuses 3 derart, dass deren Glühstab 20 mit seinem Freiende 21 nahe an der Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 angeordnet ist.

Am Glühstab 20 ist axial verschiebbar und federnd ein Kontaktteil 22 derart gelagert, dass es in der Nulllage, d. h. bei entspannter Feder, mit seiner vom Kerzenschaft 12 abgewandten Stirnseite 24 über das Freiende 21 des Glühstabs 20 hinausragt. Das Kontaktteil 22 besteht aus einem gut wärmeleitenden, vorzugsweise metallischen Werkstoff, so dass ein guter thermischer Kontakt zwischen dem Glühstab 20 und der Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 auch bei unvermeidbaren Fertigungstoleranzen sowie bei durch Wärmeausdehnung verursachten Abstandsänderungen zwischen dem Freiende 21 und der Stirnfläche 4 sichergestellt ist.

Gemäß Fig. 2 weist der Filterkörper 2 wie bereits eingangs erläutert eine Vielzahl von benachbarten Kanälen 6 auf, die abwechselnd an ihrem in oder gegen die Strömungsrichtung weisenden Ende verschlossen sind. Gegenüber der Stirnfläche 4 ist die Glühkerze 10 angeordnet, deren Kerzenschaft 12 ein Gewinde 14 aufweist, mit dem diese im Gehäuse 3 (Fig. 1) eingeschraubt ist.

Aus dem Kerzenschaft 12 ragt der Glühstab 20, der elektrisch beheizbar ist, so dass im Bereich einer wenige Millimeter, beispielsweise etwa 4 mm, von seinem Freiende 21 beabstandeten etwa ringförmigen Glühzone Z eine Temperatur von mehr als 1000°C erreicht wird. Diese hohe Temperatur ist erforderlich, um eine Nachverbrennung des Rußes zu zünden. Um sicherzustellen, dass sich dessen Nachverbrennung als exotherme Reaktion in das Innere des Filterkörpers 2 fortpflanzt und eine Oxidation des im Filterkörper 2 befindlichen Rußes bewirkt, ist es notwendig, den Ruß an der Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 zu zünden.

Es hat sich nun gezeigt, dass bereits bei einem Abstand von mehr als wenigen Zehntelmillimetern zwischen dem Freiende 21 des Glühstabes 20 und der Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 eine solche Zündung nicht mehr sicher herbeigeführt werden kann. Um die zum Zünden der Rußpartikel erforderliche Temperatur auf die Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 zu leiten, ist auf den Glühstab 20 ein hülsenförmiges Kontaktteil 22 aufgeschoben, so dass es mit seiner Innenfläche gleitend und damit in gutem thermischen Kontakt mit der Glühzone Z auf dem Glühstab 20 aufliegt.

Das Kontaktteil 22 weist an seinem dem Kerzenschaft 12 zugewandten Ende eine ringförmig umlaufende Nut 23a auf, in der die stirnseitige Windung einer Schraubenfeder 26 gelagert ist. Die Schraubenfeder 26 ist mit ihrer gegenüberliegenden stirnseitigen Windung ebenfalls in einer den Kerzenschaft 12 ringförmig umlaufenden Nut 23b gelagert, so dass das Kontaktteil 22 mit seiner seinem Freiende 24, im Ausführungsbeispiel eine ringförmige Kontaktfläche, federnd an die Stirnfläche 4 angepresst wird.

Mit Hilfe der Schraubenfeder 26 können nun unvermeidbare Toleranzen im Abstand zwischen dem Freiende 21 des Glühstabs 20 und der Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 ausgeglichen werden. Durch das Kontaktteil 22 ist auch bei einer Vergrößerung des Abstands a zwischen dem Freiende 21 und der Stirnfläche 4 über das kritische Maß von wenigen Zehntelmillimetern hinaus ein ausreichender Wärmeübertrag einerseits durch Wärmeleitung über die ringförmige Kontaktfläche 24 und andererseits durch Wärmestrahlung im Innern des an seiner Stirnseite offenen Kontaktteils 22 sichergestellt.

Im Ausführungsbeispiel ist zu erkennen, dass die zur Aufnahme der endseitigen Windungen der Schraubenfeder 26 vorgesehene Nuten 32a,b radial von der Oberfläche des Glühstabs 20 beabstandet sind, so dass die Schraubenfeder 26 den Glühstab 20 nicht berührt. Das Kontaktteil 22 ist hierzu an seinem der Glühkerze 10 zugewandten Ende mit einer flanschartigen Wandverdickung versehen, in die die Nut 23a mit ausreichendem Abstand zwischen Nutgrund und Oberfläche des Glühstabs 50 eingebracht werden kann. Dadurch ist ein übermäßiges und deren Standzeit ungünstig beeinflussendes Aufheizen der Schraubenfeder 26 vermieden.

Alternativ hierzu kann das Kontaktteil 22 gemäß Fig. 2 auch durch eine Hülse gebildet sein, die auf ihrer gesamten Länge annähernd eine konstante Wanddicke aufweist.

In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 ist als Kontaktteil 22 ein Drehteil vorgesehen. Gemäß Fig. 4 kann alternativ hierzu kann als Kontaktteil 22 auch ein aus einem dünnwandigen Blech gebildetes Formteil vorgesehen sein, in das durch entsprechende Formgebung die von der Oberfläche des Glühstabs 20 beabstandete Nut 23a eingeprägt ist.

Gemäß Fig. 5 ist das Kontaktteil 22 an seinem von der Glühkerze 10 abgewandten Freiende 24 verschlossen und insbesondere mit einer runden, balligen Stirnfläche versehen. Dies hat den Vorteil, dass auch bei einer schrägen Einbaulage der Glühkerze 10 stets ein guter, in diesem Fall annähernd punktförmiger Kontakt mit der Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 sichergestellt ist.

Gemäß Fig. 6 ist die zur federnden Lagerung des Kontaktteils 22 vorgesehene Schraubenfeder 26 auf ihrer Länge mit unterschiedlichen Radien derart gewickelt, dass diese auf einem dem Kerzenschaft 12 zugewandten Teil 26a ihrer Länge mit ihren Windungen gleitend auf dem Glühstab 20 aufliegt. Auf diese Weise entfällt die in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen im Kerzenschaft 12 angeordnete Nut 23b (Fig. 1). Diese Ausführungsform geht von der Überlegung aus, dass die Temperatur im Glühstab 20 im Bereich des Kerzenschaftes relativ niedrig ist, so dass hier ein thermischer Kontakt mit den Windungen keinen ungünstigen Einfluss auf die Standzeit der Schraubenfeder 26 ausübt.

Gemäß Fig. 7 ist das Kontaktteil 22 selbst als Schraubenfeder gestaltet, deren Wicklungen zumindest im vom Kerzenschaft 12 abgewandten Bereich 20a des Glühstabs 20 an diesem gleitend anliegen. Im Ausführungsbeispiel ist diese Schraubenfeder im dem Kerzenschaft 12 zugewandten Bereich 20b des Glühstabs 20 mit einem höheren Radius und somit beabstandet vom Glühstab 20 gewickelt, so dass zumindest für diesen Bereich der Schraubenfeder eine die Federkennlinie bei längerer Standzeit ungünstig beeinflussende thermische Belastung vermieden ist.

Gemäß Fig. 8 sind die Windungen des aus einem Federdraht gebildeten Kontaktteils 22 im Bereich des Freiendes 21 eng benachbart, so dass diese sich berühren und eine geschlossene Hülse bilden. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der Wicklung konstant, so dass die Schraubenfeder in ihrem eigentlichen Federbereich ebenfalls auf dem Glühstab 20 gleitend gelagert ist.

Gemäß Fig. 9 ist für das Kontaktteil 22 ein Federdraht mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen, so dass sich im Bereich des Freiendes des Glühstabs 20 eine Hülse ergibt, bei der die einzelnen Windungen großflächig untereinander in Kontakt stehen.

Gemäß Fig. 10 umfasst das Kontaktteil 22 eine am Glühstab 20 gleitend und verschiebbar gelagerte Innenhülse 22a, die beabstandet von einer Außenhülse 22b umgeben ist. Innenhülse 22a und Außenhülse 22b sind an ihren von der Glühkerze abgewandten Stirnseiten über einen Tragring 30 miteinander verbunden, der gemäß der vergrößerten Detaildarstellung in Fig. 11 eine Vielzahl von Durchlassöffnungen 32 aufweist. Durch den zwischen der Innenhülse 22a und der Außenhülse 22b sich ergebenden, im Ausführungsbeispiel konischen Auffangraum 34 strömt das Abgas A hindurch, wobei sich an den Durchlassöffnungen Rußpartikel abscheiden. Durch die sich im Auffangraum 34 sammelnden Rußpartikel gelangen diese näher an die eigentliche Heizzone des Glühstabs 20, so dass das Einsetzen der Nachverbrennung erleichtert ist. Zusätzlich wird durch die bei der Verbrennung dieser im Auffangraum 34 befindlichen Rußpartikel weitere Wärmeenergie frei, die das Erreichen der erforderlichen Zündtemperatur an der Stirnfläche 4 des Filterkörpers 2 unterstützt.

Gemäß Fig. 12 ist anstelle eines konischen Auffangraumes 34 ein annähernd trichterförmiger Auffangraum 34 vorgesehen.

Claims (15)

1. Rußfilter für das Abgas eines Dieselmotors mit einem Filterkörper (2) und wenigstens einer einen Glühstab (20) aufweisenden Glühkerze (10) zur thermischen Regenerierung des Filterkörpers (2), wobei am Glühstab (20) ein Kontaktteil (22) axial verschiebbar und federnd derart gelagert ist, dass es mit seiner vom Kerzenschaft (12) abgewandten Stirnseite (24) über das Freiende (21) des Glühstabs (20) hinausragt und an die Stirnfläche (4) des Filterkörpers (2) angedrückt wird.

2. Rußfilter nach Anspruch 1, bei dem sich das Kontaktteil (22) federnd am Kerzenschaft (12) abstützt.

3. Rußfilter nach Anspruch 2, bei dem zur federnden Lagerung des Kontaktteils (22) eine Schraubenfeder (26) vorgesehen ist.

4. Rußfilter nach Anspruch 3, bei dem die Schraubenfeder (26) zumindest mit ihrem dem Kerzenschaft (12) zugewandten Teil (26a) am Glühstab (20) anliegt.

5. Rußfilter nach Anspruch 3, bei dem die Schraubenfeder (26) mit einer stirnseitigen Windung in einer am Kerzenschaft (12) umlaufenden Nut (23b) gelagert ist.

6. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kontaktteil (22) eine Hülse ist.

7. Rußfilter nach Anspruch 6 in Verbindung mit Anspruch 4 oder 5, bei dem die Schraubenfeder (26) mit der gegenüberliegenden stirnseitigen Windung in einer am Kontaktteil (22) umlaufenden Nut (23a) gelagert ist.

8. Rußfilter nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Kontaktteil (22) am Freiende (24) offen ist.

9. Rußfilter nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das Kontaktteil (22) am Freiende (24) geschlossen ist.

10. Rußfilter nach Anspruch 9, bei dem das Kontaktteil (22) am Freiende (24) eine runde Stirnfläche (26) aufweist.

11. Rußfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kontaktteil (22) eine am Glühstab (20) gleitend und verschiebbar gelagerten Innenhülse (22a) und eine diese beabstandet umgebende Außenhülse (22b), die an ihrer von der Glühkerze (10) abgewandten Stirnseiten über einen eine Vielzahl von Durchlassöffnungen (32) aufweisenden Tragring (30) miteinander verbunden sind.

12. Rußfilter nach Anspruch 11, bei dem das Kontaktteil (22) ein einstückiges Formteil ist.

13. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem ein aus einem Federdraht gewickeltes einstückiges Kontaktteil (22) vorgesehen ist, das zumindest im Bereich des Freiendes derart gewickelt ist, dass es gleitend auf dem Glühstab (20) anliegt.

14. Rußfilter nach Anspruch 13, bei dem der Federdraht im Bereich des Freiendes derart gewickelt ist, dass sich die Windungen berühren.

15. Rußfilter nach Anspruch 14, bei dem ein Federdraht mit rechteckförmigen Querschnitt vorgesehen ist.