DE102004026060A1

DE102004026060A1 - Reinigungseinsatz für Abgasreinigungsanlagen

Info

Publication number: DE102004026060A1
Application number: DE102004026060A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Jürgen Dr. Fränkle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2005-12-22

Abstract

Ein Reinigungseinsatz für Abgasreinigungsanlagen, insbesondere für Abgasreinigungsanlagen von Kraftfahrzeugmotoren, besteht aus Kanälen regelmäßigen seckseckigen Querschnittes oder aus Kanälen sechseckigen und viereckigen oder achteckigen und viereckigen Querschnitts, wobei die Querschnittsseiten jeweils gemeinsame Kanalwände benachbarter Kanäle bilden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Reinigungseinsatz für Abgasreinigungsanlagen, insbesondere für Abgasreinigungsanlagen von Kraftfahrzeugmotoren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Reinigungseinsätze für Abgasreinigungsanlagen sind als keramische oder sintermetallische Einsätze von Katalysatoren und/oder Rußfiltern bekannt, und zwar mit im Querschnitt rechteckigen, in Durchströmungsrichtung verlaufenden Kanälen, deren Seiten jeweils gemeinsame Wände benachbarter Kanäle bilden, über die die Abgase bei Nutzung als Partikelfilter von den anströmseitig beaufschlagten Anströmkanälen auf die abströmseitigen Abströmkanäle übertritt. Je nach Einsatzzweck sind katalytische Beschichtungen vorgesehen, die den an sich schon hohen Aufwand für derartige Reinigungseinsätze weiter erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Reinigungseinsätze der vorgenannten Art im Hinblick auf den Materialbedarf und die zur Verfügung stehenden nutzbaren Reinigungsflächen zu optimieren, wobei in weiterer Ausbildung der Erfindung gegebenenfalls auch unterschiedliche Querschnittsflächen für die Kanäle, insbesondere für als Anström- und Abströmkanäle genutzte Kanäle zu realisieren sind.

Ein hinsichtlich Materialverbrauch und Einsatz-, insbesondere Filterfläche optimierter Reinigungsansatz ist gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 durch einen sechseckigen Querschnitt gekennzeichnet, wobei sich eine hinsichtlich des Materialverbrauches minimierte und hinsichtlich der Einsatz-, insbesondere Filterfläche maximierte Lösung dadurch erreichen lässt, dass der Reinigungseinsatz ausschließlich durch Kanäle mit sechseckigem Querschnitt gebildet ist, deren Seiten gleiche Längen aufweisen. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht bei ausreichender Standfestigkeit geringe Wanddicken, so Wanddicken bis in den Bereich von 0,1 bis 0,2 mm bei bezogen auf keramische Filter spezifische Oberflächen von mehreren Quadratmetern pro Liter/Keramik, wobei sich die spezifische Oberfläche von Quadratmeter/Liter als Funktion der Wanddicke darstellt und bei Wanddicken von 0,1 mm spezifische Oberflächen bis in den Bereich von 20 m²/l erreichbar sind. Selbst bei Wanddicken von 0,2 mm werden noch spezifische Oberflächen von etwa 10 m²/l Keramik erreicht, und dies bei einer Anzahl von Kanälen zwischen etwa 200 bis 400 Kanälen/Quadratinch.

Reinigungseinsätze der vorbesprochenen Art eignen sich insbesondere als Katalysatoren, gegebenenfalls als Partikelfilter mit wechselseitig geschlossenen Kanälen. Für Reinigungseinsätze mit Filterfunktion, so insbesondere für als Rußfilter eingesetzte Reinigungseinsätze erweisen sich insbesondere Lösungen als zweckmäßig, deren Kanäle Querschnittsflächen unterschiedlicher Größe aufweisen, so Kanäle mit sechseckigem und viereckigem Querschnitt, wobei bevorzugt die Kanäle sechseckigen Querschnittes eine größere Querschnittsfläche aufweisen als die Kanäle mit viereckigem Querschnitt.

Für die praktische Ausgestaltung erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Kanäle sechseckigen Querschnittes einen gestreckten Kanalquerschnitt aufweisen, derart, dass die langen, zur Querschnittslängsachse parallelen Querschnittsseiten gemeinsame Wände benachbarter Kanäle mit sechseckigem Querschnitt bilden.

Hierfür erweist es sich als zweckmäßig, dass jeweils zwei Kanäle mit gestrecktem Kanalquerschnitt ein Kanalpaar, mit fluchtenden Längsachsen der Kanäle, bilden und dass die Kanäle zweier aneinander grenzender Kanalpaare mit parallel verlaufenden Längsachsen bei symmetrischer Anordnung ihrer Kanäle zu einer zu den Längsachsen senkrechten Symmetrieebene mit ihren jeweiligen, in der Symmetrieebene aneinander stoßenden, in die Kanalspitzen auslaufenden und einander zugewandten kurzen Querschnittsseiten einen Kanal viereckigen Querschnitts begrenzen.

In Abhängigkeit von der Streckung der Querschnitte der sechseckigen Kanäle kann der Querschnitt des viereckigen Kanales quadratisch oder rautenförmig gestaltet sein, wobei auch bei dieser Lösung alle Querschnittsseiten der Kanäle, von den umfangsseitig zum Einsatz liegenden Querschnittsseiten abgesehen, gemeinsame Wände aneinander grenzender Kanäle bilden, sodass sich ein dünnwandiger und Material sparender Aufbau ergibt, und dies verbunden mit der Möglichkeit, Fläche und Form der jeweiligen Kanalquerschnitte für die sechseckigen und die viereckigen Kanäle zu variieren, so dass sich an- und abströmseitige Kanäle mit unterschiedlichen Querschnittsformen und Flächen realisieren lassen. Bezogen auf Rußfilter bilden bevorzugt die sechseckigen Kanäle anströmseitige Kanäle.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung für Reinigungseinsätze liegt darin, diese durch Kanäle mit achteckigem Querschnitt und viereckigem Querschnitt aufzubauen, wobei die Kanäle achteckigen Querschnitts aufeinander folgende kurze und lange Querschnittsseiten aufweisen.

Die langen Querschnittsseiten der im Querschnitt achteckigen Kanäle bilden gemeinsame Wände aneinander grenzender achteckiger Kanäle, wobei zwischen diesen achteckigen Kanälen die viereckigen Kanäle eingeschlossen sind, und zwar durch einander entsprechende kurze Querschnittsseiten von jeweils vier einen Kanal viereckigen Querschnitts umgrenzenden Kanälen achteckigen Querschnitts, die mit ihren kurzen Querschnittsseiten gemeinsame Wände zu den Kanälen viereckigen Querschnitts aufweisen. Auch bei einer derartigen Lösung lassen sich unterschiedliche Querschnittsflächen durch die entsprechende Bemessung der kurzen und langen Seiten realisieren, sodass die Wahl in Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse getroffen werden kann. Ferner sind noch bei dieser Lösung alle Wände des durch die Kanäle gebildeten Einsatzes, von den umfangsseitig am Einsatz außen liegenden Kanalwänden abgesehen, gemeinsame Wände zweier Kanäle, sodass wiederum ein Material sparender Aufbau realisierbar ist, verbunden mit durch die Fläche der gemeinsamen Wände bestimmten Filterflächen, wobei die unterschiedlichen Kanalquerschnitte auch die Möglichkeit bilden, in den anströmseitigen Kanälen ausreichenden Speicherraum für abgelagerte Partikel und/oder anderweitige Rückstände, wie beispielsweise Ascherückstände zur Verfügung zu stellen und dadurch die Nutzungszeiten für derartige Filter den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen.

Die erfindungsgemäßen Einsätze sind sowohl für Katalysatoren wie auch für Filter, so insbesondere Rußfilter oder anderweitige Rückstände aufhaltende Filter geeignet und ermöglichen jeweils einen Material sparenden und große Nutzungsflächen zur Verfügung stellenden Aufbau, wobei ungeachtet der Kanalquerschnitte die jeweils durch gemeinsame Wände gebildeten Abgrenzungen zwischen einander grenzenden Kanälen besonders geringe Wandstärken und Wandvolumina ermöglichen, sodass sich bei kleinen Wanddicken große Oberflächen realisieren lassen. Dies bei großen spezifischen Oberflächen bezogen auf die Menge des für den Einsatz aufgewandten Materiales, wobei als Material im Rahmen der Erfindung sowohl Keramik wie auch metallische offenporige Schäume oder dergleichen erfindungsgemäß Verwendung finden können.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei
1 im Querschnitt einen Ausschnitt aus einem Reinigungseinsatz zeigt, der aus Kanälen mit regelmäßigem Sechseckquerschnitt aufgebaut ist,
2 und 3 weitere Darstellungen von Ausschnitten aus Reinigungseinsätzen zeigen, wiederum jeweils als Querschnittsdarstellung, wobei die Reinigungseinsätze aus Kanälen mit lang gestrecktem Sechseckquerschnitt und über diese abgegrenzten Kanälen mit viereckigem Querschnitt aufgebaut sind, und
4 eine weitere Querschnittsdarstellung eines Ausschnittes aus einem Reinigungseinsatz zeigt, der aus Kanälen achteckig und viereckigen Querschnitt aufgebaut ist, wobei die Kanäle viereckigen Querschnitts wiederum durch Querschnittsseiten der Kanäle achteckigen Querschnitts begrenzt sind und zu diesen gemeinsame Wände aufweisen.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Reinigungseinsatz 1, wobei der Reinigungseinsatz 1 aus Kanälen 2 sechseckigen Querschnitts aufgebaut ist, deren Seiten 3 gleiche Längen aufweisen und im Verbund des Einsatzes mit ihren aneinander grenzenden Seiten 3 jeweils gemeinsame Wände 4 aneinander grenzender Kanä le 2 bilden. Die gemeinsamen Wände 4 sind hier zur Veranschaulichung verdickt dargestellt, können im Rahmen der Erfindung als gemeinsame Wände aber gleiche oder auch geringere Wandstärke als die randseitig frei liegenden Wände 5 aufweisen. Der dargestellte regelmäßige Sechseckquerschnitt der Kanäle 2 ermöglicht minimierten Materialeinsatz bei maximierten Wandflächen, die, je nach Einsatzzweck und Materialstruktur Filterflächen und/oder bei entsprechender Beschichtung, Reaktionsflächen bilden können, sodass sich der erfindungsgemäße Reinigungseinsatz in der entsprechenden Struktur sowohl für Katalysatoren wie auch für Filter, so insbesondere auch Rußfilter, eignet. Hierbei lassen sich, maximiert gegen kleine Wanddicken, große spezifische Oberflächen je Liter des für den Einsatz verwendeten Materiales erreichen, und dies weitgehend unabhängig von der Querschnittsfläche der Kanäle, so dass eine große Variationsbreite bezüglich der Summe der Kanäle bezogen auf eine jeweilige Flächeneinheit gegeben ist und sich auch bei größeren Wandstärken noch spezifische günstige Werte ergeben. So liegt beispielsweise die spezifische Oberfläche in m²/l als Funktion der Wanddicke bei einer Wanddicke von 0,1 mm im Bereich von 20 m²/l, und bei einer Wanddicke von 0,2 mm noch bei etwa 10 m²/l.
Die grundsätzlichen Vorteile des Aufbaus eines Reinigungseinsatzes 1 aus im Querschnitt regelmäßige Sechseckform aufweisenden Kanälen 2 lassen sich in Annäherung auch bei Reinigungseinsätzen 6 gemäß 2 und 3 erreichen, bei denen der Reinigungseinsatz 6 aus Kanälen 7 mit lang gestrecktem Sechseckquerschnitt und Kanälen 8 mit Viereckquerschnitt aufgebaut ist. Bezogen auf 2 und 3 finden hierbei gleiche Bezugszeichen Verwendung, und 2 und 3 unterscheiden sich im Wesentlichen lediglich hinsichtlich des Grades der Streckung des Querschnittes der Kanäle 7, und dadurch bedingt hinsichtlich der Querschnittsform der Kanäle 8 viereckigen Querschnitts, die in 2 im quadratischen und in 3 rhombischen Querschnitt aufweisen.
Der Aufbau des Reinigungseinsatzes 6 erfolgt mit einer Anordnung der Kanäle 7 sechseckigen Querschnittes derart, dass diese bezüglich ihrer langen, zu ihren Längsachsen 10 paralleln Querschnittsseiten 9, bei paralleler Lage der Längsachsen 10, gemeinsame Wände 11 für die über ihre langen Seiten aneinander grenzenden Kanäle 7 bilden, und dass paarweise bezüglich ihrer Längsachsen 10 zueinander fluchtende Kanäle 7 mit ihren Kanalspitzen 12, in denen die jeweils aufeinander gerichteten kurzen Seiten 13 der Kanäle 7 auslaufen, aneinander stoßen. Die aneinander stoßenden Spitzen 12 zweier Kanalpaare 14, 15, die jeweils durch zwei Kanäle 7 mit fluchtender Längsachse 10 gebildet sind und deren jeweilige Kanäle 7 fluchtend zu einer Symmetrieebene 16 liegen, die quer zu den Längsachsen 10 durch die Kanalspitzen 12 verläuft, begrenzen mit ihren einander zugewandten, in den Spitzen 12 auslaufenden kurzen Seiten 13 jeweils einen Kanal 8 viereckigen Querschnitts, wobei die kurzen Seiten 13 gemeinsame Wände zu den umgrenzenden Kanälen 7 sechseckigen Querschnitts bilden.
2 und 3 veranschaulichen, dass in Abhängigkeit von der Erstreckung der sechseckigen Kanäle 7 das Flächenverhältnis zwischen sechseckigen Kanälen 7 und viereckigen Kanälen 8 variiert werden kann, so dass sich auch, bei Nutzung der einen oder der anderen Kanäle 7 bzw. 8 als anströmseitige bzw. abströmseitige Kanäle das Verhältnis von Anström- zu Abströmquerschnitt variieren lässt. Damit bietet sich insbesondere die Möglichkeit, die anströmseitigen Kanäle im Querschnitt größer als die abströmseitigen Kanäle zu machen, so dass auch bei entsprechenden Ablagerungen im Falle der Nutzung des Reinigungseinsatzes 6 insbesondere als Filter, so beispielsweise als Partikelfilter, die Filterfunktion über eine hohe Nutzungsdauer sichergestellt werden kann. Insbesondere die sechseckigen Kanäle 7 werden hierbei als anströmseitige Kanäle genutzt, die endseitig geschlossen sind, während die dann abströmseitigen Kanäle 8 anströmseitig geschlossen sind.
4 veranschaulicht einen weiteren Reinigungseinsatz 17, nunmehr aufgebaut aus Kanälen achteckigen Querschnittes 18 und viereckigen Querschnittes 19, wobei die Kanäle 18 achteckigen Querschnittes, wie 4 zeigt, aufeinander folgend lange Querschnittsseiten 20 und kurze Querschnittsseiten 21 aufweisen, und sowohl die langen Querschnittseiten 20 als auch die kurzen Querschnittsseiten 21 untereinander jeweils gleich lang sind. Dementsprechend ergibt sich ein symmetrischer Querschnitt bezogen auf zwei zueinander senkrechte Symmetrieachsen 22 bzw. 23, die sich im Zentrum 24 des Achtecks schneiden und die jeweils senkrecht zu den kurzen Seiten 21, diese halbierend, verlaufen. Die langen Seiten 20 der achteckigen Kanäle 18 bilden jeweils die gemeinsame Wand zweier zueinander benachbarter Kanäle 18 achteckigen Querschnittes, und die kurzen Seiten 21 von jeweils vier um einen Kanal 19 viereckigen Querschnittes gruppierten Kanälen 18 achteckigen Querschnittes bilden gemeinsame Wände zu dem umschlossenen Kanal 19 viereckigen Querschnitts.
Bezogen auf die angesprochenen Symmetrieachsen 22, 23 eines Kanals 18 achteckigen Querschnittes ergibt die erfindungsgemäße Konfiguration eines Reinigungseinsatzes 17 einen insgesamt symmetrischen Aufbau, der auch aus mehreren Grundelementen in Klebetechnik zu gestalten ist, wobei ein solches Grundelement in 4 durch die strichlierte Umrahmung 25 angedeutet ist. Auch bei einer Ausgestaltung gemäß 4 ist somit eine Möglichkeit geschaffen, Einsätze 17 bezogen auf die Größe der Querschnitte der Kanäle 18 und 19 zu variieren, entsprechend den gewählten Seitenlängen für die Kanäle 18 achteckigen Querschnittes, wobei insbesondere die Kanäle achteckigen Querschnittes wiederum als anströmseitige und die Kanäle 19 viereckigen Querschnittes als Abströmkanäle zu nutzen sind. Ferner ist auch bei der Lösung gemäß 4 ein Aufbau gegeben, bei dem lediglich, von den randseitig liegenden Kanälen abgesehen, gemeinsame Wände gegeben sind, sodass ein stabiler Reinigungseinsatz 17 bei geringen Wandstärken und entsprechend kleinem Materialeinsatz und großen Oberflächen geschaffen werden kann.

Claims

Reinigungseinsatz für Abgasreinigungsanlagen, insbesondere Abgasreinigungsanlagen von Kraftfahrzeugmotoren, mit in Durchströmungsrichtung verlaufenden Kanälen, die mehreckigen Querschnitt aufweisen und deren Seiten jeweils gemeinsame Wände benachbarter Kanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (1, 6) Kanäle (2) mit sechseckigem Querschnitt aufweist.
Reinigungseinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (1) ausschließlich durch Kanäle (2) mit sechseckigem Querschnitt gebildet ist, deren Seiten (3) gleiche Länge aufweisen.
Reinigungseinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6) durch Kanäle (7) mit sechseckigem Querschnitt und Kanäle (8) mit viereckigem Querschnitt gebildet ist.
Reinigungseinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sechseckigen Kanäle (7) einen gestreckten Kanalquerschnitt aufweisen und dass die langen, zur Querschnittslängsachse (10) parallelen Querschnittsseiten (9) gemeinsame Wände (11) benachbarter Kanäle (7) mit sechseckigem Querschnitt bilden.
Reinigungseinsatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Kanäle (7) mit gestrecktem sechseckigen Querschnitt ein Kanalpaar (14, bzw. 15) bilden, dessen Kanäle (7) in Flucht liegende Längsachsen (10) aufweisen und dass die Kanäle (7) zweier aneinander grenzender Kanalpaare (14, 15) mit parallel verlaufenden Längsachsen (10) bei symmetrischer Anordnung ihrer Kanäle (7) zu einer zu den Längsachsen (10) senkrechten Symmetrieebene (16) mit ihren jeweiligen, in der Symmetrieebene (16) aneinander stoßenden, in die Kanalspitzeen (12) auslaufenden und einander zugewandten kurzen Querschnittsseiten (13) einen Kanal (8) viereckigen Querschnittes begrenzen.
Reinigungseinsatz für Abgas-Reinigungsanlagen, insbesondere Abgas-Reinigungsanlagen von Kraftfahrzeugmotoren, mit in Durchströmungsrichtung verlaufenden Kanälen, die als Kanäle mit achteckigem Querschnitt und Kanäle mit viereckigem Querschnitt ausgebildet sind und deren Seiten jeweils gemeinsame Wandteile benachbarter Kanäle bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die im Querschnitt achteckigen Kanäle (18) aufeinander folgende kurze und lange Querschnittsseiten (20, 21) von jeweils gleicher Länge aufweisen.
Reinigungseinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von den Kanälen (18) mit achteckigem Querschnitt die langen Querschnittsseiten (20) gemeinsame Wände aneinander grenzender achteckiger Kanäle (18) und die kurzen Querschnittsseiten (21) gemeinsame Wände der achteckigen Kanäle (18) und der viereckigen Kanäle (19) bilden.
Reinigungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungseinsatz einen Katalysatoreinsatz bildet.
Reinigungseinsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz einen Partikelfiltereinsatz bildet.
Reinigungseinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (1, 6, 17) mit den jeweiligen Kanälen (2; 7, 8; 18, 19) aus keramischem Material besteht.