DE102004037705A1

DE102004037705A1 - Partikelfilter

Info

Publication number: DE102004037705A1
Application number: DE102004037705A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Hüthwohl; Uwe Dr.-Ing. Schumacher
Original assignee: Purem Abgassysteme GmbH and Co KG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2004-08-04
Filing date: 2004-08-04
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Ein Partikelfilter (1) zur Abscheidung von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine weist folgende Merkmale auf: DOLLAR A einen Filterkörper (6), der einen Einströmbereich (7) und einen Ausströmbereich (8) aufweist und durch abwechselnd zueinander angeordnete, zu dem Einströmbereich (7) hin geöffnete und zu dem Ausströmbereich (8) hin geschlossene Einströmkanäle (10) und zu dem Ausströmbereich (8) hin geöffnete und zu dem Einströmbereich (7) hin geschlossene Ausströmkanäle (11) gebildet ist, DOLLAR A mehrere im Wesentlichen ebene, parallel zueinander angeordnete Filterplatten (12), wobei die Einströmkanäle (10) und die Ausströmkanäle (11) jeweils durch zwei benachbarte Filterplatten (12) gebildet werden, DOLLAR A ein Gehäuse (2), in dem der Filterkörper (6) angeordnet ist, DOLLAR A die Einströmkanäle (10) sind an wenigstens einem ihrer seitlichen Bereiche (16) derart geöffnet, dass sich der Einströmbereich (7) über zwei Seiten des Filterkörpers (6) erstreckt, DOLLAR A wenigstens ein Dichtelement (18), mittels welchem der Filterkörper (6) in dem Ausströmbereich (8) gegenüber dem Gehäuse (2) abgedichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter zum Abscheiden von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine.

Aus der DE 42 34 930 A1 ist ein Filter zum Abscheiden von Verunreinigungen aus Abgasen bekannt, der einen Filterkörper mit einer Vielzahl von aus gesintertem Metallpulver bestehenden Filterplatten aufweist, die so angeordnet sind, dass sie eine Vielzahl von nebeneinander liegenden Strömungskanälen bilden. Die einzelnen Filterplatten sind wellenförmig geprägt und werden in Längsrichtung bzw. in axialer Richtung durchströmt. Allerdings ergeben sich durch die Wellenform der Filterplatten jeweils gegeneinander abgegrenzte Längskanäle, die sich sehr schnell mit Asche verstopfen und somit die Wirkung des Filters beeinträchtigen können. Ein weiteres Problem dieser Partikelfilter ist die aufwändige axiale Abdichtung durch das seitliche Verspannen der einzelnen Filtertaschen und die Tatsache, dass der Filterkörper nur von einer Seite angeströmt werden kann, was zu höheren Abgasgegendrücken führt.

Einen ähnlichen Partikelfilter beschreibt die DE 102 19 415 A1 . Allerdings sind die einzelnen Filterplatten bei dieser Lösung V-förmig zueinander angeordnet, so dass Filtertaschen bzw. Ein- und Ausströmkanäle entstehen, die sich keilförmig verjüngen. Auch hier ergibt sich bei der Verbindung der einzelnen Filtertaschen und der hierzu erforderlichen Abdichtung ein Problem, das nur mittels konstruktiv aufwändiger Lösungen beseitigt werden kann.

Eine Filteranordnung, bei der die oben beschriebenen Dichtungsprobleme nicht auftreten, ist aus der DE 100 35 544 A1 bekannt. Dabei kann das Abgas von allen Seiten flächig anströmen und den Filter durch eine zentrale Ausströmbohrung verlassen. Hierbei ist jedoch wiederum problematisch, dass ein Teil der Filterfläche zum Erzeugen der zentralen Ausströmbohrung ausgestanzt werden muss, was zum einen zu einem erhöhten Fertigungsaufwand und zum anderen zum Entstehen von Verschnitt und somit einer verkleinerten Filterfläche führt. Ein weiterer Nachteil dieser Filteranordnung besteht darin, dass durch die zentrale Ausströmbohrung zwangsläufig ein mehrfaches Umlenken des Abgasstroms erforderlich ist, was zu einer Erhöhung des Abgasgegendrucks führt. Eine Verringerung des Abgasgegendrucks kann bei einer solchen Lösung nur durch eine Vergrößerung des gesamten Partikelfilters erreicht werden, was jedoch häufig Bauraumprobleme mit sich bringt. Des weiteren wurde bei solchen Filteranordnungen bereits eine Ansammlung von Ruß um die zentrale Ausströmbohrung beobachtet, was bei der Regeneration des Partikelfilters zu teilweise starken exothermen Reaktionen führen kann.

Des weiteren ist aus der WO 02/102494 A1 ein Partikelfilter bekannt, der aus einzelnen, sternförmig um den Umfang einer zentralen Bohrung angeordneten Filtertaschen besteht. Diese Filtertaschen werden umströmt und sind in der Lage, eine verhältnismäßig große Aschenmenge zu speichern. Allerdings lässt diese bekannte Filtergeometrie nur den Aufbau von Filtern mit relativ geringen Durchmessern zu, da aufgrund des sternförmigen Aufbaus in ein vorgegebenes Volumen keine ausreichend große Filterfläche integriert werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelfilter zur Abscheidung von Partikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine zu schaffen, der eine möglichst geringe Umlenkung des Abgasstroms erzeugt, von möglichst vielen Seiten angeströmt werden kann und dessen Filterplatten in einfacher Weise gegeneinander abgedichtet werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Ein- und Ausströmkanäle, die im wesentlichen parallel zueinander verlaufen, kann das den Filterkörper des erfindungsgemäßen Partikelfilters anströmende Abgas im wesentlichen ohne Umlenkung in axialer Richtung durch den Filterkörper strömen, so dass sich ein sehr geringer Abgasgegendruck ergibt. Dies wird dadurch begünstigt, dass das Abgas an wenigstens zwei Seiten in den Filterkörper einströmen kann und so die Verarbeitung einer größeren Abgasmenge in derselben Zeit möglich ist. Durch die gleichmäßige Durchströmung des Filterkörpers lagert sich der Ruß vorteilhafterweise erheblich gleichmäßiger innerhalb desselben ab, was zu einer besseren Ausnutzung der volumenmäßigen Kapazität des Filterkörpers führt.

In diesem Zusammenhang ist außerdem vorteilhaft, dass bei der Herstellung der Filterplatten für den erfindungsgemäßen Partikelfilter aufgrund des Verzichts auf eine zentrale Ausströmbohrung kein Verschnitt anfällt und dass die einzelnen Filterplatten annähernd beliebig groß ausgeführt werden können, was zu einem größeren Speichervermögen für Ruß und Asche führt. Des weiteren bietet die erfindungsgemäße Lösung gegenüber bekannten Partikelfiltern bei gleichem Bauraum ein größeres Aufnahmevolumen für Rußpartikel und Asche.

Das erfindungsgemäße Dichtelement dient zur Abdichtung des Filterkörpers gegenüber dem Gehäuse in dem Ausströmbereich und bildet damit eine ohne allzu großen konstruktiven Aufwand darzustellende Trennung zwischen der Rohgas- und der Reingasseite des Partikelfilters, wobei eine sichere Abdichtung des Filterkörpers gewährleistet ist:
Um die Anströmfläche des Filterkörpers zu erhöhen und somit den von dem erfindungsgemäßen Partikelfilter erzeugten Abgasgegendruck noch weiter zu verringern, kann in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Einströmkanäle an ihren beiden seitlichen Bereichen derart geöffnet sind, dass sich der Einströmbereich über drei Seiten des Filterkörpers erstreckt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Dabei zeigen:
1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Partikelfilter;
2 einen Längsschnitt durch den Partikelfilter nach der Linie II-II aus 1;
3 eine perspektivische Ansicht der Ausströmkanäle; und
4 die Ausströmkanäle gemäß 3 mit einem den Filterkörper gegenüber dem Gehäuse abdichtenden Dichtelement.
1 zeigt einen Partikelfilter 1 zur Abscheidung von Partikeln aus einem Abgasstrom einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine, der ein Gehäuse 2 aufweist. Das Gehäuse 2 ist in der dargestellten Ausführungsform über seine gesamte Länge im Querschnitt kreisförmig ausgebildet und weist ein Einströmrohr 3 sowie ein Ausströmrohr 4 auf, die in eine nicht dargestellte Abgasleitung der Brennkraftmaschine integrierbar sind. In einem sich zwischen dem Einströmrohr 3 und dem Ausströmrohr 4 befindlichen Mittelabschnitt 5 des Gehäuses 2 ist ein Filterkörper 6 angeordnet, der einen Einströmbereich 7 und einen Ausströmbereich 8 aufweist. Der Filterkörper 6 ist im wesentlichen quaderförmig ausgeführt und weist an seiner Oberseite und seiner Unterseite jeweilige Abschlussplatten 9 auf. Der Ausströmbereich 8 befindet sich an der dem Ausströmrohr 4 zugewandten Seite des Filterkörpers 6, wohingegen die drei restlichen Seiten des Filterkörpers 6 den Einströmbereich 7 bilden. Wie durch die mit "A" bezeichneten Pfeile dargestellt, ist somit eine Anströmung des Filterkörpers 6 durch den Abgasstrom von drei Seiten möglich.
In dem Schnitt gemäß 2 ist der Aufbau des Filterkörpers 6 detaillierter dargestellt. Dieser ist durch abwechselnd zueinander angeordnete Einströmkanäle 10 und Ausströmkanäle 11 gebildet. Hierbei sind die Einströmkanäle 10 zu dem Einströmbereich 7 hin geöffnet und zu dem Ausströmbereich 8 hin geschlossen, wohingegen die Ausströmkanäle 11 zu dem Ausströmbereich 8 hin geöffnet und zu dem Einströmbereich 7 hin geschlossen sind. Die Einströmkanäle 10 und die Ausströmkanäle 11 werden jeweils durch zwei benachbart zueinander angeordnete Filterplatten 12 gebildet, die vorzugsweise aus einem mit einem Sintermetallpulver beschichteten, gasdurchlässigen Trägermaterial bestehen. Aufgrund des Abgasdrucks strömen die Abgase aus den Einströmkanälen 10 gemäß den Pfeilen "B" durch die Filterplatten 12 in die Ausströmkanäle 11. Bei diesem Durchströmen werden die in dem Abgasstrom enthaltenen Partikel, die insbesondere in Form von Ruß vorliegen, in an sich bekannter Weise an den Filterplatten 12 abgeschieden.
Das Verschließen der Ausströmkanäle 11 im Einströmbereich 7 wird im vorliegenden Fall so gelöst, dass jeweils die beiden die Ausströmkanäle 11 bildenden Filterplatten 12 im Einströmbereich 7 mit jeweiligen Abkantungen 13 in Richtung derjenigen benachbarten Filterplatte 12 versehen sind, mit der sie den Ausströmkanal 11 bilden. Diese beiden Abkantungen 13 berühren dann einander und werden vorzugsweise durch Verschweißen miteinander verbunden. Hierzu kann beispielsweise ein an sich bekanntes WIG-Schweißverfahren eingesetzt werden.
In gleicher Weise wäre es auch möglich, die Einströmkanäle 10 in dem Ausströmbereich 8 abzukanten und miteinander zu verschweißen, um sie zu verschließen. Im vorliegenden Fall wird dies jedoch durch Biegen einer den gesamten Einströmkanal 10 bildenden Filterplatte 12 realisiert, wodurch die einzelne Filterplatte 12 zwar eine größere Länge aufweist, dafür jedoch ein erheblicher Arbeitsumfang eingespart werden kann.
In 2 ist des weiteren zu erkennen, dass die parallel zueinander verlaufenden, im wesentlichen ebenen Filterplatten 12 mit beispielsweise noppenförmigen Vertiefungen 14 und Erhebungen 15 in Richtung der benachbarten Filterplatte 12 versehen sind. Dadurch wird verhindert, dass die Filterplatten 12 durch den Druck des Abgasstroms gegeneinander gepresst werden.
Aus der Darstellung eines Teils des Filterkörpers 6 in 3 ist erkennbar, dass die Einströmkanäle 10 auch an ihren beiden seitlichen Bereichen 16 geöffnet sind, so dass sich der Einströmbereich 7, wie oben erwähnt, über drei Seiten des Filterkörpers 6 erstreckt. Alternativ könnte jedoch auch vorgesehen sein, einen der beiden seitlichen Bereiche 16 der Einströmkanäle 10 beispielsweise mittels einer Verschweißung zu verschließen, wodurch sich der Einströmbereich 7 nur über zwei Seiten des Filterkörpers 6 erstrecken würde. Dagegen sind die Ausströmkanäle 11 in ihren beiden seitlichen Bereichen 17 durch Verschweißen der dieselben bildenden Filterplatten 12 geschlossen, um zu verhindern, dass das Abgas den Filterkörper 6 an einem anderen Bereich als dem Ausströmbereich 8 verlassen kann.
4 zeigt zusätzlich zu der Darstellung gemäß 3 ein in der vorliegenden Ausführungsform plattenartiges Dichtelement 18, welches dazu dient, den Filterkörper 6 in dem Ausströmbereich 8 gegenüber dem Gehäuse 2 abzudichten. Das Dichtelement 18 bildet somit die Trennung zwischen der Roh gas- und der Reingasseite des Partikelfilters 1. Vorzugsweise ist der Filterkörper 6 mit dem Dichtelement 18 durch Schweißen verbunden. Die Verbindung des Dichtelements 18 mit dem Gehäuse 2 kann ebenfalls durch Schweißen erfolgen.

Claims

Partikelfilter (1) zur Abscheidung von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, welcher folgende Merkmale aufweist: – einen Filterkörper (6), der einen Einströmbereich (7) und einen Ausströmbereich (8) aufweist und durch abwechselnd zueinander angeordnete, zu dem Einströmbereich (7) hin geöffnete und zu dem Ausströmbereich (8) hin geschlossene Einströmkanäle (10) und zu dem Ausströmbereich (8) hin geöffnete und zu dem Einströmbereich (7) hin geschlossene Ausströmkanäle (11) gebildet ist, – mehrere im wesentlichen ebene, parallel zueinander angeordnete Filterplatten (12), wobei die Einströmkanäle (10) und die Ausströmkanäle (11) jeweils durch benachbarte Filterplatten (12) gebildet werden, – ein Gehäuse (2), in dem der Filterkörper (6) angeordnet ist, – die Einströmkanäle (10) sind an wenigstens einem ihrer seitlichen Bereiche (16) derart geöffnet, dass sich der Einströmbereich (7) über zwei Seiten des Filterkörpers (6) erstreckt, – wenigstens ein Dichtelement (18), mittels welchem der Filterkörper (6) in dem Ausströmbereich (8) gegenüber dem Gehäuse (2) abgedichtet ist.
Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmkanäle (10) an ihren beiden seitlichen Bereichen (16) derart geöffnet sind, dass sich der Einströmbereich (7) über drei Seiten des Filterkörpers (6) erstreckt.
Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatten (12) der Ausströmkanäle (11) im Einströmbereich (7) miteinander verschweißt sind.
Partikelfilter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmkanäle (10) durch Biegen einer den gesamten Einströmkanal (10) bildenden Filterplatte (12) im Ausströmbereich (8) gebildet sind.
Partikelfilter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatten (12) der Einströmkanäle (10) im Ausströmbereich (8) miteinander verschweißt sind.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatten (12) der Ausströmkanäle (11) in ihren beiden seitlichen Bereichen (17) miteinander verschweißt sind.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die im wesentlichen ebenen Filterplatten (12) mit Vertiefungen (14) und/oder Erhebungen (15) in Richtung der benachbarten Filterplatte (12) versehen sind.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterplatten (12) im Einströmbereich (7) mit jeweiligen Abkantungen (13) in Richtung derjenigen benachbarten Filterplatten (12) versehen sind, mit denen sie einen Ausströmkanal (11) bilden.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (6) mit dem Dichtelement (18) verschweißt ist.
Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (18) mit dem Gehäuse (2) verschweißt ist.