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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Partikelfilter.
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In
einer Abgasreinigungsvorrichtung werden die Abgase eines Verbrennungsmotors
gereinigt. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine
Katalysatoreinheit und/oder eine Filtereinheit, insbesondere einen
Partikelfilter oder Dieselpartikelfilter. Der Partikelfilter, für
Dieselpartikel abgekürzt DPF, ist eine Kanäle
oder Poren aufweisende Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln,
die im Abgas insbesondere von Dieselmotoren vorhanden sind. Der
Begriff Partikel umfasst alle Verbindungen, die im Filter Rückstände
bilden. Dazu gehören Russ, Aschen aus dem Motoröl,
schwerflüchtige, unverbrannte Kohlenwasserstoffe sowie
schwefelhaltige Substanzen.
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Aus
der
DE 103 51 882
A1 ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln aus
dem Abgas eines Verbrennungsprozesses mit einem Partikelfilter bekannt.
Der Partikelfilter enthält eine Poren aufweisende Schaumstruktur,
die Abgas passieren lässt und die Partikel zurückhält.
Die Schaumstruktur weist mehrere Abschnitte mit unterschiedlicher
Porengröße auf. Die Schaumstruktur, die auf einem
Filterträger angeordnet ist, weist ferner eine elektrische
Leiffähigkeit auf. Zur Messung der Temperatur des Partikelfilters
ist ein Temperatursensor in der Schaumstruktur angeordnet.
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Die
DE 602 10 528 T2 offenbart
eine Partikelfiltereinheit vom sich kontinuierlich regenerierenden
Typ für die Reinigung von Abgasen durch Einfangen von Feinstaub
bzw. teilchenförmigen Stoffen aus einem Dieselmotor und
ein Verfahren zum Steuern der Regeneration hierfür. Die
Partikelfiltereinheit weist einen mit einem Katalysator versehenen
bzw. ausgestatteten Filter für das Einfangen von Teilchen aus
dem Abgas des Dieselmotors, einen Oxidationskatalysator, der aufstromig
von dem mit dem Katalysator versehenen Filter angeordnet ist, und
eine in einem Zwischenraum zwischen dem Filter und dem Oxidationskatalysator
angeordneten Temperatursensor auf.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsvorrichtung
zu schaffen, die eine Einrichtung zum Entfernen von Partikeln aus
einem Abgas eines Verbrennungsmotors und eine Temperaturmesseinrichtung
aufweist, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung ein möglichst
kleines Einbauvolumen benötigen soll.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug mit einem Motor und einer zugeordneten Abgasleitung,
weist einen Partikelfilter zur Reinigung des Abgases von Partikeln
und eine Temperaturmesseinrichtung auf. Hierbei weist der Partikelfilter
in seiner Stirnseite zumindest eine Ausklinkung auf, in der die
Temperaturmesseinrichtung anordbar ist oder angeordnet ist. Als
Ausklinkung wird im Rahmen der Erfindung eine Ausnehmung in der
Stirnseite des Partikelfilters bezeichnet. Es hat sich gezeigt,
dass durch die Ausklinkung die Funktion des Partikelfilters nicht
beeinträchtigt wird, obwohl eine Anzahl Kanäle
oder Poren des Filter verstopft werden. Die Anordnung des Temperatursensors
in der Ausklinkung erlaubt es, auch bei geringem Platz in der Abgasreinigungsvorrichtung,
eine Temperaturmesseinrichtung vorzusehen. Die Abmessungen der Ausklinkung,
insbesondere deren Höhe, sind so gewählt, dass
die eingebaute Temperaturmesseinrichtung nicht aus dem Partikelfilter
herausragt. Die Temperaturmesseinrichtung weist vorzugsweise einen
Temperatursensor zum Messen der Temperatur und eine dazugehörige
Ausleseelektronik auf. Bei Partikelfiltern gemäß dem
Stand der Technik muss für den Einbau einer Temperaturmesseinrichtung,
in Richtung der Abgasströmung gesehen, ca. 20 mm Länge
außerhalb des Partikelfilters vorgesehen werden. Hierdurch
ist zum Einbau einer Temperaturmesseinrichtung ein Volumen dieser
Breite außerhalb des Partikelfilters notwendig. Da dieser
Platz beim Package oft nicht vorhanden ist, ist die Integration der
Temperaturmesseinrichtung in die Baulänge des Partikelfilters
vorteilhaft. Ferner kann der gewonnene Platz durch die Ausklinkung
vorteilhafterweise dazu dienen, das Filtervolumen zu vergrößern.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Abgasreinigungsvorrichtung weist
der Partikelfilter Filtersegmente auf, die nebeneinander angeordnet sind,
wobei mindestens ein Filtersegment in Längserstreckungsrichtung
gesehen kürzer als die anderen Filtersegmente ist. Filtersegmente
können in unterschiedlichen Längen einzeln gefertigt
werden und dann zu dem Partikelfilter zusammengesetzt werden. Filtersegmente
unterschiedlicher Länge werden auf Grund des zur Verfügung
stehenden Raums in unterschiedlichen Fahrzeugen ohnehin mit unterschiedlichen
Längen gefertigt und stehen somit standardmäßig
zur Verfügung. Somit erfordert die Ausklinkung durch die
Verwendung unterschiedliche langer Segmente keine zusätzlichen
Bearbeitungsschritte bei der Herstellung des Partikelfilters, wie
Kürzen von Segmenten.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Abgasreinigungsvorrichtung
wird die Ausklinkung in der Stirnseite des Partikelfilters von mehreren
kürzeren Filtersegmenten gebildet. Somit kann vorteilhafterweise
die Größe der Ausklinkung, insbesondere deren
Breite, einfach und kostengünstig dem von der Temperaturmesseinrichtung
benötigten Raum angepasst werden. Somit ist es ermöglicht
unterschiedlich große Temperaturmesseinrichtungen mit verschiedenen
großen Temperatursensoren in der Ausklinkung anzuordnen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Abgasreinigungsvorrichtung
ist ein Oxidationskatalysator vorgesehen, der in Strömungsrichtung
des Abgases gesehen vor dem Partikelfilter angeordnet ist, wobei
der Temperatursensor in der dem Oxidationskatalysator zugewandeten
Stirnseite des Partikelfilters in der Ausklinkung angeordnet ist.
Somit kann der Zwischenraum zwischen dem Partikelfilter und dem
Oxidationskatalysator auf ein Minimum verkleinert werden. Durch
diese Spaltverkleinerung wird es ermöglicht, dass die geforderten
Volumina erreicht werden und der Temperatursensor zwischen den Substraten
positioniert werden kann. Somit können insgesamt kleinere
Bauvolumina für die Kombination des Oxidationskatalysators
mit dem Partikelfilter realisiert werden. Die Platzeinsparung kann
vorzugsweise ca. 20 mm betragen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Partikelfilter
ein keramischer monolithischer Zellenfilter, der aus Zellensegmenten aufgebaut
ist, wobei mindestens ein Zellensegment kürzer als die
anderen Zellensegmente ist und so eine Ausklinkung in einer Stirnseite
des Partikelfilters ausbildet, die eine Temperaturmesseinrichtung
aufnehmen kann. Der Zellenfilter weist wechselweise verschlossene
und offene Zellen auf und bietet eine große Oberfläche
bei kleinem Bauraum. Dies ergibt vorteilhafterweise einen geringen
Gegendruck und eine hohe Abscheiderate bei kleinen Gasgeschwindigkeiten
durch die Wände. Die Abdeckung eines Segmentes zur Anordnung
der Temperaturmesseinrichtung beeinträchtigt die Funktion
des Partikelfilters nicht, da weiterhin genügend Kanäle,
die wechselseitig verstopft, sind zur Verfügung stehen.
Die Fläche des einen Segments ist im Vergleich zur gesamten Oberfläche
klein.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Partikelfilter
ein Wandstromfilter oder ein Durchflussfilter. Bei einem Wandstromfilter
durchdringt das Abgas eine poröse Wand im Filter, wobei die
Partikel in der Struktur zurückgehalten werden und das
Abgas entweichen kann. Bei einem Durchflussfilter durchströmt
das Abgas den Filter entlang seiner inneren Oberfläche.
Die Partikel werden in der Wand festgehalten und gelangen nicht
in die Umwelt.
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Die
Aufgabe wird ferner mit dem erfindungsgemäßen
Partikelfilter gelöst, der in die Abgasleitung eines Motors
einbaubar ist, wobei der Partikelfilter an einer Stirnseite eine
Ausklinkung aufweist, in die eine Temperaturmesseinrichtung angeordnet
werden kann. Ein derartiger Partikelfilter weist ein kleines Volumen
auf und kann in die Abgasleitung eines Motors nachträglich
eingebaut werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher
beschrieben, aus denen sich auch unabhängig von der Zusammenfassung
in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung ergeben.
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Es
zeigen in schematischer Darstellung:
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1:
eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Partikelfilter gemäß der
Erfindung;
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2:
einen Partikelfilter mit einer Ausklinkung zur Anordnung einer Temperaturmesseinrichtung;
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3:
den Partikelfilter, der aus Segmenten aufgebaut ist und eine Ausklinkung
aufweist;
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4:
eine Frontansicht des Partikelfilters mit Segmenten;
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5:
eine Seitenansicht des Partikelfilters mit Ausklinkung;
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6:
eine Abgasreinigungsvorrichtung mit vor dem Partikelfilter angeordnetem
Oxidationskatalysator.
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In 1 ist
in einer Schnittdarstellung eine Abgasreinigungsvorrichtung 10 für
ein von einem Motor 12 abgegebenes Abgas gezeigt. Das Abgas gelangt
durch eine Abgasleitung 14 in einen in dieser angeordneten
Partikelfilter 16, beispielsweise einen Dieselpartikelfilter
(DPF). Der Partikelfilter 16 ist aus einzelnen Segmenten 18, 20, 22 aufgebaut.
Die Segmente 18, 20, 22 sind vorzugsweise
längliche Röhren, die in Längserstreckungsrichtung,
das ist die mit einem Pfeil 24 angedeutete Strömungsrichtung
des Abgases, angeordnet sind und an einer Stirnseite 26 nicht
näher gezeigte Eintrittsöffnung für das
Abgas aufweisen. Diese Eintrittsöffnungen werden als Kanäle
bezeichnet und werden an Hand der 3 und 4 näher
beschrieben. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen ist
dem Partikelfilter 16 ein Abgasleitungsabschnitt 28 nachgeschaltet.
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Der
Partikelfilter 16 weist eine Ausklinkung, 30 an
seiner dem Motor 12 zugewandten Stirnseite 26 auf.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
umfasst die Ausklinkung 30 eine Breite 32 von der
Breite dreier Segmente. In die Ausklinkung 30 kann vorzugsweise
eine nicht gezeigte Temperaturmesseinrichtung angeordnet werden,
die einen Temperatursensor und bevorzugt eine Elektronikeinheit aufweist.
Als Temperatursensoren können alle im Stand der Technik
bekannten Sensoren verwendet werden.
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2 zeigt
den Partikelfilter 16 in perspektivischer Ansicht. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf die
Beschreibung zu 1 verwiesen. Die Breite 32 der
Ausnehmung 30 ist mit dem Pfeil 34 und die Höhe
mit dem Pfeil 36 verdeutlicht. Die Abmessungen des Partikelfilters 16 sind
seine Längsausdehnung, die mit dem Pfeil 38 gezeigt
ist, sowie seine Gesamtbreite, die mit dem Pfeil 40 gezeigt
ist. Die Stirnfläche 26 des Partikelfilters 16 weist
eine ovale Grundfläche auf. Der Partikelfilter 16 mit
der Ausklinkung 30 wird als einseitig gestufter Partikelfilter
bezeichnet.
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Der
Partikelfilter 16 kann entweder ein Wandstromfilter oder
ein Durchflussfilter sein. Folgende Filtermedien können
verwendet werden: keramisch-monolithischer Zellenfilter, der wechselweise verschlossene
Zellen oder Segmente aufweist. Dieser bietet eine große
Oberfläche, typischerweise 1–3 m2/l
bei kleinem Bauraum. Hierdurch wird ein geringer Gegendruck aufgebaut.
Ferner weist der monolithische Zellenfilter eine hohe Abscheiderate
bei kleinen Gasgeschwindigkeiten durch die Wände auf. Typischerweise
werden Gasgeschwindigkeiten von einigen cm/s erreicht. Als Materialien
werden typischerweise keramische Werkstoffe, wie Cordierith, Siliciumcarbid,
Siliciumnitrid verwendet.
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Ferner
können Faser-Wickelfilter mit Garnen aus Hochtemperaturfasern
verwendet werden, die eine rhombische Kanalstruktur aufweisen. Außerdem können
Faser-Strickfilter mit keramischen Garnen, Faser-Flechtfilter und
Filter aus Filterpapieren, Filterfilzen und Filterschäumen
verwendet werden. Sehr robuster Filter Metall-Sinterfilter, die
einen dem Zellenfilter ähnlichen Aufbau aufweisen, aber
auf der Basis von metallischen Werkstoffen durch Einlagerung einer
Sinterstruktur in eine Stahldrahtgewebe-Trägerstruktur
hergestellt werden, können ebenfalls für den Partikelfilter 16 verwendet
werden.
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Allen
Filtertypen gemeinsam ist, dass diese regeneriert werden müssen,
da sie sich mit den Partikeln, insbesondere den Russpartikeln zusetzen.
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3 zeigt
eine Partikelfilter 16 mit drei Segmenten 42, 44 und 46.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und es wird
auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen.
Jedes Segment 42, 44, 46 weist die mit
den Bezugsziffern 43, 45 und 47 bezeichnete
Anordnung von Kanälen auf. Hierbei weist die Anordnung
von Kanälen 43, 45 und 47 jeweils
offene Kanäle 48 und geschlossenen Kanäle 50 auf,
wobei die offenen Kanäle 48 und die verschlossenen
oder verstopften Kanäle 50 in einem Raster angeordnet
sind. Neben einem offenen Kanal 48 ist ein verschlossener
Kanal 50 angeordnet, auf den wieder ein offener Kanal folgt,
sodass immer abwechselnd ein offener Kanal 48 und eine
geschlossener Kanal im Raster angeordnet sind. Es kann auch vorgesehen
sein an beiden Stirnseiten des Partikelfilters Ausklinkungen anzuordnen,
um Temperaturmesseinrichtungen sowohl vor, als auch nach dem Partikelfilter
Platz sparend anzuordnen und die Temperatur des in den Partikelfilter
eintretenden Abgases sowie die Temperatur des aus dem Partikelfilter
austretenden Abgases zu messen.
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4 zeigt
die Stirnseite 26 des Partikelfilters 16 mit mehreren
Segmenten 52, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78, 80 und 82.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und es wird
auf die Beschreibung zu den 1, 2 und 3 verwiesen.
Die Stirnfläche der Ausklinkung 30 ist links oben
gezeigt. Sie überspannt in diesem Ausführungsbeispiel
zwei Segmente, die nicht gezeigt sind.
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5 zeigt
den Partikelfilter 16 im Längsschnitt. Gleiche
Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und es wird auf die
Beschreibung zu den 1 bis 4 verwiesen.
Die Längserstreckung ist mit dem Pfeil 38 gezeigt
sowie die Erstreckung in der Breite mit dem Pfeil 40. Die
Ausklinkung 30 wird vorzugsweise durch kürzere
Segmente 84, 86 und 88 realisiert. Die
restliche Breite des Partikelfilters 16 ist aus längeren
Segmenten, von denen exemplarisch nur die Segmente 90 und 92 gezeigt
sind, aufgebaut. Somit kann der Partikelfilter 16 mit der Ausklinkung 30 einfach
und ohne einen zusätzlichen Verfahrensschritt hergestellt
werden, da Segmente mit unterschiedlicher Länge auf Lager
gehalten werden, um Partikelfilter mit unterschiedlicher Längsausdehnung
zu realisieren.
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6 zeigt
eine Abgasreinigungsvorrichtung 94, die einen Oxidationskatalysator 96 und
einen Partikelfilter 16 in der Abgasleitung 14 eines
Motors 12 aufweist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
versehen und es wird auf die Beschreibung zu den 1 bis 5 verwiesen.
Der Oxidationskatalysator 94 ist, in Abgasströmungsrichtung 24 gesehen,
vor dem Partikelfilter 16 angeordnet. Die Ausklinkung 30 zur
Anordnung der Temperaturmesseinrichtung ist vorzugsweise in der
dem Oxidationskatalysator 94 zugewandeten Stirnseite 26 angeordnet, sodass
die Temperaturmesseinrichtung vorzugsweise zwischen den beiden Substraten
Oxidationskatalysator 96 und Partikelfilter 16 angeordnet
sein kann. Zum Einbau der Temperaturmesseinrichtung ist somit kein
zusätzlicher Bauraum notwendig.
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- 10
- Abgasreinigungsvorrichtung
- 12
- Motor
- 14
- Abgasleitung
- 16
- Partikelfilter
- 18
- Segment
- 20
- Segment
- 22
- Segment
- 24
- Strömungsrichtung
des Abgase, Abgasströmungsrichtung
- 26
- Stirnseite
des DPF
- 28
- zweiter
Abgasleitungsabschnitt
- 30
- Ausklinkung
- 32
- Breite
der Ausklinkung
- 34
- Pfeil,
der die Breite 32 der Ausklinkung zeigt
- 36
- Pfeil,
der die Höhe der Ausklinkung zeigt
- 38
- Pfeil,
der die Längserstreckung des DPF zeigt
- 40
- Pfeil,
der die Breite des DPF zeigt
- 42
- Segment
- 43
- Anordnung
von Kanälen
- 44
- Segment
- 45
- Anordnung
von Kanälen
- 46
- Segment
- 47
- Anordnung
von Kanälen
- 48
- offener
Kanal
- 50
- geschlossener
oder verstopfter Kanal
- 52–82
- Segmente
- 84 –88
- kürzere
Segmente
- 90
- längere
Segmente
- 92
- längere
Segmente
- 94
- Abgasreinigungsvorrichtung
mit einem Oxidationskatalysator
- 96
- Oxidationskatalysator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10351882
A1 [0003]
- - DE 60210528 T2 [0004]