DE102007063100A1 - Exhaust gas aftertreatment device for internal combustion engine, has filter elements, where storage capacity for soot particles of one of filter elements is larger or equal to storage capacity of another filter element - Google Patents

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Abstract

The device has a filter element (18.1) arranged upstream to another filter element (18.2). A deposition rate of the filter element (18.1) is smaller than a deposition rate of the filter element (18.2). A storage capacity for soot particles of the filter element (18.1) is larger or equal to a storage capacity of the filter element (18.2). Sealing plugs (31) are provided at an inlet surface (22.1) of the upstream arranged filter element (18.1) and at an outlet surface (24.2) of the downstream arranged filter element (18.2). The filter elements are connected in a row.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinrichtung insbesondere für eine nach dem Diesel-Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine mit zwei in Reihe geschalteten Filterelementen. Eine solche Abgasnachbehandlungseinrichtung ist aus der DE 101 56 191 A1 bekannt.The invention relates to an exhaust gas aftertreatment device in particular for an internal combustion engine operating according to the diesel method with two filter elements connected in series. Such an exhaust gas aftertreatment device is known from DE 101 56 191 A1 known.

Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgt die eigentliche Abgasreinigung im Hauptfilter. Der Vorfilter hat eine deutlich geringere Abscheiderate und eine sehr viel kleinere Speicherkapazität für Ruß als der Hauptfilter.at the exhaust aftertreatment device known from the prior art the actual exhaust gas purification takes place in the main filter. The pre-filter has a much lower deposition rate and a much smaller one Storage capacity for soot as the main filter.

Die Speicherkapazität des Vorfilters ist so bemessen, dass erstens eine relativ kleine Energiezufuhr ausreicht, um den Vorfilter auf die zur Oxidation des Rußes erforderliche Temperatur aufzuheizen. Zweitens soll die durch die Oxidation des Rußes im Vorfilter verursachte Temperaturerhöhung des Abgases stromabwärts des Vorfilters ausreichend sein, um die Regeneration des Hauptfilters auszulösen. Der Vorfilter dient bei dieser Abgasnachbehandlungseinrichtung gewissermaßen als Heizeinrichtung für das Abgas, um bei Bedarf die Regeneration des Hauptfilters auslösen zu können.The Storage capacity of the prefilter is such that first, a relatively small supply of energy is sufficient to the pre-filter to the temperature required for the oxidation of the carbon black heat. Second, it is said to be due to the oxidation of the soot caused in the pre-filter temperature increase of the exhaust gas downstream of the prefilter be sufficient to the regeneration of the main filter. The pre-filter is used in this Exhaust after-treatment device in a sense as a heater for the exhaust gas to trigger the regeneration of the main filter if necessary to be able to.

Da viele Filterelemente heutzutage aus einem extrudierten keramischen Material bestehen und die Herstellung dieser extrudierten Filterelemente technischen und wirtschaftlichen Grenzen unterliegt, ist die Speicherkapazität des Hauptfilters begrenzt. Die Herstellung der Filterelemente ist besonders wirtschaftlich, wenn deren Durchmesser und Länge vergleichsweise klein sind. Mit zunehmender Querschnittsfläche und zunehmender Länge des Filterelements steigen die Herstellungskosten stark an.There many filter elements today from an extruded ceramic Material exist and the production of these extruded filter elements subject to technical and economic limits, is the storage capacity limited to the main filter. The production of the filter elements is particularly economical if their diameter and length comparatively are small. With increasing cross-sectional area and increasing Length of the filter element increase the cost of production strong.

Damit die Rußbeladung des Hauptfilters eine zulässige Grenze nicht überschreitet, muss der aus dem Stand der Technik bekannte Hauptfilter relativ häufig regeneriert werden, was sich negativ aus dessen Lebensdauer auswirkt.In order to the soot loading of the main filter a permissible Does not exceed the limit, must from the state of the Technique known main filter regenerated relatively frequently which has a negative effect on its lifetime.

Des Weiteren muss der Hauptfilter unter verschiedensten Betriebsbedingungen zuverlässig arbeiten, weil nahezu die gesamte Abgasnachbehandlung im Hauptfilter stattfindet. So ist es beispielsweise erforderlich, dass der Hauptfilter sowohl kleinste als auch größte Rußpartikel sicher herausfiltert. Der Abgasgegendruck des Hauptfilters darf in allen Betriebs- und Beladungszuständen einen vorgegebenen Grenzwert nicht übersteigen und außerdem muss der Hauptfilter den unterschiedlichen thermischen Beanspruchungen über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine bzw. der Abgasnachbehandlungseinrichtung standhalten.Of Further, the main filter must be used under a variety of operating conditions work reliably, because almost the entire exhaust aftertreatment takes place in the main filter. For example, it is necessary that the main filter is both smallest and largest Soot particles filter out safely. The exhaust back pressure of the Main filter may be used in all operating and loading conditions must not exceed a given limit and must also the main filter over the different thermal stresses the entire life of the internal combustion engine or the exhaust gas aftertreatment device withstand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nachbehandlungseinrichtung bereitzustellen, deren Speicherkapazität für Rußpartikel erhöht ist, bei dem die Häufigkeit der Regenerationen deutlich verringert wird und die noch dazu wirtschaftlich herstellbar ist.Of the Invention is based on the object, an aftertreatment device to provide their storage capacity for soot particles is increased at which the frequency of regenerations is significantly reduced and the most economically producible is.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine nach dem Dieselverfahren arbeitende Brennkraftmaschine umfassend ein erstes Filterelement und ein stromabwärts angeordnetes zweites Filterelement, wobei erstes Filterelement und zweites Filterelement in Reihe geschaltet sind, und wobei die Abscheiderate des ersten Filterelements kleiner als die Abscheiderate des zweiten Filterelements ist, dadurch gelöst, dass die Speicherkapazität des ersten Filterelements größer oder gleich der Speicherkapazität des zweiten Filterelements ist.The Object is according to the invention in an exhaust aftertreatment device for a working according to the diesel engine internal combustion engine a first filter element and a downstream second filter element, wherein first filter element and second filter element are connected in series, and wherein the deposition rate of the first Filter element smaller than the deposition rate of the second filter element is, solved that the storage capacity the first filter element is greater than or equal to the Storage capacity of the second filter element is.

Durch die Serienschaltung von mehreren Filterelementen, die in erster Näherung eine gleich große Speicherkapazität aufweisen, ist es möglich, die Gesamtspeicherkapazität der Abgasnachbehandlung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung zu vergrößern und dadurch die Zahl der erforderlichen Regenerationen entsprechend zu reduzieren. Eine gewünschte Gesamtspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung für Ruß kann dadurch erreicht werden, dass mehrere kleine Filterelemente in Reihe geschaltet werden. Die gewünschte Gesamtspeicherkapazität ergibt sich dabei durch die Addition der Speicherkapazitäten der Filterelemente. Wegen der starken Abhängigkeit der Herstellungskosten von der Speicherkapazität ist es in vielen Anwendungsfällen wirtschaftlicher, mehrere kleine Filterelemente herzustellen und diese in Reihe zu schalten, um die gewünschte Gesamtspeicherkapazität zu erreichen.By the series connection of several filter elements, the first Approximation an equal storage capacity It is possible to have the total storage capacity the exhaust aftertreatment of the invention To increase exhaust aftertreatment device and thereby the number of required regenerations accordingly to reduce. A desired total storage capacity the exhaust aftertreatment device for soot can be achieved by having several small filter elements in series be switched. The desired total storage capacity results from the addition of storage capacities the filter elements. Because of the strong dependence of the Production cost of the storage capacity is in many Use cases more economical, several small filter elements and connect them in series to the desired one Total storage capacity to achieve.

Ein weiterer und sehr wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung ist, dass die einzelnen Filterelemente jeweils nur ganz spezifisch konfiguriert werden können. So kann beispielsweise ein stromaufwärts gelegen angeordnetes erstes Filterelement bezüglich seiner Filterfläche und der durchschnittlichen Porengröße so ausgelegt werden, dass insbesondere die großen Rußpartikel herausgefiltert werden und die stromabwärts angeordneten Filterelemente können dann eine kleinere Porengröße aufweisen, um auch die kleineren Rußpartikel sicher herauszufiltern. Dabei besteht für die stromabwärts angeordneten Filterelemente nicht die Gefahr, dass die feinporigen Filterelemente verstopfen, da die großen Rußpartikelfilter bereits in dem ersten Filterelement herausgefiltert wurden.Another and very important advantage of the exhaust aftertreatment device according to the invention is that the individual filter elements can each be configured only in a very specific manner. Thus, for example, an upstream arranged first filter element with respect to its filter area and the average pore size can be designed so that in particular the large soot particles are filtered out and the downstream filter elements can then have a smaller pore size to filter out the smaller soot particles safely. In this case, there is no risk that the fine-pored filter elements become clogged for the downstream filter elements, since the large soot particle filters are already in the first filter element were filtered out.

Auch können die verschiedenen in Reihe hintereinander angeordneten Filterelemente hinsichtlich der auftretenden Temperatur bezüglich Material oder Filterbauart jeweils den dort herrschenden Bedingungen optimal angepasst werden, so dass in aller Regel die Anforderungen an die einzelnen Filterelemente geringer sind, als wenn ein großes Filterelement die gesamte Abgasnachbehandlung durchführen muss.Also the different ones can be arranged in series one behind the other Filter elements with respect to the temperature occurring Material or filter design in each case the prevailing conditions be optimally adjusted, so that usually the requirements to the individual filter elements are less than if a large Filter element perform the entire exhaust aftertreatment got to.

Eine besonders kompakte Bauweise stellt sich dann ein, wenn mindestens zwei Filterelemente direkt hintereinander angeordnet sind. Dann können diese Filterelemente in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet werden.A particularly compact design is then, if at least two filter elements are arranged directly behind one another. Then These filter elements can be in a common housing to be ordered.

Des Weiteren ist es möglich, dass bei mehreren direkt hintereinander angeordneten Filterelementen nur an einer Eintrittsfläche des stromaufwärts angeordneten Filterelements Verschlussstopfen für die Austrittkanäle vorhanden sind und an der Austrittsfläche des stromabwärts angeordneten Filterelements Verschlussstopfen für die Eintrittskanäle vorhanden sind. Dadurch wird die Zahl der benötigten Verschlussstopfen reduziert, was sich weiter positiv auf die Herstellungskosten und damit die Wirtschaftlichkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung auswirkt.Of Furthermore, it is possible that in several directly behind each other arranged filter elements only at an entrance surface the upstream filter element sealing plug for the exit channels are present and at the Exit surface of the downstream arranged Filter element Sealing plug for the inlet channels available. This will increase the number of plugs needed reduced, which further positively affects the production costs and so that the economy of the exhaust aftertreatment device effect.

Alternativ ist es auch möglich, dass zwei direkt hintereinander angeordnete Filterelemente jeweils an ihrer Eintrittsseite Verschlussstopfen und im Wechsel dazu an ihrer Austrittsseite Verschlussstopfen aufweisen und die Filterelemente so angeordnet werden, dass ein Austrittskanal des stromaufwärts angeordneten Filterelements in einen Eintrittskanal des stromabwärts angeordneten Filterelements mündet. Dadurch treten die zu reinigenden Abgase zweimal durch eine Filterwand, nämlich einmal durch eine Filterwand des ersten Filterelements und einmal durch eine Filterwand des zweiten Filterelements. Dadurch wird trotz einer vergleichsweise geringen Abscheiderate beider Filterelemente durch die Verkettung der beiden Filterelemente eine verbesserte Gesamtabscheiderate erzielt.alternative It is also possible that two directly behind one another Filter elements each at their inlet side sealing plug and in turn to have on its outlet side sealing plug and the filter elements are arranged so that an exit channel of the upstream filter element in a Inlet of the downstream filter element empties. As a result, the exhaust gases to be cleaned occur twice through a filter wall, namely once through a filter wall of the first filter element and once through a filter wall of the second Filter element. As a result, despite a comparatively low deposition rate both filter elements by the concatenation of the two filter elements achieved an improved overall deposition rate.

Auch wird die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlung robuster hinsichtlich Brüchen oder Rissen innerhalb eines Filterelements, da durch die Funktionsunfähigkeit eines Filterelements nicht sofort die gesamte Abgasnachbehandlungseinrichtung wirkungslos wird.Also is the exhaust gas aftertreatment according to the invention more robust in terms of breaks or cracks within one Filter element, since by the inability of a Filter element not immediately the entire exhaust aftertreatment device ineffective becomes.

Aufgrund der kleineren Volumina der einzelnen Filterelemente können auch die bei der Regeneration auftretenden thermischen Spannungen und Temperaturen besser beherrscht werden, so dass die Gefahr von Rissen und Beschädigungen der Filterelemente reduziert wird.by virtue of the smaller volumes of the individual filter elements can also the thermal stresses that occur during regeneration and temperatures are better controlled, so the risk of Cracks and damage to the filter elements reduced becomes.

Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinrichtung kann letztendlich mit Filterelementen aller bekannten Bauarten hergestellt werden. Dazu gehören sogenannte Wallflowfilter aus bevorzugt sinterkeramischen Werkstoffen aber auch Filter aus keramischen Fasern oder Schäumen, metallischen Fasern, Partikeln oder keramischen Membranen.The Exhaust gas treatment device according to the invention can finally be made with filter elements of all known types become. These include so-called wallflow filters from preferred sintered ceramic materials but also filters made of ceramic fibers or foams, metallic fibers, particles or ceramic Membranes.

Je nach Lage der Filterelemente in der Abgasanlage können entsprechend den am Einbauort herrschenden Betriebsbedingungen die jeweils am besten geeigneten Filterelemente und -bauarten ausgewählt und eingesetzt werden.ever according to location of the filter elements in the exhaust system can according to the operating conditions prevailing at the installation site each selected the most suitable filter elements and types and be used.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung sieht vor, dass mindestens eines der Filterelemente stromaufwärts eines Abgasturboladers oder eines Kompressors der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dadurch kann, ein geeignetes Filtermaterial vorausgesetzt, schon bei den dort herrschenden sehr hohen Temperaturen die Rußpartikel aus dem Abgas herausgefiltert werden und teilweise sogar kontinuierlich oxidiert werden.A further embodiment of the exhaust gas aftertreatment device according to the invention provides that at least one of the filter elements is upstream an exhaust gas turbocharger or a compressor of the internal combustion engine is arranged. This may, assuming a suitable filter material, even at the very high temperatures prevailing there, the soot particles be filtered out of the exhaust and sometimes even continuously oxidized become.

Die Einstellung der Abscheiderate des Filterelements kann durch den freien hydrodynamischen Durchmesser das Filtermaterial, die Kanalgeometrie, die Zelldichte, die Korngröße des Filterwerkstoffes und/oder die Abmessungen der Filterelemente (18.1, 18.2) eingestellt werden.The setting of the deposition rate of the filter element can be determined by the free hydrodynamic diameter of the filter material, the channel geometry, the cell density, the grain size of the filter material and / or the dimensions of the filter elements ( 18.1 . 18.2 ).

Die Größe der Poren des Filtermaterials, das Filtermaterial und/oder die Abmessungen des Filterelements eingestellt werden.The Size of the pores of the filter material, the filter material and / or the dimensions of the filter element are adjusted.

Des Weiteren ist es möglich, die Abscheiderate eines oder mehrerer Filterelemente mithilfe eines oder mehrerer Bypasskanäle zu reduzieren. Dies bedeutet, dass nicht das gesamte Abgas in diesem Filterelement gefiltert wird, sondern dass ein Teil des Abgases ungefiltert durch diese Bypasskanäle an dem eigentlichen Filterelement vorbei oder durch das Filterelement hindurchströmen kann. Dadurch wird die Gefahr des Verstopfens eines oder mehrerer Filterelemente vermieden, was sich positiv auf die Brennkraftmaschine auswirkt.Of Furthermore, it is possible the deposition rate of one or more Filter elements using one or more bypass channels to reduce. This means that not all the exhaust gas in this filter element is filtered, but that part of the exhaust gas is filtered unfiltered these bypass channels past the actual filter element or can flow through the filter element. Thereby There is a risk of clogging one or more filter elements avoided, which has a positive effect on the internal combustion engine.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen genannten Vorteile können sowohl Einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the subsequent drawing, the description and the claims removable. All in the drawing, the description and the claims mentioned advantages can be both individually and in any combination be essential to the invention with each other.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung nach dem Stand der Technik 1 a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment device according to the prior art

2 ein Filterelement im Längsschnitt, 2 a filter element in longitudinal section,

3 bis 5 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Abgasnachbehandlungseinrichtungen. 3 to 5 Embodiments of inventive exhaust aftertreatment devices.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

In 1 trägt eine Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 10. Ein Steuergerät 11 steuert die Brennkraftmaschine 10 über Signalleitungen (ohne Bezugszeichen). Die Abgase werden über ein Abgasrohr 12 abgeleitet, in dem eine Filtereinrichtung 14 angeordnet ist. Mit dieser werden Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert, um gesetzliche Bestimmungen einzuhalten.In 1 an internal combustion engine carries the reference number 10 , A control unit 11 controls the internal combustion engine 10 via signal lines (without reference number). The exhaust gases are via an exhaust pipe 12 derived in which a filter device 14 is arranged. With this soot particles from the exhaust pipe 12 flowing exhaust gas filtered out to comply with legal requirements.

Bei der in 1 dargestellten Anordnung nach dem Stand der Technik umfasst die Filtereinrichtung 14 ein zylindrisches Gehäuse 16, in dem ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisches, insgesamt ebenfalls zylindrisches Filterelement 18 angeordnet ist. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Geometrien beschränkt. Bei Bedarf wird die Brennkraftmaschine 10 so angesteuert, dass das Filterelement 18 der Filtereinrichtung 16 regeneriert wird.At the in 1 The arrangement shown in the prior art comprises the filter device 14 a cylindrical housing 16 , in which in the present embodiment, a rotationally symmetrical, also a total cylindrical filter element 18 is arranged. Of course, the invention is not limited to these geometries. If necessary, the internal combustion engine 10 so controlled that the filter element 18 the filter device 16 is regenerated.

In 2 ist ein Querschnitt durch ein Filterelement1 18 dargestellt. Das Filterelement 18 ist beispielsweise als extrudierter Formkörper aus einem keramischen Material, wie Cordierit, hergestellt. Das Filterelement 18 wird in Richtung der Pfeile 20 von nicht dargestelltem Abgas durchströmt. Eine Eintrittsfläche hat in 2 das Bezugszeichen 22, während eine Austrittsfläche in 2 das Bezugszeichen 24 hat.In 2 is a cross section through a filter element. 1 18 shown. The filter element 18 For example, it is made as an extruded molded article of a ceramic material such as cordierite. The filter element 18 will be in the direction of the arrows 20 flows through not shown exhaust gas. An entrance area has in 2 the reference number 22 while an exit surface in 2 the reference number 24 Has.

Parallel zu einer Längsachse 26 des Filterelements 18 verlaufen mehrere Eintrittskanäle 28 im Wechsel mit Austrittskanälen 30. Die Eintrittskanäle 28 sind an der Austrittsfläche 24 mit Verschlussstopfen 31 verschlossen. Im Gegensatz dazu sind die Austrittskanäle 30 an der Austrittsfläche 24 offen und im Bereich der Eintrittsfläche 22 mit Verschlussstopfen 31 verschlossen.Parallel to a longitudinal axis 26 of the filter element 18 run several inlet channels 28 in alternation with outlet channels 30 , The entrance channels 28 are at the exit surface 24 with sealing plugs 31 locked. In contrast, the exit channels 30 at the exit surface 24 open and in the area of the entrance area 22 with sealing plugs 31 locked.

Der Strömungsweg des ungereinigten Abgases führt also in einen der Eintrittskanäle 28 und von dort durch eine Filterwand 34 in einen der Austrittskanäle 30. Exemplarisch ist dies durch die Pfeile 32 dargestellt. Bei dem dargestellten Filterelement 18 handelt es sich somit um einen sogenannten „wall-flow"-Filter. Allerdings ist die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung nicht auf wall-flow-Filter beschränkt. Es können auch „flow-through"-Geometrien eingesetzt werden. Hier sind alle Kanäle an der Eingangsseite offen; es sind aber Mischformen zwischen „wall-flow"- und „flow-through"-Filtern möglich.The flow path of the unpurified exhaust gas thus leads into one of the inlet channels 28 and from there through a filter wall 34 in one of the exit channels 30 , This is exemplified by the arrows 32 shown. In the illustrated filter element 18 This is therefore a so-called "wall-flow" filter, although the exhaust gas treatment device according to the invention is not limited to wall-flow filters. "Flow-through" geometries can also be used. Here all channels on the input side are open; However, mixed forms between wall-flow and flow-through filters are possible.

Wie sich aus dem Längsschnitt gemäß 2 ergibt, ist das Filterelement 18 dichtend in einem Gehäuse 38 der Filtereinrichtung 16 aufgenommen. Zwischen Gehäuse 38 und Filterelement 16 ist eine Dichtmatte 36 angeordnet, die dafür sorgt, dass die Verbindung zwischen Gehäuse 38 und Filterelement 16 gasdicht ist.As can be seen from the longitudinal section according to 2 results, is the filter element 18 sealing in a housing 38 the filter device 16 added. Between housing 38 and filter element 16 is a sealing mat 36 arranged, which ensures that the connection between housing 38 and filter element 16 is gas-tight.

In 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel umfasst eine erste Filtereinrichtung 14.1 mit einem ersten Filterelement 18.1 und eine zweite Filtereinrichtung 14.2 mit einem zweiten Filterelement 18.2.In 3 a first embodiment of an exhaust gas aftertreatment device according to the invention is shown. This embodiment comprises a first filter device 14.1 with a first filter element 18.1 and a second filter device 14.2 with a second filter element 18.2 ,

Die Speicherkapazitäten für Rußpartikel von erstem Filterelement 18.1 und zweitem Filterelement 18.2 sind bei diesem Ausführungsbeispiel gleich. Allerdings ist die Abscheiderate des ersten Filterelements 18.1 niedriger als die des zweiten Filterelements 18.2.The storage capacity for soot particles from the first filter element 18.1 and second filter element 18.2 are the same in this embodiment. However, the deposition rate of the first filter element is 18.1 lower than that of the second filter element 18.2 ,

Unter der Abscheiderate A wird im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung das Verhältnis zwischen der Masse der in den Abgasen enthaltenen Rußpartikel am Austritt des eine Filterelements 18 und der Masse der in den Abgasen enthaltenen Rußpartikel an der Eintrittsfläche 22 in das Filterelement 18 einströmenden Rußpartikel verstanden.Under the deposition rate A, in the context of the claimed invention, the ratio between the mass of the soot particles contained in the exhaust gases at the outlet of the one filter element 18 and the mass of soot particles contained in the exhaust gases at the entrance surface 22 in the filter element 18 incoming soot particles understood.

Figure 00080001
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Die Abscheiderate Ages der gesamten Abgasnachbehandlungseinrichtung ergibt sich aus dem Produkt der Abscheiderate A1 des ersten Filterelements 18.1 und der Abscheiderate A2 des zweiten Filterelements 18.2. Durch die erfindungsgemäß unterschiedlichen Abscheideraten A1 und A2 wird eine gleichmäßige Beladung des ersten und des zweiten Filterelements 18.1 und 18.2 gewährleistet.The deposition rate A tot of the entire exhaust aftertreatment device results from the product of the deposition rate A 1 of the first filter element 18.1 and the deposition rate A 2 of the second filter element 18.2 , The inventively different Abscheideraten A 1 and A 2 is a uniform loading of the first and the second filter element 18.1 and 18.2 guaranteed.

Das erste Filterelement 18.1 ist näher an der Brennkraftmaschine 10 angeordnet ist, so dass es von Abgasen mit höherer Temperatur durchströmt wird. Diesem Umstand kann durch die Wahl eines geeigneten Werkstoffs für das erste Filterelement Rechnung getragen werden. Des Weiteren sind die Anforderungen an das erste Filterelement 18.1 wegen der vergleichsweise geringeren Abscheiderate A1 des ersten Filterelements 18.1 geringer als an das zweite Filterelement 18.2.The first filter element 18.1 is closer to the internal combustion engine 10 is arranged so that it is flowed through by exhaust gases at a higher temperature. This fact can be accommodated by the choice of a suitable material for the first filter element. Furthermore, the requirements for the first filter element 18.1 because of the comparatively lower deposition rate A 1 of the first filter element 18.1 less than the second filter element 18.2 ,

Auch ist es möglich, beispielsweise in dem ersten Filterelement 18.1 gezielt die Rußpartikel mit einem verhältnismäßig großen Durchmesser herauszufiltern und die kleineren Rußpartikelfilter in dem zweiten Filterelement 18.2 herauszufiltern. Dadurch können die Filterelemente 18.1 und 18.2 selektiv auf die zu filternden Partikel abgestimmt und optimiert werden, so dass das Abgas von Rußpartikeln unterschiedlicher Größe effektiv und wirkungsvoll gereinigt wird.It is also possible, for example, in the first filter element 18.1 targeted to filter out the soot particles with a relatively large diameter and the smaller soot particulate filter in the second filter element 18.2 filter out. This allows the filter elements 18.1 and 18.2 are selectively tuned and optimized to the particles to be filtered, so that the exhaust gas is cleaned effectively and effectively of soot particles of different sizes.

Des Weiteren kann durch die Aufteilung der durch die verschiedene Porosität der Filterelemente 18.1 und 18.2 einerseits ein Zusetzen der Filterflächen und somit ein Verstopfen des Filterelements verhindert werden, dass für das Filtern kleinster Rußpartikel zuständig ist.Furthermore, by dividing the by the different porosity of the filter elements 18.1 and 18.2 on the one hand clogging of the filter surfaces and thus clogging of the filter element are prevented that is responsible for the filtering of the smallest soot particles.

In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel von zwei in Serie geschalteten Filterelementen im Längsschnitt dargestellt.In 4 is a further embodiment of two series-connected filter elements shown in longitudinal section.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist lediglich das erste Filterelement 18.1 an seiner Eintrittsfläche 22.1 Verschlussstopfen 31 auf. An der Austrittsfläche 24.1 des ersten Filterelements 18.1 sind alle Kanäle offen und gehen direkt in die Kanäle des zweiten Filterelements 18.2 über.In this embodiment, only the first filter element 18.1 at its entrance area 22.1 sealing plug 31 on. At the exit surface 24.1 of the first filter element 18.1 All channels are open and go directly into the channels of the second filter element 18.2 above.

Bei dem zweiten Filterelement 18.2 sind nur an dessen Austrittsseite 24.2 Verschlussstopfen 31 vorgesehen. Im Ergebnis wirken diese Filterelemente 18.1 und 18.2 wie ein verlängertes Filterelement 18 gemäß dem Stand der Technik (siehe 2). Dadurch können die bislang bestehenden herstellungsbedingten Restriktionen bezüglich der Länge eines Filterelements aufgehoben werden und auch sehr lange gebaute Filterelemente, bestehend aus einem ersten Filterelement 18.1 und einem zweiten Filterelement 18.2, wirtschaftlich hergestellt werden.In the second filter element 18.2 are only on the exit side 24.2 sealing plug 31 intended. As a result, these filter elements act 18.1 and 18.2 like an extended filter element 18 according to the prior art (see 2 ). As a result, the hitherto existing production-related restrictions with respect to the length of a filter element can be canceled and also very long built filter elements, consisting of a first filter element 18.1 and a second filter element 18.2 , be produced economically.

Es ist selbstverständlich darauf zu achten, dass an dem Übergang zwischen erster Austrittsfläche 24.1 des ersten Filterelements 18.1 und der Eintrittsfläche 22.2 des zweiten Filterelements 18.2 keine unerwünschte Mischung bereits gefilterter Abgase mit noch ungefilterten Abgasen stattfindet. Dies kann beispielsweise durch nicht dargestellte Passstifte oder andere Fixierungsmittel gewährleistet werden.It is of course important to ensure that at the transition between the first exit surface 24.1 of the first filter element 18.1 and the entrance area 22.2 of the second filter element 18.2 no unwanted mixture of already filtered exhaust gases with still unfiltered exhaust gases takes place. This can be ensured for example by not shown dowel pins or other fixative.

Selbstverständlich ist es auch möglich, nicht nur zwei Filterelemente 18.1 und 18.2 direkt hintereinander anzuordnen, sondern zwischen den in 4 dargestellten Filterelementen 18.1 und 18.2 noch ein drittes Filterelement anzuordnen. Dieses dritte Filterelement, welches nicht dargestellt ist, kann aus einer Vielzahl parallel angeordneter Kanäle bestehen, die sowohl an der Eintrittsfläche als auch an der Austrittsfläche offen sind.Of course it is also possible, not just two filter elements 18.1 and 18.2 to arrange directly behind each other, but between the in 4 illustrated filter elements 18.1 and 18.2 to arrange a third filter element. This third filter element, which is not shown, may consist of a plurality of parallel channels, which are open both at the entrance surface and at the exit surface.

In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zweier erfindungsgemäß in Serie geschalteter Filterelement 18.1 und 18.2 dargestellt.In 5 is another embodiment of two filter element according to the invention connected in series 18.1 and 18.2 shown.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weisen die Filterelemente 18.1 und 18.2 Eintrittskanäle 28 und Austrittskanäle auf, die jeweils an den Eintrittsflächen 22.1 bzw. 22.2 und an den Austrittsflächen 24.1 und 24.2 durch Verschlussstopfen 31 verschlossen sind. Dabei sind die Filterelemente 18.1 und 18.2 so angeordnet, dass ein Austrittskanal 30 des ersten Filterelements 18.1 in einen Eintrittskanal 28 des zweiten Filterelements 18.2 mündet. Dies bedeutet, dass das zu reinigende Abgas beim Durchströmen der beiden Filterelemente 18.1 und 18.2 zweimal durch eine Filterwand 34 hindurchtritt und somit zweistufig gereinigt wird. Auch hierdurch wird eine besonders effektive Reinigung gewährleistet und es ist möglich, die Betriebseigenschaften des ersten Filterelements 18.1 und des zweiten Filterelements 18.2 verschieden einzustellen, so dass einerseits durch die zweistufige Abgasnachbehandlung eine besonders effektive Reinigung des Abgases erfolgt und andererseits das Verstopfen die Betriebssicherheit beider Filterelemente und Zuverlässigkeit beider Filterelemente 18.1 und 18.2 gewährleistet ist.In this embodiment, the filter elements 18.1 and 18.2 inlet channels 28 and exit channels, each at the entry surfaces 22.1 respectively. 22.2 and at the exit surfaces 24.1 and 24.2 through plugs 31 are closed. Here are the filter elements 18.1 and 18.2 arranged so that an outlet channel 30 of the first filter element 18.1 in an entrance channel 28 of the second filter element 18.2 empties. This means that the exhaust gas to be cleaned when flowing through the two filter elements 18.1 and 18.2 twice through a filter wall 34 passes through and thus cleaned in two stages. This also ensures a particularly effective cleaning and it is possible, the operating characteristics of the first filter element 18.1 and the second filter element 18.2 set different, so that on the one hand by the two-stage exhaust aftertreatment particularly effective cleaning of the exhaust gas and on the other hand, the clogging the reliability of both filter elements and reliability of both filter elements 18.1 and 18.2 is guaranteed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10156191 A1 [0001] - DE 10156191 A1 [0001]

Claims (12)

Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine nach dem Diesel-Verfahren arbeitende Brennkraftmaschine umfassend ein erstes Filterelement (18.1) und mindestens ein zweites Filterelement (18.2), wobei erstes Filterelement (18.1) und zweites Filterelement (18.2) und das erste Filterelement (18.1) stromaufwärts des zweiten Filterelements (18.2) angeordnet ist, und wobei die Abscheiderate (A1) des ersten Filterelements (18.1) kleiner als die Abscheiderate (A2) des zweiten Filterelements (18.2) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherkapazität für Rußpartikel des ersten Filterelements (18.1) größer oder gleich der Speicherkapazität des zweiten Filterelements (18.2) ist.Exhaust after-treatment device for a diesel engine operating according to the invention comprising a first filter element ( 18.1 ) and at least one second filter element ( 18.2 ), wherein the first filter element ( 18.1 ) and second filter element ( 18.2 ) and the first filter element ( 18.1 ) upstream of the second filter element ( 18.2 ), and wherein the deposition rate (A 1 ) of the first filter element (A 1 ) 18.1 ) smaller than the deposition rate (A 2 ) of the second filter element ( 18.2 ), characterized in that the storage capacity for soot particles of the first filter element ( 18.1 ) greater than or equal to the storage capacity of the second filter element ( 18.2 ). Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Filterelemente (18.1, 18.2, ... 18.m) in Reihe geschaltet sind.Exhaust after-treatment device according to claim 1, characterized in that more than two filter elements ( 18.1 . 18.2 , ... 18.m ) are connected in series. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Filterelemente (18.1, 18.2) direkt hintereinander angeordnet sind.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two filter elements ( 18.1 . 18.2 ) are arranged directly behind one another. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren direkt hintereinander angeordneten Filterelementen (18.1, 18.2) an einer Eintrittsfläche (22.1) des stromaufwärts angeordneten Filterelements (18.1) Verschlussstopfen (31) vorhanden sind und an der Austrittsfläche (24.2) des stromabwärts angeordneten Filterelements (18.2) Verschlussstopfen (31) vorhanden sind.Exhaust gas aftertreatment device according to claim 3, characterized in that in the case of a plurality of filter elements arranged directly one behind the other ( 18.1 . 18.2 ) at an entrance surface ( 22.1 ) of the upstream filter element ( 18.1 ) Sealing plugs ( 31 ) are present and at the exit surface ( 24.2 ) of the downstream filter element ( 18.2 ) Sealing plugs ( 31 ) available. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei direkt hintereinander angeordneten Filterelementen (18.1, 18.2) ein Austrittskanal (30) des stromaufwärts angeordneten Filterelements (18.1) in einen Eintrittskanal (28) des stromabwärts angeordneten Filterelements (18.2) mündet.Exhaust gas aftertreatment device according to claim 3 or 4, characterized in that in the case of two filter elements arranged directly behind one another ( 18.1 . 18.2 ) an exit channel ( 30 ) of the upstream filter element ( 18.1 ) into an entrance channel ( 28 ) of the downstream filter element ( 18.2 ) opens. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Filterelemente (18.1, 18.2) in einem gemeinsamen Gehäuse (16) angeordnet sind.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two filter elements ( 18.1 . 18.2 ) in a common housing ( 16 ) are arranged. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Filterelemente (18.1, 18.2) als wall-flow-Filter, insbesondere mit Eintrittskanälen (28) und Austrittskanälen (30), ausgebildet ist.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the filter elements ( 18.1 . 18.2 ) as a wall-flow filter, in particular with inlet channels ( 28 ) and exit channels ( 30 ), is trained. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Filterelemente (18.1, 18.2) aus keramischen und/oder metallischen Werkstoffen, insbesondere sintermetallischen Werkstoffen, beispielsweise in Form von Fasern, Schäumen, Partikeln und/oder Membranen ausgebildet ist.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the filter elements ( 18.1 . 18.2 ) made of ceramic and / or metallic materials, in particular sintered metallic materials, for example in the form of fibers, foams, particles and / or membranes is formed. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Filterelemente (18.1, 18.2) eine katalytisch aktive Beschichtung aufweist.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the filter elements ( 18.1 . 18.2 ) has a catalytically active coating. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Filterelemente (18.1) stromaufwärts eines Abgasturboladers oder Kompressors der Brennkraftmaschine (10) angeordnet ist.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the filter elements ( 18.1 ) upstream of an exhaust gas turbocharger or compressor of the internal combustion engine ( 10 ) is arranged. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiderate der Filterelemente (18.1, 18.2) durch den freien hydrodynamischen Durchmesser das Filtermaterial, die Kanalgeometrie, die Zelldichte, die Korngröße des Filterwerkstoffes und/oder die Abmessungen der Filterelemente (18.1, 18.2) eingestellt wird.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that the deposition rate of the filter elements ( 18.1 . 18.2 ) by the free hydrodynamic diameter of the filter material, the channel geometry, the cell density, the grain size of the filter material and / or the dimensions of the filter elements ( 18.1 . 18.2 ) is set. Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiderate (A1) eines oder mehrerer Filterelemente (18.1) mit Hilfe eines oder mehrerer Bypass-Kanäle reduziert wird.Exhaust after-treatment device according to one of the preceding claims, characterized in that the deposition rate (A 1 ) of one or more filter elements (A 1 ) 18.1 ) is reduced by means of one or more bypass channels.
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