DE102010026868A1

DE102010026868A1 - Rußfilter mit schrägen Wellschichten

Info

Publication number: DE102010026868A1
Application number: DE102010026868A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Novi Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2011-02-03
Also published as: US20110017064A1; CN201786420U

Abstract

Ein Rußfilter zum Entfernen von Ruß aus Motorabgas. Der Rußfilter umfasst einen Einlass, einen gegenüber dem Einlass angeordneten Auslass, eine erste Wellschicht mit einer ersten Reihe von parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer ersten Richtung ausgerichtet sind, und eine zweite Wellschicht mit einer zweiten Reihe von parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer zweiten Richtung ausgerichtet sind. Die zweite Richtung ist schräg zur ersten Richtung, wobei die erste Reihe von parallelen Kämmen entlang eines gesamten Wegs von dem Einlass zu dem Auslass schräg abgewinkelt ist. Auf diese Weise können verschiedene Strömungswege vorgesehen werden, um das Zurückhalten von Partikeln zu verbessern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Schadstoffbegrenzung in Kraftfahrzeugen und insbesondere das Entfernen von Ruß aus Abgas eines Kraftfahrzeugmotors.
Hintergrund und Zusammenfassung
Eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug kann einen Rußfilter zum Filtern von Ruß und anderen Partikeln aus Motorabgas umfassen. Der Rußfilter kann eine Regenerationsphase unterstützen, bei der in dem Filter zurückgehaltener Ruß durch Verbrennung vernichtet wird. Auf diese Weise kann die Fähigkeit des Rußfilters für fortgesetztes Filtern nach Bedarf wiederhergestellt werden. Bei besonderer Konfiguration zum Entfernen von Partikeln aus Dieselmotorabgas und zum Regenerieren durch Dieselabgas kann ein Rußfilter, wie er hierin beschrieben wird, als ‚Dieselpartikelfilter’ (DPF) bezeichnet werden.
Ein Rußfilter kann ein Keramiksubstrat oder ein Metallsubstrat umfassen. Das Keramiksubstrat kann perforierte Wände aufweisen, in denen sich zurückgehaltenes Partikelmaterial sammelt; diese Konfiguration ermöglicht hohe Rückhaltewirkungsgrade, erfordert aber für die Regeneration ein regelmäßiges Einwirken eines Abgasstroms hoher Temperatur. Solche Bedingungen verschlechtern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und können die Schadstoffbegrenzung insgesamt komplizieren, insbesondere in Bezug auf Emissionen von Stickoxid (NOX). Das Metallsubstrat bringt andererseits zahlreiche relativ lange Strömungskanäle mit sich, in denen sich das zurückgehaltene Partikelmaterial sammelt; diese Konfiguration kann niedrigere Rückhaltewirkungsgrade ermöglichen, kann aber selbst während normaler Betriebsbedingungen des Motors bei niedrigeren Temperaturen regeneriert werden.
Es sind Rußfilter verschiedener Konfigurationen bekannt. In einem Beispiel beschreibt U.S.-Patent Nr. 6,582,490 eine Vorform für einen Abgasnachbehandlungsfilter mit zahlreichen parallelen Strömungskanälen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken. In einem anderen Beispiel beschreibt die U.S.-Patentanmeldung Nr. 2007/0128089 einen Partikelfilter mit Schichten paralleler Einlasskanäle, die zwischen abwechselnden Schichten paralleler Auslasskanäle gestapelt sind, wobei die Einlasskanäle senkrecht zu den Auslasskanälen ausgerichtet sind. In diesem Beispiel sind die Schichten von Einlass- und Auslasskanälen durch poröse Platten getrennt.
Die vorliegenden Erfinder haben aber erkannt, dass die in den genannten Schriften offenbarten Kanalanordnungen nicht die effektivsten Strömungsgeometrien zum Verbessern der Rückhaltewirkungsgrade von Metallsubstrat-Rußfiltern vorsehen können. Daher sieht eine Ausführungsform einen Rußfilter zum Entfernen von Ruß aus Motorabgas vor. Der Rußfilter umfasst einen Einlass, einen gegenüber dem Einlass angeordneten Auslass, eine erste Wellschicht mit einer ersten Reihe von parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer ersten Richtung ausgerichtet sind, und eine zweite Wellschicht mit einer zweiten Reihe von parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer zweiten Richtung ausgerichtet sind. In dieser Ausführungsform ist die zweite Richtung schräg zu der ersten Richtung, wobei die erste Reihe von parallelen Kämmen entlang eines gesamten Wegs von dem Einlass zu dem Auslass schräg abgewinkelt ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt schematisch Ausgestaltungen eines beispielhaften Systems mit einem Rußfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt schematisch Außenkonfigurationen von zwei beispielhaften Rußfiltern gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
3 zeigt Ausgestaltungen eines kastenförmigen Rußfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt einen Graph, der eine sich ändernde hydraulische Fläche für Abgasstrom als Funktion von Strecke durch einen kastenförmigen Rußfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
5 veranschaulicht Ausgestaltungen eines Musters von Abgasstrom durch einen kastenförmigen Rußfilter in einem beispielhaften Szenario gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 zeigt schematisch Einlässe von zwei beispielhaften Rußfiltern gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Eingehende Beschreibung
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung wird nun beispielhaft und unter Bezug auf bestimmte veranschaulichte Ausführungsformen beschrieben. Komponenten, die in zwei oder mehr Ausführungsformen im Wesentlichen gleich sein können, sind koordiniert bezeichnet und werden mit minimaler Wiederholung beschrieben. Zu beachten ist aber, dass in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung koordiniert bezeichnete Komponenten zumindest teilweise unterschiedlich sein können. Ferner ist zu beachten, dass die in dieser Offenbarung enthaltenen Zeichnungen schematisch sind. Ansichten der veranschaulichten Ausführungsformen sind im Allgemeinen nicht maßstabsgetreu gezeichnet; Seitenverhältnisse, Merkmalsgröße und die Anzahl von Merkmalen können absichtlich verzerrt sein, um ausgewählte Merkmale oder Beziehungen leichter ersichtlich zu machen.
1 zeigt Ausgestaltungen eines beispielhaften Systems 10, das einen Rußfilter 12 umfasst, wie hierin nachstehend weiter beschrieben wird. Das System umfasst einen Motor 14, bei dem mehrere Brennräume 16 jeweils mit einem Ansaugkrümmer 18 und einem Abgaskrümmer 20 verbunden sind. In den Brennräumen kann die Verbrennung mittels Fremdzündung und/oder Kompressionszündung in jeder Variante ausgelöst und aufrechterhalten werden. Weiterhin kann der Motor ausgelegt sein, um einen beliebigen von verschiedenen Kraftstoffen zu verbrauchen: Benzin, Alkohole, Diesel, Biodiesel, verdichtetes Erdgas, etc. Der Kraftstoff kann den Brennräumen mittels Direkteinspritzung, Kanaleinspritzung oder einer beliebigen Kombination derselben zugeführt werden.
Das System 10 ist konfiguriert, um dem Motor 14 verdichtete Luft zu liefern. Mittels eines Luftfilters 22 dringt Luft in das System ein und strömt durch zu dem Kompressor 24. Der Kompressor kann praktisch jede Art von Luftkompressor sein – zum Beispiel ein Laderkompressor oder ein elektrisch betriebener Kompressor. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Kompressor ein Turboladerkompressor, der mit einer Turbine 26 mechanisch verbunden ist, wobei die Turbine durch Abgas von dem Abgaskrümmer 20 angetrieben wird. Nach der Kompression wird die Ansaugluft auf dem Weg zu einer Drosselklappe 30 in einem Zwischenkühler 28 gekühlt. Der Zwischenkühler kann jeder beliebige Wärmetauscher sein, der konfiguriert ist, um die Ansaugluft für erwünschte Verbrennungseigenschaften zu kühlen. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Bypassventil 32 so angeordnet, dass der Ansaugluftdruck stromaufwärts der Drossel nach Bedarf verringert werden kann, indem verdichtete Ansaugluft zurück zu dem Turboladereinlass geleitet wird.
Wie vorstehend erwähnt strömt Abgas von dem Abgaskrümmer 20 zur Turbine 26, um die Turbine anzutreiben. Wenn verringertes Turbinendrehmoment erwünscht ist, kann ein Teil des Abgases stattdessen durch ein Wastegate 34 unter Umgehen der Turbine geleitet werden. Der kombinierte Strom von der Turbine und dem Wastegate strömt dann durch mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 36, die einen Rußfilter 12 umfassen. Die Anzahl, Art und Anordnung der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen ist in den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unterschiedlich. Im Allgemeinen umfassen die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen mindestens einen Katalysator, der konfiguriert ist, um eine Schadstoffkonzentration in dem Abgasstrom zu reduzieren. In einem Beispiel kann ein Katalysator konfiguriert sein, um Stickoxide (NOX) aus dem Abgasstrom zurückzuhalten, wenn der Abgasstrom mager ist, und das zurückgehaltene NOX zu reduzieren, wenn der Abgasstrom fett ist. In anderen Beispielen kann ein Katalysator konfiguriert sein, um NOx zu disproportionieren oder um NOX mit Hilfe eines Reduktionsmittels selektiv zu reduzieren. In anderen Beispielen kann ein Katalysator konfiguriert sein, um verbliebene Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid in dem Abgasstrom zu oxidieren. Unterschiedliche Katalysatoren mit einer solchen Funktionalität können in Washcoats oder an anderer Stelle in den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen entweder getrennt oder zusammen angeordnet sein.
In manchen Ausführungsformen kann ein Rußfilter 12 an einer Stelle stromaufwärts in den mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 36 eingebaut sein. Der Rußfilter kann an der Stelle stromaufwärts eingebaut sein, wenn er ohne regelmäßige Hochtemperaturabgabe, die die stromabwärts liegenden Abgassystemkomponenten, beispielsweise die vorstehend beschriebenen Katalysatoren, verschlechtern könnte, regeneriert werden kann. In einer Ausführungsform kann der Rußfilter durch Motorabgas ständig regeneriert werden, nämlich unter Betriebsbedingungen des Motors regeneriert werden, die zu einem Abgas über einer ersten relativ niedrigen Regenerationsmindesttemperatur führen (z. B. ohne Nacheinspritzungen etc.) – im Gegensatz zu einer regelmäßigen Regenerationsphase, bei der in dem Abgasstrom extra Wärme und/oder unverbrannter Kraftstoff vorgesehen wird, um die Abgastemperatur über eine relative hohe Regenerationsmindesttemperatur anzuheben.
Weiter mit 1 kann ein Teil des von den Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 36 strömenden Abgases mittels eines Schalldämpfers, Endrohrs etc. in die Atmosphäre ausgestoßen werden. Der Rest des Abgases dringt aber in die AGR-Leitung 38 ein und strömt zu dem AGR-Kühler 40. Der AGR-Kühler kann ein beliebiger geeigneter Wärmetauscher sein, der konfiguriert ist, um das Abgas auf Temperaturen zu kühlen, die für Mischen in die Ansaugluft geeignet sind.
Die in 1 gezeigte bestimmte Ausführungsform umfasst eine Venturi-Vorrichtung 42, die konfiguriert ist, um das Abgas von der AGR-Leitung 38 anzusaugen und das Abgas in die Ansaugluft zu mischen. Die zum Mischen verfügbare Abgasmenge wird von einem AGR-Ventil 44 geregelt. Demgemäß wird ein Gemisch aus frischer Ansaugluft und Abgas zu dem Einlass des Kompressors 24 geliefert, wo es verdichtet wird und nach dem Kühlen stromaufwärts der Drosselklappe 30 zugeführt wird.
In manchen Ausführungsformen können einige oder alle von Drosselklappe 30, Bypassventil 32, Wastegate 34 und AGR-Ventil 44 elektronisch gesteuerte Ventile sein, die konfiguriert sind, um auf Befehl eines elektronischen Steuersystems zu schließen und zu öffnen. Weiterhin kann/können eines oder mehrere dieser Ventile stufenlos verstellbar sein. Demgemäß zeigt 1 ein elektronisches Steuersystem 46, das jedes elektronische Steuersystem des Fahrzeugs sein kann, in dem das System 10 eingebaut ist. Das elektronische Steuersystem kann mit jedem der elektronisch gesteuerten Ventile funktionell verbunden und konfiguriert sein, um deren Öffnen, Schließen und/oder Anpassung nach Bedarf anzuordnen, um geeignete Steuerfunktionen durchzuführen. Zu diesem Zweck kann das elektronische Steuersystem auch mit verschiedenen Sensoren funktionell verbunden sein, die im gezeigten System verteilt angeordnet sind – Temperatursensoren, Pedalstellungssensoren, Drucksensoren etc.
Es versteht sich, dass das System 10 eine von zahlreichen erwogenen Motor/System-Ausführungsformen darstellt, die einen Rußfilter umfassen, wie nachstehend weiter beschrieben wird. Andere Ausführungsformen können sich von dem gezeigten System durch Verzicht auf bestimmten Komponenten – AGR-Komponenten, Turbolader-Komponenten etc – und/oder durch Aufnahme anderer in 1 nicht gezeigter Komponenten unterscheiden.
2 zeigt schematisch Außenkonfigurationen des Rußfilters 12 in zwei beispielhaften Ausführungsformen. Insbesondere zeigt die Zeichnung einen kastenförmigen Rußfilter 12A und einen zylindrischen Rußfilter 12B. Der kastenförmige Rußfilter umfasst einen Einlass 48A und einen Auslass 50A, die rechteckig sein können oder andernfalls zumindest eine gerade Umfangskante umfassen können. Analog umfasst der zylindrische Rußfilter einen Einlass 48B und einen Auslass 50B, die einen ganz oder teilweise gerundeten Umfang aufweisen können. In beiden veranschaulichten Ausführungsformen ist die Länge des Rußfilters von dem Einlass zu dem Auslass mit FL bezeichnet. Es versteht sich, dass Rußfilter zahlreicher anderer Außenkonfigurationen von der vorliegenden Offenbarung umfasst sind.
3 zeigt Ausgestaltungen des kastenförmigen Rußfilters 12A in einer beispielhaften Ausführungsform. Insbesondere zeigt die Zeichnung eine erste Wellschicht 52 mit mehreren geraden parallelen Kämmen (z. B. Kamm 54), die sich von dem Einlass 48A zu dem Auslass 50A erstrecken und in einer ersten Richtung A ausgerichtet sind. Die Zeichnung zeigt auch eine zweite Wellschicht 56 mit mehreren geraden parallelen Kämmen (z. B. Kamm 58), die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer zweiten Richtung B schräg zur ersten Richtung A ausgerichtet sind. Wie weiter in 3 gezeigt ist, sind die Kämme der ersten Wellschicht und die Kämme der zweiten Wellschicht jeweils entlang des gesamten Wegs von dem Einlass zu dem Auslass schräg abgewinkelt. Somit sieht die veranschaulichte Ausführungsform entlang des kürzesten (geraden) Wegs von dem Einlass zu dem Auslass keinen Strömungskanal vor. In der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die erste Wellschicht 52 und die zweite Wellschicht 56 stapelbar und demgemäß ist die erste Wellschicht auf der zweiten Wellschicht gestapelt gezeigt. Es versteht sich, dass die erste und die zweite Wellschicht, die in der Zeichnung gezeigt sind, zu mehreren gestapelten Schichten gehören können, die in dem kastenförmigen Rußfilter 12A angeordnet sind. Somit kann die erste Wellschicht zu einer ersten Reihe von Wellschichten gehören, die in der ersten Richtung ausgerichtete Kämme aufweisen, und die zweite Wellschicht kann zu einer zweiten Reihe von Wellschichten gehören, die in der zweiten Richtung ausgerichtete Kämme aufweisen. Demgemäß kann jede Wellschicht der ersten Reihe direkt auf einer Wellschicht der zweiten Reihe gestapelt sein. In der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Wellschichten stapelbar, da die Kämme jeder Schicht gegen zwei parallele Ebenen ausgerichtet sind, die bei der Kammhöhe H beabstandet sind. Demgemäß kann der kastenförmige Rußfilter mehrere Wellschichten umfassen, die so aufeinander gestapelt sind, dass alle Kämme gegen zueinander parallele Ebenen ausgerichtet sind. In anderen Ausführungsformen können die Wellschichten aber stapelbar sein, auch wenn die Kämme nicht gegen zueinander parallele Ebenen ausgerichtet sind (siehe unten).
In manchen Ausführungsformen können die verschiedenen Wellschichten des kastenförmigen Rußfilters 12A aus Metallblechen gebildet sein, die gebogen sind, um das erwünschte Wellsubstrat vorzusehen. In anderen Ausführungsformen können die Wellschichten aus einem anderen geeigneten wärmebeständigen Material gebildet sein, das durch Formen, Extrusion oder einen anderen geeigneten Prozess gebildet ist. Nachdem das erwünschte Wellsubstrat gebildet ist, kann ein katalytischer Washcoat mittels Sprühbeschichten, Eintauchen, Elektrolyse oder einen anderen geeigneten Prozess auf die Wellschichten aufgetragen werden. Der katalytische Washcoat kann einen Oxidationskatalysator umfassen, der bei geeignet niedrigen Temperaturen, einschließlich normaler Abgastemperaturen eines Dieselmotors, eine Oxidation von Ruß durch Motorabgas ermöglicht. Demgemäß kann der Washcoat einen DPF-Washcoat umfassen.
Für die Zwecke der Veranschaulichung werden in 3 verschiedene Metriken des kastenförmigen Rußfilters 12A kenntlich gemacht. Diese umfassen Kammhöhe H, Kanallänge CL, Kanalsteigung P, Radius der Kammkrümmung R und Schicht-Offsetwinkel θ, der der Winkel zwischen einem in Richtung A ausgerichteten Strahl und einem in Richtung B ausgerichteten schneidenden Strahl ist. Ferner ist die offene Vorderfläche pro Kanal OFA wie in 3 gezeigt als die schattierte Fläche zwischen der ersten und zweiten Wellfläche in der Ebene des Einlasses festgelegt. In den Ausführungsformen, bei denen der Einlass schräg zur Richtung des Einlassstroms ausgerichtet ist, kann OFA als die geometrische Projektion der schattierten Fläche zwischen den zwei Wellflächen in einer Ebene senkrecht zur Richtung des Einlassstroms festgelegt sein.
Es versteht sich, dass die Zeichnung in 3, die als Beispiel vorgesehen ist, keine bestimmte Einschränkung bezüglich der Richtungen A oder B macht. Demgemäß sind verschiedene Bereiche des Schicht-Offsetwinkels θ von der vorliegenden Offenbarung umfasst. In einer Ausführungsform kann θ zum Beispiel ein beliebiger Winkel zwischen 10 und 80 Grad sein. In einer anderen Ausführungsform kann θ ein beliebiger Winkel zwischen 30 und 60 Grad sein.
4 zeigt einen Graph, der die sich ändernde hydraulische Fläche für Abgasstrom als Funktion von Strecke durch den kastenförmigen Rußfilter 12A darstellt. Der Graph umfasst bei 60 eine graphische Darstellung der hydraulischen Fläche gegen Strecke von Einlass 48A entlang der Längenrichtung des kastenförmigen Rußfilters (z. B. gerade durch von dem Einlass zu dem Auslass). Für den Abgasstrom in dieser Richtung findet sich die maximale hydraulische Fläche an dem Einlass und folgt einer periodischen Funktion. Wenn das Abgas von dem Einlass zu dem Auslass durch den Filter strömt, wird die hydraulische Fläche verringert und erreicht an jedem einer Reihe von mit S bezeichneten Staffelpunkten null. Wenn das Abgas weiter zu dem Auslass strömt, dann nimmt die hydraulische Fläche zu und erreicht bei jeder Weghälfte zwischen zwei benachbarten Staffelpunkten einen maximalen Wert.
4 zeigt auch bei 62 eine graphische Darstellung von hydraulischer Fläche gegen Strecke entlang eines beliebigen vorgegebenen Strömungskanals in Richtung A oder B. Die hydraulische Fläche für Strömen in dieser Richtung ist bei Einlass 48A ebenfalls maximal und folgt einer periodischen Funktion, wobei sie bei jedem einer Reihe von Halbstaffelpunkten, die mit HS bezeichnet sind, auf eine Hälfte des maximalen Werts sinkt. Wenn das Abgas weiter zu dem Auslass strömt, dann nimmt die hydraulische Fläche zu und erreicht bei jeder Weghälfte zwischen zwei benachbarten Halbstaffelpunkten einen Maximalwert.
Beruhend auf den in 4 veranschaulichten Eigenschaften kann der Abgasdurchfluss in dem kastenförmigen Rußfilter 12A nie konstant sein, weder in der Längsrichtung noch in der Richtung eines beliebigen gegebenen Kanals. Wenn das durch einen Kanal strömende Abgas auf eine verringerte hydraulische Fläche trifft, neigt es dazu, in einen Kanal größerer hydraulischer Fläche überzutreten. Dieses Verhalten führt zu einem komplexen Strömungsmuster mit einem länglichen Strömungsweg, wie in 5 gezeigt ist. Der längliche Strömungsweg kann zusammen mit einer längeren Verweilzeit für durch den Filter tretendes Motorabgas zu einem effizienteren Zurückhalten von Partikeln im Vergleich zu Rußfiltern führen, denen die erfindungsgemäße Struktur der schrägen Wellschichten fehlt, wie sie hierin beschrieben ist. Weiterhin ist aus 4 offensichtlich, dass die Anzahl an Staffelpunkten und die Anzahl an Halbstaffelpunkten, die von dem Abgasstrom erfahren werden, mit zunehmender Filterlänge FL und mit zunehmendem Schicht-Offsetwinkel θ zunimmt. Somit können der Strömungsweg und die Verweilzeit durch Verändern eines oder beider dieser Parameter angepasst werden, um bestimmten Motorsystemen und Anwendungen zu entsprechen.
5 veranschaulicht Ausgestaltungen eines Musters von Abgasströmung durch den kastenförmigen Rußfilter 12A in einem beispielhaften Szenario. Wenn Abgas durch den Kanaleinlass entlang einer Kanalrichtung (A oder B) strömt, bewirkt die abnehmende hydraulische Fläche des Kanals in der Nähe eines Halbstaffelpunkts, dass das Abgas über die Kämme angrenzender Kanäle strömt. Analog wird Abgasstrom in der Längsrichtung des kastenförmigen Rußfilters gezwungen, um jeden Staffelpunkt herum zu gehen, wodurch er von der Längsrichtung abweicht und die wirksame Weglänge durch den Filter vergrößert.
Die in 4 und 5 dargestellten Strömungseigenschaften veranschaulichen, dass, wenn Motorabgas durch den kastenförmigen Rußfilter 12A tritt, ein erster Abgasstrom in einer ersten Richtung (Richtung A oder B) durch den Rußfilter treten kann, während die Querschnittfläche des ersten Abgasstroms sich über einen ersten Flächenbereich (z. B. zwischen OFA/2 und OFA) regelmäßig ändert. Mittlerweile kann ein zweiter Abgasstrom in einer zweiten Richtung (z. B. der Längsrichtung des Rußfilters, die schräg zur ersten Richtung ist) durch den Rußfilter treten, während die Querschnittfläche des zweiten Abgasstroms sich über einen zweiten Bereich (z. B. zwischen null und OFA) ändert. Weiterhin kann ein dritter Abgasstrom von dem ersten Abgasstrom in einem Bereich des Rußfilters, in dem die Querschnittfläche des ersten Abgasstroms im Verhältnis zu OFA verringert ist, umgeleitet werden. Durch Treten über einen Wellkamm und in einen benachbarten Strömungskanal kann der dritte Abgasstrom weiter in der ersten Richtung durch den Rußfilter strömen. Durch den Rußfilter strömendes Motorabgas sieht auf diese Weise einen vorteilhaft längeren Nettoweg durch den Filter und eine längere Verweilzeit in dem Rußfilter vor, was durch Rückschluss den Wirkungsgrad des Zurückhaltens von Partikeln verbessert.
6 zeigt schematisch einen Einlass 48A des kastenförmigen Filters 12A und einen Einlass 48B des zylindrischen Rußfilters 12B. Die Grundanordnung von Wellschichten des zylindrischen Rußfilters kann im Wesentlichen die gleiche sein, wie vorstehend im Kontext des kastenförmigen Rußfilters beschrieben wurde. Ferner können Faktoren, die die hydraulischen Flächen in den Strömungskanälen beeinflussen, im Wesentlichen wie vorstehend beschrieben sein. Bestimmte Unterschiede ergeben sich aber aus den unterschiedlichen Konfigurationen der beiden gezeigten Ausführungsformen. Bei dem zylindrischen Rußfilter sind zum Beispiel die Kämme jeder Wellschicht zu konzentrischen Schalen statt zueinander parallelen Ebenen ausgerichtet. Demgemäß können eine erste und eine zweite Reihe von Wellschichten konzentrisch angeordnet sein, und jede Wellschicht der ersten Reihe kann direkt über einer Wellschicht der zweiten Reihe angeordnet sein. Während die Kanäle des kastenförmigen Filters alle von gleicher Größe und Form sein können, variieren die Größe und Form der Kanäle in dem zylindrischen Rußfilter weiterhin mit Abstand von der Mittelachse. Insbesondere kann die Kammsteigung P, die hierin vorstehend definiert ist, von der Mittelachse nach außen zunehmen, so dass Kämme benachbarten Schichten an dem Einlass miteinander in Deckung gehalten werden können.
Schließlich versteht sich, dass die hierin beschriebenen Artikel, Systeme und Verfahren beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen oder Beispiele nicht in einschränkendem Sinne zu betrachten sind, da zahlreiche Abänderungen in Betracht gezogen werden. Demgemäß umfasst die vorliegende Offenbarung alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der hierin offenbarten verschiedenen Systeme und Verfahren sowie alle Entsprechungen derselben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6582490 [0004]

Claims

Rußfilter zum Entfernen von Ruß aus Motorabgas, welcher umfasst: einen Einlass; einen gegenüber dem Einlass angeordneten Auslass; eine erste Wellschicht mit mehreren geraden parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer ersten Richtung ausgerichtet sind; und eine zweite Wellschicht mit mehreren geraden parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer zweiten Richtung schräg zur ersten Richtung ausgerichtet sind.
Rußfilter nach Anspruch 1, wobei mindestens einer von Einlass und Auslass einen gerundeten Umfang aufweist.
Rußfilter nach Anspruch 1, wobei mindestens einer von Einlass und Auslass eine gerade Umfangskante aufweist.
Rußfilter nach Anspruch 1, wobei die zweite Richtung zwischen 10 und 80 Grad von der ersten Richtung ausgerichtet ist.
Rußfilter nach Anspruch 1, wobei die zweite Richtung zwischen 30 und 60 Grad von der ersten Richtung ausgerichtet ist.
Rußfilter nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Wellschicht ein Metallsubstrat umfassen.
Rußfilter nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Wellschicht einen Oxidationskatalysator umfassen.
Rußfilter nach Anspruch 1, wobei der Oxidationskatalysator in einem auf die erste und zweite Wellschicht aufgetragenen Washcoat enthalten ist.
Rußfilter zum Entfernen von Ruß aus Motorabgas, welcher umfasst: einen Einlass; einen gegenüber dem Einlass angeordneten Auslass; eine erste Wellschicht mit einer ersten Reihe von parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer ersten Richtung ausgerichtet sind; und eine zweite Wellschicht mit einer zweiten Reihe von parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer zweiten Richtung schräg zur ersten Richtung ausgerichtet sind, wobei die erste Reihe von parallelen Kämmen entlang eines gesamten Wegs von dem Einlass zu dem Auslass schräg abgewinkelt ist.
Rußfilter nach Anspruch 9, wobei die erste Wellschicht zu einer ersten Reihe von Wellschichten mit Kämmen gehört, die in der ersten Richtung ausgerichtet sind, und die zweite Wellschicht zu einer zweiten Reihe von Wellschichten mit Kämmen gehört, die in der zweiten Richtung ausgerichtet sind.
Rußfilter nach Anspruch 10, wobei jede Wellschicht der ersten Reihe direkt auf einer Wellschicht der zweiten Reihe gestapelt ist.
Rußfilter nach Anspruch 10, wobei die erste und zweite Reihe von Wellschichten konzentrisch angeordnet sind und jede Wellschicht der ersten Reihe direkt über einer Wellschicht der zweiten Reihe angeordnet ist.
System, welches umfasst: einen Motor; eine Abgasanlage, die konfiguriert ist, um Abgas von dem Motor aufzunehmen, und die einen ersten Katalysator zum Verringern einer Konzentration eines Schadstoffs in dem Abgas umfasst; und einen in der Abgasanlage eingebauten Rußfilter, wobei der Rußfilter umfasst: einen Einlass; einen gegenüber dem Einlass angeordneten Auslass; eine erste Wellschicht mit mehreren geraden parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer ersten Richtung ausgerichtet sind; und eine zweite Wellschicht mit mehreren geraden parallelen Kämmen, die sich von dem Einlass zu dem Auslass erstrecken und in einer zweiten Richtung schräg zur ersten Richtung ausgerichtet sind.
System nach Anspruch 13, wobei der Rußfilter stromaufwärts des ersten Katalysators angeordnet ist.
System nach Anspruch 13, wobei der Rußfilter weiterhin einen zweiten Katalysator umfasst, der zum Ermöglichen von Oxidation von Ruß durch das Abgas unter normalen Betriebsbedingungen des Motors auf den ersten und zweiten Wellschichten aufgebracht ist.
System nach Anspruch 13, wobei der erste Katalysator ein Stickoxid reduzierender Katalysator ist.
System nach Anspruch 13, wobei der Motor ein Dieselmotor ist.
Verfahren zum Entfernen von Ruß aus Motorabgas, welches umfasst: Leiten eines ersten Abgasstroms durch einen Rußfilter in einer ersten Richtung, während eine Querschnittfläche des ersten Abgasstroms über einem ersten Flächenbereich regelmäßig geändert wird; und Leiten eines zweiten Abgasstroms durch den Rußfilter in einer zweiten Richtung schräg zur ersten Richtung, während eine Querschnittfläche des zweiten Abgasstroms über einem zweiten Flächenbereich regelmäßig geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, welches weiterhin das Umleiten eines dritten Abgasstroms von dem ersten Abgasstrom in einem Bereich des Rußfilters, bei dem die Querschnittfläche des ersten Abgasstroms verringert ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, welches weiterhin das Leiten des dritten Abgasstroms in der ersten Richtung durch den Rußfilter umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, welches weiterhin das Sammeln von mindestens etwas Ruß in dem Rußfilter und das Verbrennen des mindestens etwas Ruß während normalen Betriebsbedingungen des Motors umfasst.