DE102018126178A1 - particulate Filter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter (1) für einen Verbrennungsmotor, wobei der Partikelfilter (1) eine aktive Struktur (2) zur Abgasreinigung umfasst, und wobei die aktive Struktur (2) einen in Strömungsrichtung veränderlichen Querschnitt aufweist.

Figure DE102018126178A1_0000
The invention relates to a particle filter (1) for an internal combustion engine, wherein the particle filter (1) comprises an active structure (2) for exhaust gas purification, and wherein the active structure (2) has a variable in the flow direction cross section.
Figure DE102018126178A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter für einen Verbrennungsmotor.The invention relates to a particulate filter for an internal combustion engine.

Die DE102018000384A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters.The DE102018000384A1 discloses a method of manufacturing a particulate filter.

Der erfindungsgemäße Partikelfilter für einen Verbrennungsmotor umfasst eine aktive Struktur zur Abgasreinigung, wobei die aktive Struktur einen in Strömungsrichtung veränderlichen Querschnitt aufweist.The particle filter according to the invention for an internal combustion engine comprises an active structure for exhaust gas purification, wherein the active structure has a variable in the flow direction cross-section.

Der erfindungsgemäße Partikelfilter ermöglicht durch den veränderlichen Querschnitt der aktiven Struktur eine Optimierung des Gegendrucks, welcher durch den Partikelfilter hervorgerufen wird. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Effizienz der Abgasreinigung des Verbrennungsmotors sowie eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs während des Betriebs des Verbrennungsmotors.Due to the variable cross section of the active structure, the particle filter according to the invention makes it possible to optimize the backpressure which is caused by the particle filter. This allows an increase in the efficiency of the exhaust gas purification of the internal combustion engine and a reduction in fuel consumption during operation of the internal combustion engine.

Zusätzlich ermöglicht der erfindungsgemäße Partikelfilter eine Optimierung des Bauraums, welcher durch den Partikelfilter beansprucht wird. Dadurch wird eine einfache Integration in bestehende Verbrennungsmotoren ermöglicht, auch wenn diese nur wenig Bauraum und/oder für herkömmliche Partikelfilter ungünstig ausgebildeten Bauraum bieten.In addition, the particle filter according to the invention makes it possible to optimize the installation space which is claimed by the particle filter. This allows easy integration into existing internal combustion engines, even if they offer only little space and / or unfavorable for conventional particulate filter space.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die aktive Struktur mittels eines generativen Verfahrens hergestellt.In a preferred embodiment, the active structure is produced by a generative process.

Durch die Verwendung eines generativen Verfahrens zur Herstellung der aktiven Struktur wird eine einfache und kostengünstige Herstellung des Partikelfilters ermöglicht. Insbesondere das Merkmal des veränderlichen Querschnitts der aktiven Struktur lässt sich durch herkömmliche Fertigungsverfahren von Partikelfiltern nicht und/oder nur unter großem Aufwand fertigen.The use of a generative process for the preparation of the active structure enables a simple and inexpensive production of the particulate filter. In particular, the feature of the variable cross section of the active structure can not be produced by conventional production processes of particle filters and / or only with great effort.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die aktive Struktur eine erste Teilstruktur zur Filterung von Partikeln und eine zweite Teilstruktur zur katalytischen Nachbehandlung von Abgas des Verbrennungsmotors.In a further preferred embodiment, the active structure comprises a first partial structure for filtering particles and a second partial structure for the catalytic aftertreatment of exhaust gas of the internal combustion engine.

Dadurch wird eine Kombination aus Partikelfilter und Katalysator innerhalb eines Bauteils ermöglicht. Dies ermöglicht eine zusätzliche Reduktion des benötigten Bauraums für die Abgasreinigung des Verbrennungsmotors.This allows a combination of particulate filter and catalyst within a component. This allows an additional reduction of the required space for the exhaust gas purification of the internal combustion engine.

Die erste Teilstruktur und die zweite Teilstruktur erzeugen dabei unterschiedliche Druckverluste für einen Abgasstrom. Je nach gewählter Anordnung der ersten Teilstruktur und der zweiten Teilstruktur, wird dadurch eine zusätzliche Optimierungen des Gegendrucks ermöglicht.The first substructure and the second substructure generate different pressure losses for an exhaust gas flow. Depending on the selected arrangement of the first substructure and the second substructure, thereby an additional optimizations of the back pressure is made possible.

Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Partikelfilter aufgrund der Optimierung des Gegendrucks und des Bauraums für den Einsatz in Ottomotoren.In particular, the particle filter according to the invention is due to the optimization of the back pressure and the space for use in gasoline engines.

Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters,
  • 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters,
  • 3 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters und
  • 4 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Partikelfilters.
Preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows
  • 1 schematically a first embodiment of the particulate filter according to the invention,
  • 2 schematically a second embodiment of the particulate filter according to the invention,
  • 3 schematically a third embodiment of the particulate filter according to the invention and
  • 4 schematically a fourth embodiment of the particulate filter according to the invention.

1 zeigt einen Partikelfilter 1 für einen Verbrennungsmotor 1. Der Partikelfilter 1 umfasst eine aktive Struktur 2 zur Abgasreinigung. Die aktive Struktur 2 weist einen in Strömungsrichtung veränderlichen Querschnitt auf. Die aktive Struktur 2 ist mittels eines generativen Verfahrens hergestellt. Der veränderliche Querschnitt ist monoton veränderlich ausgebildet. 1 shows a particle filter 1 for an internal combustion engine 1 , The particle filter 1 includes an active structure 2 for exhaust gas purification. The active structure 2 has a variable in the flow direction cross-section. The active structure 2 is produced by a generative process. The variable cross section is monotonically variable.

Durch eine monoton veränderliche Ausgestaltung des Querschnitts werden Bereiche innerhalb des Partikelfilters 1 reduziert und/oder verhindert, in denen sich Abgas verwirbeln kann. Dies wäre beispielsweise bei einer konkaven Ausgestaltung des Partikelfilters 1 der Fall, was zu einer Reduktion der Effizienz der Abgasreinigung führen würde. Demnach wird durch die monoton veränderliche Ausgestaltung des Querschnitts eine Erhöhung der Effizienz der Abgasreinigung ermöglicht.By a monotone variable configuration of the cross section areas within the particulate filter 1 reduces and / or prevents, in which exhaust gas can swirl. This would be, for example, in a concave configuration of the particulate filter 1 the case, which would lead to a reduction in the efficiency of the exhaust gas purification. Accordingly, an increase in the efficiency of the exhaust gas purification is made possible by the monotone variable configuration of the cross section.

Der veränderliche Querschnitt ist streng monoton veränderlich ausgebildet.The variable cross section is strictly monotone variable.

Dies ermöglicht eine Erhöhung der Effizienz der Abgasreinigung des Verbrennungsmotors, da eine laminare Strömung von Abgas des Verbrennungsmotors ermöglicht wird.This allows an increase in the efficiency of the exhaust gas purification of the internal combustion engine, since a laminar flow of exhaust gas of the internal combustion engine is made possible.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelfilters 1. Die aktive Struktur 2 umfasst eine erste Teilstruktur 3 zur Filterung von Partikeln und eine zweite Teilstruktur 4 zur katalytischen Nachbehandlung von Abgas des Verbrennungsmotors 1. 2 shows a second embodiment of a particulate filter according to the invention 1 , The active structure 2 includes a first substructure 3 for filtering particles and a second substructure 4 for the catalytic aftertreatment of exhaust gas of the internal combustion engine 1 ,

Die erste Teilstruktur 3 und die zweite Teilstruktur 4 sind volumenbereichsweise verteilt innerhalb der aktiven Struktur angeordnet. Die Volumenbereiche weisen Volumina von mindestens 5 cm3 auf. The first substructure 3 and the second substructure 4 are arranged distributed by volume within the active structure. The volume areas have volumes of at least 5 cm 3 .

Die erste Teilstruktur 3 und die zweite Teilstruktur 4 sind jeweils innerhalb getrennter Volumenbereiche innerhalb der aktiven Struktur 2 angeordnet. Dies ermöglicht, dass Abgas, je nachdem, welche Teilstruktur es passiert, auf verschiedene Weisen gereinigt wird. Bei der Passage durch die erste Teilstruktur werden Partikel, welche sich im Abgas befinden gefiltert.The first substructure 3 and the second substructure 4 are each within separate volume areas within the active structure 2 arranged. This allows exhaust gas to be purified in various ways, depending on which substructure it is passing. When passing through the first substructure, particles that are in the exhaust gas are filtered.

Gesundheitsschädliche Stoffe welche sich im Abgas befinden, werden durch Oxidation und/oder Reduktion innerhalb der zweiten Teilstruktur 4 in weniger gesundheitsschädliche Stoffe umgewandelt. So erfahren Stoffe im Abgas eine Reduktion ihrer Gesundheitsschädlichkeit bei der Passage durch die zweite Teilstruktur 4. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Effizienz der Abgasreinigung.Harmful substances which are in the exhaust gas, are due to oxidation and / or reduction within the second substructure 4 converted into less harmful substances. For example, substances in the exhaust gas experience a reduction in their harmfulness when passing through the second substructure 4 , This allows an increase in the efficiency of the exhaust gas purification.

Ein Volumen der Volumenbereiche von etwa 5 cm3 ermöglicht dabei eine effektive Filterung und/oder Reinigung des Abgases, da diese maßgeblich auch von der Verweildauer innerhalb der ersten Teilstruktur 3 und der zweiten Teilstruktur 4 abhängen.A volume of the volume ranges of about 5 cm 3 allows effective filtering and / or cleaning of the exhaust gas, since this also significantly on the residence time within the first substructure 3 and the second substructure 4 depend.

Die Volumina der ersten Teilstruktur 3 und der zweiten Teilstruktur 4 sind so ausgebildet, dass sie sich über mindestens 90% des Volumens der aktiven Struktur 2 erstrecken.The volumes of the first substructure 3 and the second substructure 4 are designed so that they are at least 90% of the volume of the active structure 2 extend.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Volumenbereich der Teilstrukturen 3,4 durch dünnwandige Wände begrenzt. Die Wandstärke beträgt weniger als 1 mm. Dadurch wird der Gegendruck des Partikelfilters 1 vermindert, was die Effizienz der Abgasreinigung erhöht und den Kraftstoffverbrauch während des Betriebs des Verbrennungsmotors senkt.In this embodiment, the volume range of the substructures 3,4 are limited by thin-walled walls. The wall thickness is less than 1 mm. This will cause the back pressure of the particulate filter 1 reduced, which increases the efficiency of the exhaust gas purification and reduces fuel consumption during operation of the internal combustion engine.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Partikelfilters 1. Die erste Teilstruktur 3 und/oder die zweite Teilstruktur 4 weisen mindestens abschnittsweise einen ringförmigen Querschnitt auf. 3 shows a further embodiment of a particulate filter according to the invention 1 , The first substructure 3 and / or the second substructure 4 have at least partially an annular cross-section.

Ringförmig im Sinne der Erfindung sind dabei Ringe, welche einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser aufweisen, wobei der Innendurchmesser auch 0 betragen kann.Rings in the sense of the invention are rings which have an outer diameter and an inner diameter, wherein the inner diameter may also be zero.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Teilstruktur 1 in zwei Abschnitten einen ringförmigen Querschnitt auf. In einem ersten Abschnitt weist der Ring einen Außendurchmesser auf, welcher dem Querschnitt der aktiven Struktur 2 in diesem Abschnitt entspricht. Der Innendurchmesser beträgt 25% des Querschnitts der aktiven Struktur in diesem Anschnitt. Der erste Abschnitt erstreckt sich über eine Länge von 5% der aktiven Struktur 2. Die Länge der aktiven Struktur erstreckt sich dabei über die Länge, die die aktive Struktur an ihrer längsten Stelle aufweist.In this embodiment, the first substructure 1 in two sections an annular cross section. In a first section, the ring has an outside diameter which corresponds to the cross section of the active structure 2 in this section corresponds. The inner diameter is 25% of the cross section of the active structure in this gate. The first section extends over a length of 5% of the active structure 2 , The length of the active structure extends over the length of the active structure at its longest point.

Ein zweiter Abschnitt ist stromabwärts benachbart zum ersten Abschnitt angeordnet. Der Außendurchmesser des Rings beträgt in diesem zweiten Abschnitt 25% des Querschnitts der aktiven Struktur 2. Der Innendurchmesser beträgt 0. Der zweite Abschnitt erstreckt sich über eine Länge von 5% der aktiven Struktur 2.A second section is located downstream adjacent to the first section. The outer diameter of the ring in this second section is 25% of the cross section of the active structure 2 , The inside diameter is 0. The second section extends over a length of 5% of the active structure 2 ,

Dies ermöglicht eine Reduktion des Gegendrucks des Partikelfilters 1.This allows a reduction of the back pressure of the particulate filter 1 ,

4 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Partikelfilter 1. Die erste Teilstruktur 3 ist so angeordnet, dass Abgas auf dem kürzesten Weg zwischen einem Eintrittspunkt in die aktive Struktur 2 und einem Austrittpunkt aus der aktiven Struktur 2 mindestens abschnittsweise die erste Teilstruktur 3 passiert. 4 shows a further particle filter according to the invention 1 , The first substructure 3 is arranged so that exhaust gas on the shortest path between an entry point into the active structure 2 and an exit point from the active structure 2 at least in sections the first substructure 3 happens.

Dadurch wird ermöglicht, dass Abgas, welches durch den Partikelfilter 1 strömt, auf seinem kompletten Querschnitt die erste Teilstruktur 3 durchströmt. Dies ermöglicht die Einhaltung von gesetzlichen Bestimmungen zur Abgasreinheit beispielsweise in Deutschland.This will allow exhaust gas to pass through the particulate filter 1 flows, on its complete cross-section, the first sub-structure 3 flows through. This allows compliance with legal requirements for exhaust gas purity, for example in Germany.

Die zweite Teilstruktur 4 ist so angeordnet, dass Abgas auf dem kürzesten Weg zwischen einem Eintrittspunkt in die aktive Struktur 2 und einem Austrittpunkt aus der aktiven Struktur 2 mindestens abschnittsweise die zweite Teilstruktur 4 passiert.The second substructure 4 is arranged so that exhaust gas on the shortest path between an entry point into the active structure 2 and an exit point from the active structure 2 at least in sections the second substructure 4 happens.

Dadurch wird ermöglicht, dass Abgas, welches durch den Partikelfilter 1 strömt, auf seinem kompletten Querschnitt die zweite Teilstruktur 4 durchströmt. Dies ermöglicht die Einhaltung von gesetzlichen Bestimmungen zur Abgasreinheit beispielsweise in Deutschland.This will allow exhaust gas to pass through the particulate filter 1 flows, on its complete cross section, the second substructure 4 flows through. This allows compliance with legal requirements for exhaust gas purity, for example in Germany.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102018000384 A1 [0002]DE 102018000384 A1 [0002]

Claims (10)

Partikelfilter (1) für einen Verbrennungsmotor, wobei der Partikelfilter (1) eine aktive Struktur (2) zur Abgasreinigung umfasst, wobei die aktive Struktur (2) einen in Strömungsrichtung veränderlichen Querschnitt aufweist.Particle filter (1) for an internal combustion engine, wherein the particulate filter (1) comprises an active structure (2) for exhaust gas purification, wherein the active structure (2) has a variable in the flow direction cross-section. Partikelfilter (1) nach Anspruch 1 wobei die aktive Struktur (2) mittels eines generativen Verfahrens hergestellt ist.Particle filter (1) after Claim 1 wherein the active structure (2) is made by a generative process. Partikelfilter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der veränderliche Querschnitt monoton veränderlich ausgebildet ist.Particulate filter (1) according to one of the preceding claims, wherein the variable cross-section is monotonously variable. Partikelfilter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der veränderliche Querschnitt streng monoton veränderlich ausgebildet ist.Particulate filter (1) according to one of the preceding claims, wherein the variable cross section is formed strictly monotone variable. Partikelfilter (1) einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktive Struktur (2) eine erste Teilstruktur (3) zur Filterung von Partikeln und eine zweite Teilstruktur (4) zur katalytischen Nachbehandlung von Abgas des Verbrennungsmotors umfasst.Particulate filter (1) according to one of the preceding claims, wherein the active structure (2) comprises a first part structure (3) for filtering particles and a second part structure (4) for the catalytic aftertreatment of exhaust gas of the internal combustion engine. Partikelfilter (1) nach Anspruch 5, wobei die erste Teilstruktur (3) und die zweite Teilstruktur (4) volumenbereichsweise verteilt innerhalb der aktiven Struktur angeordnet sind, und wobei die Volumenbereiche Volumina von mindestens 5 cm3 aufweisen.Particle filter (1) after Claim 5 wherein the first substructure (3) and the second substructure (4) are distributed in a volume-domain manner within the active structure, and wherein the volume regions have volumes of at least 5 cm 3 . Partikelfilter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei die Volumina der ersten Teilstruktur (3) und der zweiten Teilstruktur (4) so ausgebildet sind, dass sie sich über mindestens 90% des Volumens der aktiven Struktur (2) erstrecken.Particulate filter (1) according to one of Claims 5 to 6 wherein the volumes of the first substructure (3) and the second substructure (4) are formed to extend over at least 90% of the volume of the active structure (2). Partikelfilter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die erste Teilstruktur (3) so angeordnet ist, dass Abgas auf dem kürzesten Weg zwischen einem Eintrittspunkt in die aktive Struktur (2) und einem Austrittpunkt aus der aktiven Struktur (2) mindestens abschnittsweise die erste Teilstruktur (3) passiert.Particulate filter (1) according to one of Claims 5 to 7 wherein the first substructure (3) is arranged so that exhaust gas passes at least in sections the first substructure (3) on the shortest path between an entry point into the active structure (2) and an exit point from the active structure (2). Partikelfilter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die zweite Teilstruktur (4) so angeordnet ist, dass Abgas auf dem kürzesten Weg zwischen einem Eintrittspunkt in die aktive Struktur (2) und einem Austrittpunkt aus der aktiven Struktur (2) mindestens abschnittsweise die zweite Teilstruktur (4) passiert.Particulate filter (1) according to one of Claims 5 to 8th , wherein the second substructure (4) is arranged so that exhaust gas passes at least in sections the second substructure (4) on the shortest path between an entry point into the active structure (2) and an exit point from the active structure (2). Partikelfilter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die erste Teilstruktur (3) und/oder die zweite Teilstruktur (4) mindestens abschnittsweise einen ringförmigen Querschnitt aufweisen.Particulate filter (1) according to one of Claims 5 to 9 , Wherein the first substructure (3) and / or the second substructure (4) at least in sections have an annular cross section.
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