DE10202005A1

DE10202005A1 - Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE10202005A1
Application number: DE2002102005
Authority: DE
Inventors: Erhard Keller
Original assignee: SENERTEC KRAFT WAERME ENERGIES
Current assignee: SENERTEC KRAFT WAERME ENERGIES
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2022-01-19
Also published as: DE10202005B4

Abstract

Bei einer Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (2) hat ein Wabenfilter (1) mit wechselseitig verschlossenen Strömungskanälen in seinem Zentrum einen axial durchgehenden Abgasdurchtritt (11). Der Abgasstrom wird an einer Stirnseite des Wabenfilters (1) umgelenkt, so dass der Einlass und ein Auslass für den Abgasstrom unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.

Description

Filtereinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Entfer nen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors.

Filtereinrichtungen dieser Art sind in zahlreichen Aus führungen bekannt. Die Ergebnisse mit den bekannten Ruß filtereinrichtungen sind noch nicht ausreichend befriedi gend. In einigen Fällen ist, die Filterwirkung unzu reichend, in anderen ist der Filter nicht ausreichend stabil gegenüber der pulsationsförmigen Belastung, so dass die Filtereigenschaften verloren gehen. Andere wie derum benötigen katalyische Zusätze zur Zündung der Ruß beladung und/oder verblocken durch die bei der Verbren nung anfallende Asche.

Aus der WO 01/04466 ist ein Filterkörper bekannt, bei dem zur Verminderung der Rußemission ein Wabenkörper verwen det wird, deren Strömungskanäle für das Abgas wechselsei tig verschlossen sind, so dass das Abgas durch die porö sen Wände des Filters strömen muss. Das Abgas umströmt zunächst den äußeren Umfang des Filters und wird an schließend umgelenkt und durch die wechselseitig ver schlossenen Strömungskanäle geführt. Der Filter ist in einem Mantelrohr angeordnet. Hierdurch ist es erforder lich, den Filter aufwändig gegenüber dem äußeren Mantel rohrs abzudichten und an diesem zu befestigen. Weiterhin weisen Filter und Mantelrohr in der Regel unterschiedli che Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, was insbe sondere bei häufig erzeugten 1000°C und in Verbindung mit dem hohen Abgasgegendruck zu einer hohen Belastung der Abdichtung des Filters in dem Mantelrohr führt.

Weiterhin ist aus der WO 97/43528 eine Filtereinrichtung bekannt geworden, bei der die Filter zwischen Rohren und Trennwänden angeordnet sind. Diese Gestaltung führt eben falls aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen und des hohen Abgasgegendrucks zu einer starken Belastung der Abdichtungen der Rohre gegenüber dem Filter. Weiterhin führt eine mehrfache Umlenkung der Abgasströmung zu gro ßen Strömungsverlusten im Abgas.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filterein richtung so zu gestalten, dass sie dauerhaft gute Fil tereigenschaften aufweist und auch bei relativ niedrigen Abgastemperaturen betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch diese Gestaltung wird das zunächst besonders heiße Abgas durch den zentralen Abgasdurchtritt geleitet. Die ser zentrale Abgasdurchtritt besteht aus dem Material des Wabenfilters und grenzt radial nach außen an den Waben filter an. Daher hat der zentrale Abgasdurchtritt keinen Kontakt mit einem Metallteil. Hierdurch werden Wärmespan nungen zuverlässig vermieden. Die erfindungsgemäße Fil tereinrichtung weist daher eine besonders hohe Stabilität und damit dauerhaft gute Filtereigenschaften auf. Durch die Führung der heißen Gase im Zentrum des Filters lässt sich die erfindungsgemäße Filtereinrichtung auch bei niedrigen Abgastemperaturen betreiben. Dank der Erfindung wird ein herkömmlicher Wabenfilter so abgeändert, dass der Filter ohne besondere Anlaufstrecke unmittelbar hin ter dem Auslassventil der Brennkraftmaschine angeordnet werden kann. Des Weiteren werden die Wärmeverluste des Abgases bis zum Filter und im Filtergehäuse auf ein Mini mum reduziert, um eine gute Regenerationsdynamik zu er reichen. Die üblicherweise zum selbständigen Rußabbrand erforderliche Abgastemperatur von ca. 600°C kann so auf weniger als 400°C abgesenkt werden. Dadurch, dass der Ab gasaustritt am Filtergehäuse vorzugsweise in die Nähe des Abgaseintrittes gelegt wird, ist eine kompakte, platz sparende Ausführung der Filtereinrichtung möglich. Zur einfachen Reinigung kann der Wabenkörper bei Wartungs arbeiten einfach umgedreht und die gesammelten Aschenan teile beim weiteren Betrieb des Motors durch den gerei nigten Abgasstrom wieder ausgeblasen werden.

In extremen Fällen kann das Entfernen der Asche auch durch einen Waschvorgang am ausgebauten Filter erfolgen. Durch die leichte Zugänglichkeit des Wabenkörpers kann dieser schonend gereinigt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Bestand teil der Unteransprüche sowie der Beschreibung des nach folgenden Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeich nungsfigur. Die Figur zeigt eine vereinfachte Darstellung der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom.

Insbesondere soll der Filter bei Wartungsarbeiten leicht gereinigt werden können, was durch die Befestigung des Rußfilterdeckels mittels einer Spannfeder erreicht wird.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Dieselpartikelfilter 1, der in den Abgasstrom eines angedeuteten Dieselmotors 2 eingeschal tet ist. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch Pfeile angegeben. Der Dieselpartikelfilter 1 ist an den Stirnseiten 9, 12 so bearbeitet, dass sich ein ungehin derter Abgasdurchtritt 11 durch den Filter ergibt. Die Stirnseiten 9, 12 können auch so tief bearbeitet sein, dass sich eine durchgehende Bohrung im Dieselpartikel filter 1 ergibt.

Fig. 1 und 2 zeigen, dass das ungereinigte Abgas an der Stirnseite in den Filterkörper eintritt und ihn unge filtert auf der Stirnseite 12 verlässt. Am Rußfilterdec kel 3 wird der Abgasstrom umgelenkt und gleichmäßig auf die Filtereintrittsfläche verteilt. Beim Durchtritt durch die porösen Wände des Wabenkörpers 1 werden Ruß und Ascheanteile im Filter abgeschieden. Der Ruß brennt bei entsprechender Abgastemperatur selbständig ab. Das gerei nigte Abgas verlässt das Filtergehäuse 4 über den Abgas austritt 10. Die Wände des Abgasdurchtritts 11 bestehen aus Filterkeramik.

Der Rußfilterdeckel 3 wird mit einer Spannfeder 5 auf dem Dieselpartikelfilter 1 gehalten. Zur Abdichtung zwischen Filter 1 und Deckel 3 ist eine temperaturbeständige Dich tung 7 vorhanden. Zwischen Spannfeder 5 und Rußfilterdec kel 3 kann eine Isolierscheibe 6 zum Schutz der Spannfe der eingefügt werden.

Die Abdichtung zwischen Rohseite und Reinseite des Die selpartikelfilters erfolgt über eine temperaturbeständige Dichtung 8. Der Blechmantel 13 und die Isolierung 14 schützen die stoßempfindliche Filterkeramik bei der Hand habung des Filters. Das Filtergehäuse 4 kann mit einer Kühleinrichtung 15 (Luftkühlung oder Wasserkühlung) ver sehen werden, um eine unzulässige Temperaturbelastung von anderen Bauteilen in der Umgebung zu vermeiden.

Bei Wartungsarbeiten kann der Gehäusedeckel 5 geöffnet und der Dieselpartikelfilter 1 entnommen werden. Der Die selpartikelfilter 1 kann dann ausgeblasen oder ausgewa schen werden. In der Regel ist es ausreichend, wenn der Dieselpartikelfilter 1 umgedreht wieder eingebaut wird, so dass die gesammelte Asche beim Weiterbetrieb des Mo tors durch den gereinigten Abgasstrom wieder ausgeblasen wird.

Der erfindungsgemäße Dieselpartikelfilter 1 kann mit ei ner Zusatzheizung ausgeführt sein, um einen Rußabbrand auszulösen. Des Weiteren kann der Filter mit katalytisch wirkenden Bestandteilen versehen sein, die die Zündtempe ratur weiter verringern.

Claims

1. Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepar tikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einem in ein Filtergehäuse eingesetzten Wabenfilter, des sen von porösen Wänden des Wabenfilters begrenzte Strö mungskanäle zur Führung des Abgases durch die porösen Wände des Wabenfilters wechselseitig verschlossen sind, und mit einem axial durchgehenden Abgasdurchtritt an des sen einem Ende ein Einlass für den Abgasstrom und an des sen anderem Ende des Abgasdurchtritts Mittel zur Umlen kung des Abgasstroms angeordnet sind, wobei der Abgas durchtritt eine stirnseitige Abdichtung von den wechsel seitig verschlossenen Strömungskanälen hat, dadurch ge kennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) im Zentrum des Wabenfilters (Wabenkörper 1) angeordnet ist und dass die Wände des Abgasdurchtritts (11) aus dem porösen Mate rial des Wabenfilters, insbesondere aus Filterkeramik, gefertigt sind.

2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der freie Abgasdurchtritt (11) im Zentrum des Wabenfilters (Wabenkörper 1) angeordnet ist.

3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) von mehreren durchgehenden Strömungskanälen des Filterelementes gebil det ist.

4. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas durchtritt (11) eine durchgehende Bohrung hat.

5. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umlenkung des Abgasstroms einen gegen den Wabenfilter (Wabenkörper 1) vorgespannten, eine Stirnseite des Waben filters (Wabenkörper 1) überdeckenden Rußfilterdeckel (3) haben.

6. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Waben filter (Wabenkörper 1) zur Anordnung unmittelbar hinter einem Auslasskanal der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist.

7. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruß filterdeckel (3) von einer Spannfeder (5) gehalten ist.

8. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Waben filter (Wabenkörper 1) zur wahlweisen Festlegung der Strömungsrichtung in beide Richtungen in ein Filtergehäu se (4) einsetzbar ist.

9. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein lass und ein Auslass für den Abgasstrom unmittelbar ne beneinander angeordnet sind.

10. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fil tergehäuse (4) mit einer Kühleinrichtung (15) verbindbar ist.