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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Dieselpartikelfilter für
die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein metallisches
Partikelfiltergehäuse
und einen darin gelagerten keramischen Partikelfilterkörper, wobei
das Partikelfiltergehäuse
eine Abgaseintrittsöffnung,
einen zuströmseitigen Übergangsbereich,
einen Lagerungsbereich für
den Partikelfilterkörper,
einen abströmseitigen Übergangsbereich
und eine Abgasaustrittsöffnung
aufweist.
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Dieselpartikelfilter der vorstehend
angegebenen Art – im
folgenden als Partikelfilter bezeichnet – sind allgemein bekannt. Mit
ihnen werden Ruß-
und sonstige Partikel aus dem Abgas von Dieselmotoren entfernt.
Der zuströmseitige
und der abströmseitige Übergangsbereich
sind dabei im allgemeinen als Erweiterungs- bzw. Verjüngungsbereich
ausgeführt.
Erreicht die Beladung des Filters mit Ruß einen vorgegebenen Wert,
der sich insbesondere über
einen entsprechenden Druckabfall über den Partikelfilterkörper, jedoch
beispielsweise auch über
das Kennfeld, bestimmen läßt, wird
eine Regeneration des Filters eingeleitet, in deren Verlauf die
auf der Oberfläche des
Partikelfilterkörpers
angesammelten Rußpartikel abgebrannt
werden.
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Bei bekannten Bauweisen sind die
Partikelfilterkörper
von zylindrischer Form, wobei sich der Querschnitt des Partikelfiltergehäuses und
hierzu korrespondierend des Partikelfilterkörpers im allgemeinen aus den
Einbauverhältnissen,
d.h. dem für die
Unterbringung der Abgasanlage am Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden
Einbau raum ergibt (z. B. rund, dreieckig, elliptisch oder dergleichen).
Der zylindrische Partikelfilterkörper
wird dabei in dem Partikelfiltergehäuses im allgemeinen mittels
einer Lagerungsmatte gelagert. Gegebenenfalls sind ergänzend, nämlich zur
axialen Abstützung
des Partikelfilterkörpers
am Gehäuse,
stirnseitig an dem Filterkörper
sowie am Erweiterungsbereich bzw. Verjüngungsbereich des Partikelfiltergehäuses anliegende
Ringe aus Drahtgestrick oder dergleichen vorgesehen.
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Bei Partikelfiltern der hier in Rede
stehenden Art kommen zunehmend aus Siliziumkarbid gefertigte Partikelfilterkörper zum
Einsatz, die sich aufgrund ihrer hochporösen Struktur durch einen besonders hohen
Abscheidegrad auszeichnen. Gerade bei solchen Substraten erweisen
sich die bekannten Ansätze
zur Lagerung des Partikelfilterkörpers
in dem Partikelfiltergehäuse
jedoch als nur bedingt geeignet. Denn bei diesen Partikelfilterkörpern ergibt
sich im beladenen Zustand im Betrieb ein besonders hoher Druckabfall
und somit eine besonders hohe auf den Partikelfilterkörper wirkende
Axialkraft. Ebenfalls führen
große
Beschleunigungskräfte
durch Fahrdynamik und Motorschwingungen zu hohen auf die relativ schweren
Partikelfilterkörper
wirkenden Axialkräften. Bei
einer Lagerung der Partikelfilterkörper allein über die
Lagerungsmatte müßten somit,
um eine axiale Verlagerung des Partikelfilterkörpers sicher auszuschließen, über die
Lagerungsmatte erhebliche radialen Pressungen auf den jeweiligen
Partikelfilterkörper
ausgeübt
werden, denen dieser gerade im Falle seiner Herstellung aus Siliziumkarbid
wegen der dann nur äußerst geringen
Wandstärken
häufig
nicht standhält.
Auch die herkömmlicherweise
eingesetzten Lagerungsmatten setzen, selbst wenn sie den Partikelfil terkörper vollständig, d.h.
auf der größtmöglichen
Fläche,
umgeben, den übertragbaren
Kräften Grenzen,
wenn Faserbruch ausgeschlossen werden soll. Die Verwendung zusätzlicher
axialer Abstützungen über Drahtgestrickringe
oder dergleichen ist demgegenüber
mit einer unerwünschten
Steigerung die Herstellungskosten, nicht zuletzt wegen der aufwendigeren
Montage, verbunden.
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Im Lichte der vorstehend dargelegten
Probleme bekannter gattungsgemäßer Partikelfilter
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Partikelfilter
der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der sich auch bei Einsatz
von aus Siliziumkarbid bestehenden Partikelfilterkörpern bei
einem vergleichsweise geringen Montageaufwand durch eine sichere
Lagerung des Partikelfilterkörpers
in dem Partikelfiltergehäuse
auszeichnet. Besonders erstrebenswert wäre dabei, wenn sich zugleich
der für
die sichere Lagerung des Partikelfilterkörpers bestehende Bedarf an
Lagerungsmatte, sofern eine solche eingesetzt wird, gegenüber dem
Stand der Technik reduzieren ließe.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch, daß der
Partikelfilterkörper
eine nicht-zylindrische
Umfangsfläche
mit mindestens einer nach außen
vorspringenden Erhebung aufweist, welche formschlüssig in
eine korrespondierende, in dem Lagerungsbereich des Partikelfiltergehäuses vorgesehene
Mulde eingreift. Charakteristisch für den erfindungsgemäßen Partikelfilter
ist somit, daß zur
axialen Sicherung der Lage des Partikelfilterkörpers in dem Partikelfiltergehäuse in erster
Linie nicht ein über
eine Lagerungsmatte übertragener Reibschluß dient,
sondern daß vielmehr
Erhebungen vorgesehen sind, welche sich über die übrige Kontur des Partikelfilterkörpers nach
außen
erheben und – zur
Herstellung einer formschlüssigen
Verbindung mit dem Gehäuse – in korrespondierende
Mulden eingreifen, die in dem Lagerungsbereich des Partikelfiltergehäuses vorgesehen
sind. Auf diese Weise kann, ohne daß sich der Partikelfilterkörper zur
Vermeidung einer axialen Verlagerung über zusätzliche axiale Stützelemente
wie Drahtgestrickringe oder dergleichen an dem Partikelfiltergehäuse abstützen müßte, die
von einer Lagerungsmatte oder einem vergleichbaren Lagerungselement
auf den Partikelfilterkörper
ausgeübte
radiale Pressung gegenüber
bekannten Bauweisen signifikant reduziert werden. Als Folge hiervon
nimmt die Gefahr, daß der
Partikelfilterkörper
während
der Montage und/oder während des
Betriebs des Partikelfilters beschädigt wird, entscheidend ab.
Auch kann unter günstigen
Voraussetzungen die benötigte
Menge an Lagerungsmatte, sofern solche verwendet wird, reduziert
werden, insbesondere indem die Lagerungsmatte den Partikelfilterkörper nicht
mehr vollständig,
sondern vielmehr nur noch bereichsweise umgibt. Auch kommt in Anwendung
der vorliegenden Erfindung der Einsatz von vergleichsweise kostengünstigen
Alternativen zu herkömmlichen
Lagerungsmatten für
die Lagerung des Partikelfilterkörpers
in Betracht.
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Gerade im Zusammenhang mit aus Siliziumkarbid
hergestellten Partikelfilterkörpern
kommen die Vorteile der vorliegenden Erfindung in besonderer Weise
auch deshalb zur Geltung, weil hier regelmäßig die Außenkontur des Partikelfilterkörpers auf
dem Wege einer spanenden Bearbeitung hergestellt wird. Während der
Herstellung der Außenkontur
des Partikelfilterkörpers
können
somit die der Realisierung der vorliegenden Erfindung dienenden
Erhebungen, beispielsweise in Form von sich mehr oder weniger über den
gesamten Umfang erstreckenden, ringförmigen Erhebungen, problemlos
und ohne nennenswerten zusätzlichen
Aufwand stehengelassen werden.
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Gemäß einer ersten bevorzugten
Weiterbildung des erfindungsgemäßen Partikelfilters
weisen die Erhebungen schräge
Flanken auf. Die besonderen Vorteile einer solchen Gestaltung betreffen
insbesondere die sichere Lagerung des Partikelfilterkörpers, dessen
Abdichtung gegenüber
dem Partikelfiltergehäuse
sowie in gewissem Umfang auch einen Toleranzausgleich. Dies wird
aus der nachfolgenden Erläuterung
der vorliegenden Erfindung näher
ersichtlich.
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Eine andere bevorzugte Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Partikelfilters
zeichnet sich dadurch aus, daß sich
zwischen der Umfangsfläche
des Partikelfilterkörpers
und der Innenfläche
des Partikelfiltergehäuses
eine nachgiebige Lagerungsmatte mit im wesentlichen bekannten Eigenschaften
erstreckt. Diese Lagerungsmatte kann, je nach ihrer Dicke und ihren
spezifischen Materialeigenschaften, den Partikelfilterkörper einschließlich der
auf seiner Außenkontur
angeordneten Erhebungen vollständig
umhüllen.
Besonders günstig
ist es indessen, wenn die Lagerungsmatte zumindest im Bereich der
Umfangsflächen
der Erhebungen angeordnete Ausschnitte aufweist, d.h. von den Erhebungen
des Partikelfilterkörpers
im wesentlichen nur deren Flanken bedeckt. Zur Einsparung von Lagerungsmattenmaterial
kann die Lagerungsmatte den Partikelfilterkörper ggfs. auch nur bereichsweise
umgeben.
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Nicht unerwähnt bleiben soll in diesem
Zusammenhang, daß im
Falle der vorliegenden Erfindung eine der Lage rung des Partikelfilterkörpers dienende
Lagerungsmatte im allgemeinen dünner
ausgeführt
werden kann als bei konventionellen Partikelfiltern. Auch insoweit
trägt die
vorliegende Erfindung zu einer Kostenreduktion bei.
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Besonders bevorzugt ist dabei die
Lagerungsmatte im Bereich der Flanken der Erhebungen um ein höheres Maß verdichtet
als in den übrigen
Bereichen. Dies trägt
der Erkenntnis Rechnung, daß Partikelfilterkörper, namentlich
solche aus Siliziumkarbid, in axialer Richtung eine deutlich höhere Festigkeit
aufweisen als in radialer Richtung. Durch die unterschiedliche Verdichtung
der Lagerungsmatte in den funktional verschiedenen Bereichen lassen
sich die von der Lagerungsmatte auf den Partikelfilterkörper ausgeübten Pressungen
im Hinblick auf die Lebensdauer des Partikelfilterkörpers optimieren.
Die erhöhte
Verdichtung der Lagerungsmatte im Bereich der Flanken der Erhebungen
des Partikelfilterkörpers trägt im übrigen in
besonderer Weise zu einer guten Abdichtung des Partikelfilterkörpers gegenüber dem Partikelfiltergehäuse bei.
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Gemäß einer anderen bevorzugten
Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Partikelfilterkörper einen
im wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweist, wobei die Erhebungen
zu den Halbachsen hin auslaufen. Entsprechendes gilt bei Partikelfilterkörpern mit
einem runden wie auch bei Partikelfilterkörpern mit einem asymmetrischen Querschnitt.
Bei dieser Ausführungsform
sind, mit anderen Worten, an dem Filterkörper keine sich ringförmig gleichförmig über den
gesamten Umfang erstreckenden Erhebungen vorgesehen, Diese Ausführung erweist
sich insbesondere als günstig
im Zusammenhang mit solchen Partikelfilterkörpern, die aus einer Mehrzahl
quaderförmiger
Segmente, namentlich aus miteinander verklebten Segmenten aufgebaut
sind. Denn hier können
im Hinblick auf einem besonders sparsamen Materialeinsatz die Abmessungen
der einzelnen verwendeten Segmente und die Abmessungen der Halbachsen
des Partikelfilterkörpers
gezielt aufeinander abgestimmt werden, so daß der zur Herstellung der Außenkontur
des Partikelfilterkörpers
erforderliche spannende Materialabtrag minimiert wird.
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Was die Bauweise des Partikelfiltergehäuses angeht,
so unterliegt die vorliegende Erfindung keinen Beschränkungen.
Insbesondere läßt sich
die Erfindung in gleicher Weise im Zusammenhang mit in Halbschalenbauweise,
in Wickelbauweise und in Stopfbauweise hergestellten Partikelfiltergehäusen realisieren.
Ist das Partikelfiltergehäuse
in Stopfbauweise hergestellt, so weist der Partikelfilterkörper besonders
bevorzugt mindestens eine benachbart zu der Trennebene des Partikelfiltergehäuses angeordnete
Erhebung auf. Insbesondere kann die mindestens eine Erhebung bei
einer geeigneten konstruktiven Gestaltung des Partikelfiltergehäuses dabei
im wesentlichen endseitig an dem Partikelfilterkörper angeordnet sein. Die Übergangsbereiche
des Gehäuses
können
in bekannter Weise als trichterförmiger
Erweiterungs- bzw. Verjüngungsbereich
ausgeführt
sein. Sie können
jedoch, insbesondere wenn eine andere Komponente der Abgasanlage
in unmittelbarer räumlicher
Nähe zu
dem Partikelfilterkörper anzuordnen
ist, auch anderweitig ausgeführt
sein, beispielsweise in Form eines Zwischenrings.
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Lediglich zur Klarstellung sei an
dieser Stelle betont, daß die
vorliegende Erfindung nicht voraussetzt, daß die Erhebungen flächenmäßig einen
nur untergeordneten Anteil der Außenkontur des Partikelfilterkörpers einnehmen.
Vielmehr läßt sich
die vorliegende Erfindung auch realisieren mit Gestaltungen, bei
denen die Erhebungen einen übergeordneten
Flächenanteil
der Außenkontur
des Partikelfilterkörpers
einnehmen. Im Vordergrund steht jeweils die axiale Abstützung des
Partikelfilterkörpers
an dem Partikelfiltergehäuse über Flanken
der Erhebungen an zugeordneten Flanken der zu den Erhebungen korrespondierenden
Mulden des Partikelfiltergehäuses.
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Im folgenden wird die vorliegende
Erfindung anhand von vier in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten
Ausführungsformen
näher erläutert. Dabei
zeigen 1 bis 3 eine erste Ausführungsform
eines Partikelfilters nach der vorliegenden Erfindung, wobei
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1 einen
ersten Querschnitt entlang der Linie I-I in 3,
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2 einen
zweiten Querschnitt entlang der Linie II-II in 3 und
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3 einen
Längsschnitt
entlang der Linien III-III in 1 und 2 wiedergibt; demgegenüber zeigen
jeweils in einem Längsschnitt
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4 eine
zweite bevorzugte Ausführungsform,
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5 eine
dritte bevorzugte Ausführungsform
und
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6 eine
vierte bevorzugte Ausführungsform
eines Partikelfilters nach der vorliegenden Erfindung.
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Der in den 1 bis 3 in
verschiedenen Schnitten dargestellte Partikelfilter umfaßt ein metallisches
Partikelfiltergehäuse 1 und
einen darin gelagerten kerami schen Partikelfilterkörper 2.
Das Partikelfiltergehäuse 1 ist
in einer als solches bekannten Halbschalenbauweise ausgeführt; es
umfaßt
eine Oberschale 3 und eine Unterschale 4, welche
im Bereich der Teilungsebene 5 miteinander in konventioneller
Art verbunden sind. Ebenfalls entsprechend der üblichen Bauweise umfaßt das Partikelfiltergehäuse 1 eine
Abgaseintrittsöffnung,
einen zuströmseitigen
Erweiterungsbereich 6, einen Lagerungsbereich 7 für den Partikelfilterkörper 2,
einen abströmseitigen
Verjüngungsbereich
und eine Abgasaustrittsöffnung.
Ein flächiges
elastisches Lagerungselement in Form einer Lagerungsmatte 8 dient
der Lagerung des Partikelfilterkörpers 2 in
dem Partikelfiltergehäuse 1.
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Im Umfang der vorstehenden Ausführungen entspricht
der veranschaulichte Partikelfilter dem hinlänglich bekannten Stand der
Technik, so daß es
weiterer Erläuterungen
nicht bedarf.
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Der Partikelfilterkörper 2 weist
eine nichtzylindrische Umfangsfläche 9 auf,
indem insgesamt acht nach außen
vorspringenden Erhebungen 10 vorgesehen sind. Jeweils vier
Erhebungen 10 sind dabei zueinander ausgerichtet. Sie laufen
in Umfangsrichtung zu den Halbachsen 11 und 12 hin
dergestalt aus, daß auch
im Bereich der Erhebungen 10 die durch die Halbachsen 11 und 12 definierten
Abmessungen des Partikelfilterkörpers 2 nicht überschritten
werden. Die stirnseitigen Flanken 13 der Erhebungen 10 sind
schräg
ausgeführt,
so daß sich
im Längsschnitt
(3) ein trapezförmiger Schnitt
der Erhebungen ergibt.
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In dem Partikelfiltergehäuse 1 sind
acht zu den Erhebungen 10 korrespondierende Mulden 14 ausgeformt,
in welche die zugeordneten Erhebungen des Partikelfilterkörpers 2 eingreifen.
Auch die stirnseitigen Flanken 15 der Mulden 14 des
Partikelfiltergehäuses
sind – entsprechend
der Flankengestaltung der Erhebungen 10 – schräg ausgeführt.
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Die Lagerungsmatte 8 umhüllt den
Partikelfilterkörper 2 in
den Bereichen außerhalb
der Erhebungen 10 vollständig. Ebenfalls erstreckt sich
die Lagerungsmatte 8 jeweils in diejenigen Spalte hinein,
in die durch einander zugeordnete Flanken 13 der Erhebungen 10 und
Flanken 15 der Mulden 14 begrenzt werden. Im Bereich
der Umfangsflächen 16 der
Erhebungen 10 weist die Lagerungsmatte 8 indessen
Ausschnitte 17 auf, so daß zwischen den Umfangsflächen 16 der
Erhebungen 10 und den zugeordneten Wandbereichen des Partikelfiltergehäuses 1 ein
Freiraum 18 besteht.
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Wie dies in 3 veranschaulicht ist, ist die – ursprünglich eine
einheitliche Dicke aufweisende – Lagerungsmatte 8 im
Bereich der Flanken 13 der Erhebungen 10 um ein
höheres
Maß verdichtet
ist als in den übrigen
Bereichen, nachdem der Abstand zwischen den einander zugeordneten
Flanken 13 der Erhebungen 10 und Flanken 15 der
Mulden 14 geringer ist als der Abstand zwischen der Außenkontur 19 des Partikelfilterkörpers 2 in
den Bereichen außerhalb der
Erhebungen 10 zu den zugeordneten Wandbereichen des Partikelfiltergehäuses 1.
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In den 1 und 2 der Zeichnung ist veranschaulicht,
daß der
Partikelfilterkörper 2,
der einen im wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweist, aus einer
Mehr zahl quaderförmiger
Segmente 20, welche miteinander verklebt sind, aufgebaut
ist. Die Außenkontur
des Partikelfilterkörpers 2 wird
durch eine spanende Bearbeitung hergestellt, wobei die Erhebungen 10 während jener
spanenden Bearbeitung stehengelassen werden.
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Die 4 bis 6 veranschaulichten andere konstruktive
Ausführungsmöglichkeiten
erfindungsgemäßer Partikelfilter,
welche sich insbesondere bei solchen Partikelfiltern umsetzen lassen,
deren Gehäuse
in Wickelbauweise oder in Stopfbauweise hergestellt wird.
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Nach 4 sind
dabei zwei Gehäusehälften 21 und 22 vorgesehen,
welche mittels einer umlaufenden Schweißnaht 23 miteinander
verbunden werden. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach den 1 bis 3 ist in diesem Falle nur eine Reihe
von Erhebungen 10' vorgesehen.
Diese Erhebungen 10' des
Partikelfilterkörpers 2' sind benachbart
zu der Trennebene 24 des Partikelfiltergehäuses 1 angeordnet.
Weitere Einzelheiten der in 4 veranschaulichten
Ausführungsform
ergeben sich unmittelbar aus den vorstehenden Erläuterungen
zu den 1 bis 3 mit der Maßgabe, daß die Lagerungsmatte 8' hier im Bereich
der Erhebungen 10' keine
Ausschnitte aufweist, sondern vielmehr auch die Erhebungen 10' vollständig umhüllt.
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5 zeigt
einen erfindungsgemäßen Partikelfilter,
bei dem die Erhebungen 10'' im wesentlichen
endseitig an dem Partikelfilterkörper 2'' angeordnet sind. Hier umfaßt das Partikelfiltergehäuse 1'' ein Rohrelement 25 und
ein Trichterelement 26, welche mittels einer Schelle 27 gegeneinander
verspannt werden. Die Erhebungen 10'' stützen sich über ihre
Flanken 13 einerseits an einer zugeordneten Flanke 28 des
Rohrelements 25 und andererseits an einer zugeordneten
Flanke 29 des Trichterelements 26 ab.
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Die in 6 veranschaulichte
Bauweise unterscheidet sich von derjenigen gemäß 5 im wesentlichen dadurch, daß das Rohrelement 25 und das
Trichterelement 26 hier miteinander verschweißt sind.
Die Lagerungsmatte 8'' umgreift die
endseitig am Partikelfilterkörper 2'' angeordneten Erhebungen 10'' dergestalt, daß sie an der Stirnseite 30 des
Partikelfilterkörpers 2'' ausläuft. Im übrigen erschließt sich
diese Bauweise ohne weiteres aus den vorstehenden Erläuterungen
zu den 1 bis 5.