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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelfilter zur Reinigung von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine. Der Partikelfilter umfasst einen Wabenkörper. Solche Partikelfilter werden bevorzugt zur Reinigung von Abgas aus Diesel-Motoren im Kfz-Bereich eingesetzt.
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Bei der Verbrennung von Kraftstoff, insbesondere in Diesel-Motoren von Kraftfahrzeugen, entstehen Partikel, insbesondere Rußpartikel, die nicht in die Umgebung gelangen sollen. Ein Herausfiltern der Partikel ist notwendig, weil die Partikel gesundheitsschädlich sind. Dazu ist es bekannt, Abgas mit Partikelfiltern zu reinigen. Solche Partikelfilter haben üblicherweise einen Einlass und einen Auslass, wobei das Abgas zwischen dem Einlass und dem Auslass durch eine Vielzahl von Kanälen strömen kann. Dabei sind die Kanäle wechselseitig am Einlass und am Auslass des Partikelfilters verschlossen. Damit das Abgas durch den Filter gelangen kann, muss es mindestens eine zwischen benachbarten Kanälen befindliche Trennwand durchströmen. Bestehen die Trennwände aus einem geeigneten porösen Material, so kann sich ein so genannter Filterkuchen aufbauen und ein signifikanter Filtereffekt einsetzen. Die herausgefilterten Partikel lagern sich an den Trennwänden ab. Dies bedeutet auch, dass der Partikelfilter mit fortschreitender Betriebsdauer der Verbrennungskraftmaschine zunehmend zusetzen und verstopfen kann. Eine Verstopfung des Partikelfilters führt zu einem Abgasgegendruck, der sich nachteilig auf die Effizient der Verbrennungskraftmaschine auswirken kann. Mit Abgasgegendruck ist ein Druck gemeint, gegen den Abgas aus einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine herausgedrückt werden muss. Der Abgasgegendruck ist nachteilig, weil die Verbrennungskraftmaschine beim Herausdrücken des Abgases aus dem Brennraum Arbeit verrichten muss. Eine Regeneration des Partikelfilters bzw. eine (teilweise) Umwandlung der eingefangenen Partikel ist möglich, z. B. durch Abbrennen des Rußes. Dies bedeutet, dass der an der Trennwand abgelagerte Ruß bei einer entsprechend hohen Temperatur verbrannt wird. Das Erreichen der Abbrenntemperatur kann bspw. durch eine externe Hitzequelle und/oder eine katalytische Reaktion vor / im Partikelfilter erreicht werden.
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Bereits eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausgestaltungen von Partikelfiltern ist vorgeschlagen worden. Gleichwohl besteht noch immer das Problem, einen effizienten und sicheren Betrieb des Partikelfilters zu erreichen. Vielfach besteht noch immer das Risiko, dass sich der Partikelfilter zusetzt und/oder zu oft regeneriert werden muss. Der damit einhergehende erhöhte Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch und/oder eine Leistungsminderung sind unerwünscht. Ebenso ist zu berücksichtigen, dass die Partikelfilter aufgrund diverser Gesetze in vielen Fahrzeugen weltweit vorgeschrieben sind, so dass der Partikelfilter als Massenprodukt auch hinsichtlich der Herstellung und der Montage am Kraftfahrzeug weiterentwickelt werden muss, wobei ein effizienter Umgang mit Rohmaterialien und/oder die Anpassung von bestehenden Partikelfiltern noch nicht ausreichend erschöpfend untersucht wurde.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein Wabenkörper vorgestellt werden, der einfach herstellbar und als Partikelfilter gezielt einsetzbar ist, wobei insbesondere auch das Risiko der Verstopfung reduziert ist.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Wabenkörper gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Wabenkörpers sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Hierzu trägt eine Vorrichtung mit einem Wabenkörper bei, aufweisend eine Vielzahl von Kanälen zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite des Wabenkörpers, wobei benachbarte Kanäle durch zumindest eine wenigstens teilweise poröse Trennwand voneinander abgegrenzt sind. Eine Mehrheit der Kanäle bildet dabei Filterkanäle, die wechselweise an der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers derart verschlossen sind, dass ein von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers strömendes Gas mindestens eine Trennwand durchströmen muss. Weiter ist vorgesehen, dass eine Minderheit der Kanäle Bypasskanäle bildet, die in mindestens eine Vertiefung an der ersten Stirnseite münden, wobei zumindest ein Teil der Bypasskanäle für das Gas frei durchströmbar ist.
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Der Wabenkörper kann bspw. zylinderförmig, aber auch quaderförmig, als Kegelstumpf oder in einer ähnlichen Form ausgeführt sein. Auch kann der Wabenkörper die Form eines Zylinders mit abgeflachten Seitenwänden haben. Der Wabenkörper wird gebildet durch die Kanäle, die vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. Es ist aber auch denkbar, dass die Kanäle bspw. konisch auseinanderlaufen. Die Kanäle können bspw. einen sechseckigen Querschnitt haben. Die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite können bspw. Boden- und Deckelflächen eines zylinderförmigen Wabenkörpers sein. Die Kanäle sind zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite derart angeordnet, dass ein Gas – sofern die Kanäle nicht verschlossen sind – an der ersten Stirnseite in die Kanäle eintreten, durch die Kanäle hindurchströmen und an der zweiten Stirnseite austreten kann. Das Gas kann insbesondere ein Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung für Abgas in einem Kraftfahrzeug beschränkt. Auch für Verbrennungskraftmaschinen in Schiffen, Luftfahrzeugen oder stationären Maschinen kann die Erfindung verwendet werden.
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Der Wabenkörper dient insbesondere dazu, das Abgas der Verbrennungskraftmaschine zu filtern. Eine Filterwirkung kann erreicht werden, indem das Abgas auf dem Weg von der ersten Stirnseite hin zu der zweiten Stirnseite durch die Filterkanäle strömt, wobei das Abgas durch zumindest eine poröse Trennwand hindurch strömt. Dazu ist die Trennwand vorteilhaft aus einem zur Filterung von Abgas geeigneten Material hergestellt. Dies bedeutet insbesondere, dass die Trennwand wenigstens teilweise Poren aufweist, die eine Porengröße haben, die auf die Größe der Partikel in dem zu filternden Abgas abgestimmt ist. Dass die Trennwand wenigstens teilweise porös ist, bedeutet, dass Abgas von einem Filterkanal in einen benachbarten Filterkanal strömen kann. Die Innenseiten der Trennwände können katalytisch (z. B. mit einem mit Edelmetall dotierten Washcoat) beschichtet sein. Eine solche Beschichtung kann insbesondere zur Regeneration des Partikelfilters dienen.
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Zur Realisierung einer erzwungenen Abgasströmung durch eine Trennwand sind die Filterkanäle wechselweise an der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers verschlossen (nicht für das Abgas durchströmbar). Wechselweise meint, dass bspw. von zwei benachbarten Filterkanälen ein Filterkanal an der ersten Stirnseite und der andere Filterkanal an der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers verschlossen sind. Das Verschließen kann bspw. mit Stopfen geschehen. Die Stopfen können je nach Anordnung hin zur Stirnseite für Gas undurchlässig oder ggf. auch teildurchlässig ausgeformt sein.
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Neben den Filterkanälen weist der Wabenkörper eine Minderheit der Kanäle auf, die als Bypasskanäle ausgeführt ist. Bypasskanäle können bspw. dadurch ausgebildet werden, dass in den Filterkanälen vorgesehene Stopfen an der ersten Stirnseite entfernt werden. Dies kann bspw. gleichzeitig mit der Herstellung der Vertiefung an der ersten Stirnseite geschehen. Damit wird erreicht, dass im Bereich der Vertiefung (und deren axialen Verlängerung) etwa jeder zweite Kanal der Bypasskanäle sowohl an der ersten Stirnseite als auch an der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers für Gas durchströmbar geöffnet ist. Damit sind also etwa die Hälfte der Bypasskanäle von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers frei für das Gas durchströmbar (also insbesondere ohne eine Verengung und/oder ohne einen Verschluss für die Gasströmung ausgeführt). Bevorzugt ist, dass die Vertiefung den Bereich des Wabenkörpers definiert, in dem Bypasskanäle vorgesehen sind, wobei insbesondere außerhalb der Vertiefung nur Filterkanäle vorgesehen sind. Bevorzugt ist, dass die Vertiefung beabstandet zum äußeren Umfang des Wabenkörpers angeordnet ist. Die Vertiefung ist insbesondere als ein von der ersten Stirnseite ausgehender Hohlraum zu verstehen, der eine Vielzahl von Kanälen überdeckt.
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In einer Ausführungsform des Wabenkörpers sind mindestens 5% aller Kanäle des Wabenkörpers Bypasskanäle.
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Der Wabenkörper kann insbesondere dann für einen Partikelfilter eines Kraftfahrzeugs genutzt werden, wenn der vorteilhafte Effekt des Bypasses hinreichend ausgeprägt ist. Sind weniger als 5 % der Kanäle nach Art von Bypasskanälen ausgebildet, so kann die Wirkung des Bypasses lokal zu begrenzt sein, um eine signifikante Verbesserung gegenüber einem Partikelfilter ohne Bypass zu erreichen. Als Obergrenze kann angegeben werden, dass vorzugsweise nicht mehr als 30 % aller Kanäle des Wabenkörpers Bypasskanäle sind. Eine zu große Zahl an Bypasskanälen würde die Filterwirkung des Partikelfilters zu stark minimieren.
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In einer Ausführungsform des Wabenkörpers hat jeder der Filterkanäle jeweils eine erste Länge und jeder der Bypasskanäle jeweils eine zweite Länge, die kleiner als jede erste Länge ist.
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Die erste Länge ist die Ausdehnung eines jeden Filterkanals von der ersten Stirnseite des Wabenkörpers zu der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers. Die zweite Länge ist die Ausdehnung eines jeden Bypasskanals in gleicher Richtung. Alle Bypasskanäle sind kürzer als der kürzeste Filterkanal. Dadurch wird erreicht, dass eine Herstellung des Wabenkörpers insoweit möglich ist, als dass in einem nur aus Filterkanälen bestehenden Wabenkörper an der ersten Stirnseite die Vertiefung erzeugt wird, wodurch das wechselweise Verschließen der Kanäle aufgehoben wird. Bspw. können die bei einem herkömmlichen Partikelfilter (DPF) an der ersten Stirnseite befindlichen Stopfen durch das Erzeugen der Vertiefung, beispielsweise mittels eines Bohr- oder Fräsvorgangs, (wieder) entfernt werden.
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Einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers folgend ist jede erste Länge gleich groß. Bevorzugt ist also insbesondere, dass alle Filterkanäle (etwa) betragsmäßig dieselbe erste Länge aufweisen. Jeder Kanal weist ein erstes Ende an der ersten Stirnseite und ein zweites Ende an der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers auf. Dabei liegt das erste Ende jedes Filterkanals in einer ersten Ebene. Das zweite Ende jedes Filterkanals liegt in einer zweiten Ebene. Die erste Ebene und die zweite Ebene sind parallel zueinander und jeweils senkrecht zu den Filterkanälen ausgerichtet.
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Die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite können parallel zueinander ausgerichtet sein. Dies kann bspw. bei einem zylinderförmig ausgeführten Wabenkörper der Fall sein, bei dem die erste Ebene bspw. die Bodenfläche und die zweite Ebene bspw. die Deckelfläche des zylinderförmigen Wabenkörpers umfasst. Dass die erste Ebene und die zweite Ebene parallel zu den Filterkanälen ausgerichtet sind bedeutet, dass alle Filterkanäle die erste Ebene und die zweite Ebene jeweils senkrecht schneiden.
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Einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers folgend ist jede zweite Länge gleich groß. Bevorzugt ist also insbesondere, dass alle Bypasskanäle (etwa) betragsmäßig dieselbe zweite Länge aufweisen. Das erste Ende jedes Bypasskanals liegt in einer dritten Ebene. Das zweite Ende jedes Bypasskanals liegt in der zweiten Ebene. Die dritte Ebene ist parallel zu der ersten Ebene und zu der zweiten Ebene ausgerichtet, wobei die dritte Ebene zwischen der ersten Ebene und der zweiten Ebene liegt.
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Die zweite Ebene, in der sowohl alle Bypasskanäle als auch alle Filterkanäle liegen, stellt hier die zweite Stirnseite des Wabenkörpers dar. An der ersten Stirnseite sind die Bypasskanäle gegenüber den Filterkanälen verkürzt. Dabei liegen die ersten Enden aller Filterkanäle und aller Bypasskanäle in zueinander parallelen Ebenen – der ersten Ebene und der zweiten Ebene. Durch diese Form wird erreicht, dass der Wabenkörper durch eine oder mehrere Bohrungen aus einem bspw. zylinderförmigen Wabenkörper erzeugt werden kann.
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Bevorzugt ist, dass eine Längendifferenz zwischen der ersten Länge und der zweiten Länge in einem Bereich von 0,1 cm bis 10 cm [Zentimeter], insbesondere im Bereich von 0,5 cm bis 3 cm, liegt.
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Bei dem Wabenkörper können die Filterkanäle an der ersten Stirnseite durch Stopfen verschlossen sein, wobei alle Stopfen in bzw. zwischen der ersten Ebene und der dritten Ebene positioniert sind.
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In einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers sind die Bypasskanäle über mindestens einen Teilbereich des Wabenkörpers verteilt angeordnet, wobei jeder des mindestens einen Teilbereichs eine Vielzahl von Bypasskanälen umfasst. Jeder des mindestens einen Teilbereichs weist jeweils eine Vertiefung auf. Jeder Teilbereich mit Bypasskanälen kann folglich einer (separaten) Vertiefung zugeordnet sein. Vorzugsweise sind ein bis fünf Teilbereiche vorgesehen.
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Der Wabenkörper kann eine Bypassquerschnittsfläche als Schnittfläche von den Bypasskanälen mit der dritten Ebene bilden, wobei die Bypassquerschnittsfläche mindestens eine erste Kreisfläche umfasst.
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Die Bypassquerschnittsfläche kann im mathematischen Sinn eine Schnittfläche zwischen der dritten Ebene und dem Volumen der Bypasskanäle darstellen. Die Bypasskanäle können hierbei als Ganzes betrachtet werden, insbesondere einschließlich der Trennwände, die benachbarte Bypasskanäle abgrenzen. Die Bypassquerschnittsfläche wird insbesondere selbst nicht von den Trennwänden unterbrochen, die benachbarte Bypasskanäle abgrenzen. Je nach Anforderungen, die sich aus der Verwendung des Wabenkörpers als Partikelfilter ergeben, kann die Bypassquerschnittsfläche unterschiedlich geformt sein. Bevorzugt kann die Bypassquerschnittsfläche eine, zwei, drei, vier oder fünf erste Kreisflächen umfassen. Mit anderen Worten heißt das insbesondere auch, dass die Vertiefung die erste Kreisfläche überdeckt bzw. definiert. Die mindestens eine erste Kreisfläche kann in unterschiedlichen Positionen angeordnet sein. Je nach Anströmung des Abgases hin zum Partikelfilter kann eine Anordnung bspw. in der Mitte des Wabenkörpers und/oder in einem Randbereich der Stirnseite sinnvoll sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers wird eine Wabenkörperquerschnittsfläche als Schnittfläche von dem Wabenkörper mit der dritten Ebene gebildet, wobei die Wabenkörperquerschnittsfläche einen Mittelpunkt aufweist. Die erste Kreisfläche weist dann einen ersten Kreismittelpunkt auf, wobei die erste Kreisfläche derart angeordnet ist, dass der erste Kreismittelpunkt wenigstens 10 cm [Zentimeter] vom Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittsfläche entfernt ist.
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Die Wabenkörperquerschnittfläche kann als eine Schnittfläche im mathematischen Sinne zwischen dem Volumen des Wabenkörpers und der dritten Ebene definiert sein. Wie die Bypassquerschnittsfläche wird auch die Wabenkörperquerschnittfläche nicht von Trennwänden unterbrochen. Der Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittfläche kann ein Flächenmittelpunkt im mathematischen Sinn sein. Der erste Kreismittelpunkt kann ein Flächenmittelpunkt der ersten Kreisfläche im mathematischen Sinn sein. In dieser Ausführungsform sind die ersten Kreisflächen derart angeordnet, dass die ersten Kreismittelpunkte den gleichen Abstand von dem Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittsfläche haben, wobei ein entlang des Umfangs des Kreises um den Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittsfläche gemessene Abstand zwischen zwei benachbarten Kreismittelpunkten für alle ersten Kreisflächen gleich ist. Das bedeutet insbesondere auch, dass die ersten Kreisflächen gleichmäßig um den Mittelpunkt verteilt angeordnet sind.
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Bevorzugt umfasst die Bypassquerschnittsfläche mindestens zwei erste Kreisflächen, wobei die ersten Kreismittelpunkte gleichmäßig über einen Umfang eines Kreises um den Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittsfläche verteilt angeordnet sind. Das heißt mit anderen Worten insbesondere, dass die ersten Kreismittelpunkte entlang des Umfangskreises mit gleicher Distanz zueinander positioniert sind.
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Der Wabenkörpers Die Wabenkörperquerschnittsfläche bildet bevorzugt vier Quadranten, wobei in mindestens zwei der Quadranten der Wabenkörperquerschnittsfläche jeweils mindestens eine erste Kreisfläche vorgesehen ist. Die Wabenkörperquerschnittsfläche wird hierbei insbesondere in vier (gleich große) Quadranten unterteilt. Dies bedeutet insbesondere, dass zwei senkrecht zueinander stehende und sich im Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittsfläche schneidende Achsen die Wabenkörperquerschnittsfläche in vier Bereiche unterteilen. Die Orientierung der senkrecht zueinander stehenden Achsen kann beliebig gewählt werden, vorzugsweise unter Berücksichtigung einer ggf. vorliegenden Symmetrie der Wabenkörperquerschnittsfläche.
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In einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers sind drei erste Kreisflächen sowie eine zweite Kreisfläche vorgesehen, wobei die zweite Kreisfläche einen zweiten Kreismittelpunkt aufweist, der nicht weiter als 5 cm [Zentimeter] vom Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittsfläche entfernt ist. Damit unterscheiden sich die erste Kreisfläche und die zweite Kreisfläche zumindest hinsichtlich ihrer Entfernung hin zum Mittelpunkt der Wabenkörperquerschnittsfläche.
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Bevorzugt weist jede der mindestens einen ersten Kreisfläche jeweils einen ersten Durchmesser auf, wobei der erste Durchmesser in einem Bereich von 1 cm bis 10 cm [Zentimeter], insbesondere im Bereich von 3 cm bis 7 cm, liegt.
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Bevorzugt weist die zweite Kreisfläche einen zweiten Durchmesser auf, wobei der zweite Durchmesser in einem Bereich von 1 cm bis 10 cm [Zentimeter], insbesondere im Bereich von 3 cm bis 7 cm, liegt.
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Eine Ausführungsform des Wabenkörpers ist bevorzugt, nach der die Vertiefung (im Wesentlichen) zylinderförmig ausgeführt ist. Insbesondere kann eine solche Vertiefung durch Bohren oder Fräsen hergestellt sein. Eine Zylinderachse der Vertiefung steht vorteilhaft senkrecht zu der ersten Ebene.
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In einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers ist die mindestens eine Vertiefung von einer umlaufenden zerklüfteten Wand begrenzt. Die Tatsache, dass die Wand umlaufend ist, bedeutet, dass diese nach Art einer Mantelfläche die Vertiefung umhüllt. Zerklüftet meint insbesondere, dass die Wand z. B. nicht exakt auf einer Kreisbahn verläuft, sondern z. B. nur deren radial am weitesten innen liegende Abschnitte diese Kreisbahn berühren und die übrigen Abschnitte geringfügig weiter außerhalb liegen, insbesondere aber nicht weiter entfernt als einen Kanaldurchmesser des Kanals. Insofern kann „zerklüftet“ eine unregelmäßige, über den Umfang radial variierende Kontur der Wand der Vertiefung beschreiben, insbesondere mit einer Vielzahl von Kanten, die von den angrenzenden Kanalwänden gebildet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers umfasst die umlaufende zerklüftete Wand unvollständig ausgeprägte Kanäle. In dieser Ausführungsform ist die umlaufende zerklüftete Wand teilweise aus nur unvollständig ausgeprägten Kanälen gebildet. Dies entspricht z. B. der zu erwartenden Form der Wand der Vertiefung, wenn die Vertiefung durch eine Bohrung gebildet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Wabenkörpers ist die zumindest eine Trennwand mit Keramik ausgeführt. Als Keramik kann eine üblicherweise für Partikelfilter verwendete Keramik verwendet werden. Die Keramik sollte hitzebeständig sein, so dass ein (thermisches) Regenerieren des Partikelfilters in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine sichergestellt ist. Vorzugsweise ist die Trennwand beschichtet, wodurch bspw. das Regenerieren weiter erleichtert oder das Ablagern von Partikeln erschwert werden kann.
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Bevorzugt weist der Wabenkörper eine Zelldichte im Bereich von 300 Zellen pro Quadratzentimeter bis 2500 Zellen pro Quadratzentimeter, insbesondere im Bereich von 500 Zellen pro Quadratzentimeter bis 1500 Zellen pro Quadratzentimeter, auf. Die Zelldichte ist die Anzahl der Kanäle pro Fläche bspw. innerhalb der dritten Ebene.
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Weiterhin wird die Verwendung eines Ausgangspartikelfilters zur Erzeugung eines „Bypass-Partikelfilters“ gemäß der hier vorgeschlagenen Art vorgeschlagen, wobei alle Kanäle des Ausgangspartikelfilter Filterkanäle sind, und wobei durch Ausbilden der mindestens einen Vertiefung aus dem Ausgangspartikelfilter der „Bypass-Partikelfilter“ erzeugt wird.
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Mit anderen Worten wird insbesondere die Verwendung eines (Halbzeug-)Wabenkörpers zum Zwecke der Herstellung eines hier beschriebenen (Bypass-)Wabenkörpers, insbesondere mittels Ausformen (z. B. durch Bohren und/oder Fräsen) der mindestens einen Vertiefung und der Bypasskanäle vorgeschlagen. Der (Halbzeug-)Wabenkörper weist dabei eine Vielzahl von Kanälen zwischen einer ersten Stirnseite und einer zweiten Stirnseite des Wabenkörpers auf, wobei benachbarte Kanäle durch zumindest eine wenigstens teilweise poröse Trennwand voneinander abgegrenzt sind und alle Kanäle Filterkanäle bilden, die an der ersten Stirnseite oder der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers derart verschlossen sind, dass ein von der ersten Stirnseite zu der zweiten Stirnseite des Wabenkörpers strömendes Gas mindestens eine Trennwand durchströmen muss.
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Der Wabenkörper findet vorzugsweise Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung einen Wabenkörper wie oben beschrieben aufweist (Ausgestaltung nach Art eines „Bypass-Partikelfilters“). Der Wabenkörper ist derart in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung integriert, dass ein Abgas von der Verbrennungskraftmaschine an der ersten Stirnseite in den Wabenkörper hineinströmen und an der zweiten Stirnseite herausströmen kann. Durch Einbau des Wabenkörpers in dieser Art strömt Abgas bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine an der ersten Stirnseite in den Wabenkörper ein. An der ersten Stirnseite befindet sich die mindestens eine Vertiefung. Ein Verstopfen der Eingangsseite wird verhindert oder zumindest wird das Risiko hierfür vermindert.
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Vorteilhafterweise sind Kraftfahrzeug und Wabenkörper derart ausgeführt und angeordnet, dass bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein vorgegebener Abgasgegendruck keinesfalls überschritten wird.
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Es ist insbesondere möglich, die mindestens eine Vertiefung mit den Bypasskanälen außerhalb eines Strömungszentrums des zur ersten Stirnseite des Wabenkörpers strömenden Abgases anzuordnen. Damit ist insbesondere gemeint, dass die ankommende Abgasströmung ein Strömungsprofil ausbildet, bei dem mindestens ein Maximum der Strömungsgeschwindigkeit und/oder des Strömungsvolumens identifizierbar ist, und die Bypasskanäle dieses Maximum nicht überdecken.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen schematisch:
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1: eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einem Partikelfilter,
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2: eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform des beschriebenen Wabenkörpers,
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3: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des beschriebenen Wabenkörpers,
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4: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des beschriebenen Wabenkörpers,
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5: eine Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform eines Wabenkörpers, und
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6: eine Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform eines Wabenkörpers.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Verbrennungskraftmaschine 2. Kraftstoff, der in einem Brennraum (nicht gezeigt) der Verbrennungskraftmaschine 2 mit Luft verbrannt wird, führt zu Abgas, welches über eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 3 an die Umgebung abgegeben werden kann. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch Pfeile angedeutet. In die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 3 ist ein Partikelfilter 16 integriert. Dieser weist einen Wabenkörper 4 auf. Soweit dieser in der hier vorgeschlagenen Art ausgebildet ist, kann der Partikelfilter 16 auch als „Bypass-Partikelfilter“ bezeichnet werden.
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2 zeigt einen Ausschnitt eines Wabenkörpers 4. Zwischen einer ersten Stirnseite 5 und einer zweiten Stirnseite 6 erstrecken sich Kanäle 7, die an der ersten Stirnseite 5 ein erstes Ende 38 und an der zweiten Stirnseite 6 ein zweites Ende 39 aufweisen. Filterkanäle 11 weisen wechselseitig ein verschlossenes Ende 8 und ein offenes Ende 9 auf. Das verschlossene Ende 8 wird hier jeweils durch einen Stopfen 40 gebildet. Keiner der Bypasskanäle 12 weist an der ersten Stirnseite 5 einen Stopfen 40 auf. Alle ersten Enden 38 der Bypasskanäle 12 sind offene Enden 9. Die Bypasskanäle 12 sind gegenüber den Filterkanälen 11 verkürzt. Die Verkürzung ist an der ersten Stirnseite 5 angeordnet. Zwischen den Kanälen 7 befinden sich Trennwände 10, die benachbarte Kanäle 7 voneinander trennen. Diese Trennung ist derart ausgeführt, dass Abgas zwischen benachbarten Kanälen 7 eine Trennwand 10 durchströmen kann. Wie durch Pfeile gekennzeichnet, kann Abgas den Wabenkörper 4 von der ersten Stirnseite 5 zu der zweiten Stirnseite 6 durchströmen. Die Bypasskanäle 12 werden dabei derart durchströmt, dass all jene Bypasskanäle 12 ohne Wand-Filterung des Abgases durchströmt werden, bei denen sowohl das erste Ende 38 als auch das zweite Ende 39 als offenes Ende 9 ausgeprägt ist. Abgas tritt in jene Filterkanäle 11 ein, deren erstes Ende 38 als offenes Ende 9 ausgeprägt ist. Diese Filterkanäle 11 haben ein geschlossenes Ende 8 als zweites Ende 39. Daher kann Abgas nicht aus denjenigen Filterkanälen 11 austreten, in die es hineintritt, sondern das Abgas strömt durch eine Trennwand 10 und tritt durch benachbarte Filterkanäle 11 aus.
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3 zeigt einen Wabenkörper 4, der zylinderförmig ausgeführt ist. Der Wabenkörper 4 weist Filterkanäle 11 und Bypasskanäle 12 auf. Die Bypasskanäle 12 bilden einen inneren Zylinder innerhalb des Wabenkörpers 4. Der Wabenkörper weist eine erste Stirnseite 5 und eine zweiten Stirnseite 6 auf. Alle Filterkanäle 11 weisen ein erstes Ende 38 auf, das in einer ersten Ebene 13 liegt. Die erste Ebene 13 stellt eine Deckelfläche des zylinderförmigen Wabenkörpers 4 dar. Das zweite Ende der Filterkanäle 11 liegt in einer zweiten Ebene 14. Die zweite Ebene 14 stellt eine Bodenfläche des zylinderförmigen Wabenkörpers 4 dar. Das erste Ende aller Bypasskanäle 12 liegt in einer dritten Ebene 15. Die dritte Ebene 15 ist parallel zu der ersten Ebene 13 und der zweiten Ebene 14 ausgerichtet. Die erste Ebene 13, die zweite Ebene 14 und die dritte Ebene 15 sind senkrecht zu den Kanälen 7 ausgerichtet. Das zweite Ende 39 der Bypasskanäle liegt ebenfalls in der zweiten Ebene 14. Die Bypasskanäle 12 sind gegenüber den Filterkanälen 11 verkürzt. Dadurch wird eine Vertiefung 21 gebildet. Diese weist eine umlaufende zerklüftete Wand 23 auf. Außerdem weist die Vertiefung 21 eine Zylinderachse 22 auf, die senkrecht zu der ersten Ebene 13 ausgerichtet ist. Eine Wabenkörperquerschnittsfläche 27 wird gebildet als Schnittfläche zwischen dem Wabenkörper 4 und der dritten Ebene 15. Eine Bypassquerschnittsfläche 28 wird gebildet als Schnittfläche zwischen den Bypasskanälen 12 und der dritten Ebene 15. Die Filterkanäle 11 weisen eine erste Länge 35 auf. Die Bypasskanäle 12 weisen eine zweite Länge 36 auf. Die erste Länge 35 und die zweite Länge 36 bilden eine Längendifferenz 37.
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4 zeigt einen Partikelfilter 16. Dieser weist einen Wabenkörper 4 auf. An einer ersten Stirnseite 5 weist der Wabenkörper 4 Vertiefungen 21 auf. Die Vertiefungen 21 weisen jeweils eine Zylinderachse 22 auf. Die Zylinderachse 22 ist senkrecht zu der ersten Stirnseite 5 des Wabenkörpers ausgerichtet. Die Vertiefungen 21 weisen jeweils eine umlaufende zerklüftete Wand 23 auf.
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5 ist eine schematische Darstellung einer Wabenkörperquerschnittsfläche 27 einer Ausführungsform des Wabenkörpers 4. Die Wabenkörperquerschnittsfläche 27 ist in vier Quadranten 29, 30, 31, 32 unterteilt und weist eine Bypassquerschnittsfläche 28 auf. Um einen Mittelpunkt 18 der Wabenkörperquerschnittsfläche 27 ist ein Kreis 17 eingezeichnet. Der Kreis 17 ist als gepunktete Linie angedeutet. Der Wabenkörper 4 weist Filterkanäle 11 und Bypasskanäle 12 auf. Die Bypassquerschnittsfläche 28 weist vier erste Kreisflächen 24 auf. Jede der ersten Kreisflächen 24 bildet einen Teilbereich 26 der Bypassquerschnittsfläche 28. Die ersten Kreisflächen 24 weisen jeweils einen ersten Kreismittelpunkt 19 auf. Die ersten Kreisflächen 24 sind derart angeordnet, dass die ersten Kreismittelpunkte 19 auf dem Kreis 17 angeordnet sind, wobei entlang des Kreisumfangs des Kreises 17 gemessene Abstände zwischen zwei benachbarten ersten Kreismittelpunkten gleich groß sind für alle ersten Kreisflächen 24. In jedem der vier Quadranten 29, 30, 31, 32 der Wabenkörperquerschnittsfläche ist eine der ersten Kreisflächen 24 angeordnet.
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6 zeigt die ähnliche schematische Darstellung wie 5 für eine weitere Ausführungsform des beschriebenen Wabenkörpers 4. Es wird auf 5 Bezug genommen und lediglich auf die Unterschiede hingewiesen. Im Gegensatz zu 5 weist 6 drei erste Kreisflächen 24 auf. Diese sind wiederum gleichmäßig über den Umfang des Kreises 17 verteilt angeordnet. Mit eingezeichnet ist hier ein erster Durchmesser 33 der ersten Kreisflächen 24. Zusätzlich ist eine zweite Kreisfläche 25 eingezeichnet. Diese weist einen zweiten Kreismittelpunkt 20 auf, der in dieser Ausführungsform mit dem Mittelpunkt 18 der Wabenkörperquerschnittsfläche zusammenfällt. Die zweite Kreisfläche 25 weist einen zweiten Durchmesser 34 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Abgasnachbehandlungsvorrichtung
- 4
- Wabenkörper
- 5
- erste Stirnseite
- 6
- zweite Stirnseite
- 7
- Kanal
- 8
- verschlossenes Ende
- 9
- offenes Ende
- 10
- Trennwand
- 11
- Filterkanal
- 12
- Bypasskanal
- 13
- erste Ebene
- 14
- zweite Ebene
- 15
- dritte Ebene
- 16
- Partikelfilter
- 17
- Kreis
- 18
- Mittelpunkt
- 19
- erster Kreismittelpunkt
- 20
- zweiter Kreismittelpunkt
- 21
- Vertiefung
- 22
- Zylinderachse
- 23
- umlaufende zerklüftete Wand
- 24
- erste Kreisfläche
- 25
- zweite Kreisfläche
- 26
- Teilbereich
- 27
- Wabenkörperquerschnittsfläche
- 28
- Bypassquerschnittsfläche
- 29
- erster Quadrant
- 30
- zweiter Quadrant
- 31
- dritter Quadrant
- 32
- vierter Quadrant
- 33
- erster Durchmesser
- 34
- zweiter Durchmesser
- 35
- erste Länge
- 36
- zweite Länge
- 37
- Längendifferenz
- 38
- erstes Ende
- 39
- zweites Ende
- 40
- Stopfen
