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Die
Erfindung betrifft einen Abgaspartikelfilter zum Entfernen von in
dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, etwa eines Dieselmotors,
enthaltenen Partikeln, umfassend einen in einem Gehäuse angeordneten
und aus wechselweise endverschlossenen Filtertaschen aufgebauten
Filterkörper.
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In
dem Abgasstrang von Brennkraftmaschinen, vor allem von Dieselmotoren,
sind Abgaspartikelfilter eingebaut, durch die der Abgasstrom zur
Reduzierung einer Partikelemission geführt wird. Die Abgaspartikelfilter
dienen bei Dieselmotoren vor allem zum Beseitigen von in dem Abgasstrom
enthaltenen Rußpartikeln.
Zum Entfernen der sich über
die Zeit auf der Filteroberfläche
ablagernden Rußpartikel werden
die Filter durch Generierung eines Rußabbrandes regeneriert. Die
Filter, insbesondere die Filterkörper,
müssen
daher nicht nur den Temperaturen des Abgasstromes sondern auch den
bei einem Rußabbrand
entstehenden Temperaturen standhalten. Dieselpartikelfilter werden
für sich
alleine oder auch im Rahmen eines zur Reinigung des Abgasstromes konzipierten
CRT-Systems oder eines SCRT-Systems eingesetzt.
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Derartige
Abgaspartikelfilter sind in axialer Richtung durchströmte Filter.
Zu diesem Zweck ist der Filterkörper
in einem Gehäuse
aufgenommen, wobei zwischen der Innenwand des Gehäuses und der
Mantelfläche
des Filterkörpers üblicherweise
ein Ringspalt belassen ist, um auch eine radiale Anströmung des
Filterkörpers
zu ermöglichen.
Ist ein solcher Abgaspartikelfilter in den Abgasstrang einer Dieselbrennkraftmaschine
eingeschaltet, lagern sich auf der Filteroberfläche des Filterkörpers mit
der Zeit die im Abgasstrom mitgeführten Partikel, insbesondere
Rußpartikel
ab. Um eine bestimmungsgemäße Benutzung
des Abgaspartikelfilters auch über
längere
Zeiträume
hinweg zu gewährleisten,
wird der Filterkörper
durch den vorbeschriebenen Rußabbrand regeneriert.
Eine solche Regeneration bzw. ein Auslösen des Rußabbrandes erfolgt fahrerunbemerkt
aktiv oder auch passiv, je nachdem wie das Abgasreinigungssystem
konzipiert ist. Unterbleibt eine Filterregeneration, erhöht sich
naturgemäß der Abgasgegendruck,
was sich zunächst
nachteilig auf die Motorleistung auswirkt. Bei besonders stark rußbeladenem Filterkörper kann
es jedoch vorkommen, dass der dadurch verursachte Abgasgegendruck
so hoch ist, dass der Dieselmotor ausgeht oder nach einem Ausstellen
aufgrund des hohen Abgasgegendruckes nicht mehr anspringt. Auch
wenn bei aktiven Abgasreinigungssystemen, bei denen eine Filterregeneration
in Abhängigkeit
von der aktuellen Rußbeladung vorgenommen
wird, grundsätzlich
detektierbar ist, wenn ein solcher Rußabbrand ausbleibt und dementsprechend
ein Warnsignal regeneriert werden könnte, kann es auch bei einem
solchen Abgasreinigungssystem bei einem Defekt der Warneinrichtung
dazu kommen, dass der Filter einen solchen Beladungsgrad aufweist,
dass die Gefahr besteht, dass der Dieselmotor nicht mehr gestartet
werden kann. Eine solche Situation ist unabhängig von dem eingesetzten Abgasreinigungssystem
nur schwer hinnehmbar, da ein Eingriff in den Abgasstrang nicht
ohne weiteres möglich
ist.
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Ausgehend
von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher
die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten, gattungsgemäßen Abgaspartikelfilter
dergestalt weiterzubilden, dass unabhängig von dem Abgasreinigungssystem, in
das der Abgaspartikelfilter eingebunden ist, der zu dem vorbekannten
Stand der Technik aufgezeigte Nachteil vermieden, zumindest jedoch
weitgehend reduziert ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Abgaspartikelfilter der eingangs genannten Art gelöst, bei
dem der Filterkörper
einen die Schmutzseite mit der Sauberseite verbindenden Bypass mit einem
dem Bypass zugeordneten Filter aufweist, wobei der durch den Bypassfilter verursachte
Abgasgegendruck geringer ist als der durch die übrige Filteroberfläche des
Filterkörpers
verursachte.
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Bei
diesem Abgaspartikelfilter verfügt
der Filterkörper über einen
Bypass, durch den die Schmutzseite mit der Sauberseite verbunden
ist. Dem Bypass ist ein Filter zugeordnet, dessen Filtereigenschaften sich
von den Filtereigenschaften der übrigen
Filteroberfläche
des Filterkörpers
unterscheidet, und zwar hinsichtlich des jeweils verursachten Abgasgegendruckes.
So wird durch den Bypassfilter ein geringerer Abgasgegendruck verursacht
als durch die übrige Filteroberfläche des
Filterkörpers.
Dieses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Porosität des Bypassfilters
größer ist
als diejenige der übrigen
Filteroberfläche.
Der Bypass dient dem Zweck, eine Wegsamkeit für das von der Brennkraftmaschine,
beispielsweise dem Dieselmotor ausgestoßene Abgas insbesondere dann
durchzulassen, wenn die übrige
und eigentliche Filteroberfläche
des Filterkörpers
durch eine übermäßige Rußbeladung
eine bestimmungsgemäße Filterung
beeinträchtigt
und diese Filteroberfläche
somit quasi blockiert ist. Der Bypassfilter dient dabei dem Zweck,
auch das durch den Bypass strömende
Abgas in einem gewissen Umfange zu filtern und zumindest einen Anteil
der im Abgas mitgeführten
Partikel aus diesem zu entfernen.
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Der
Bypass des Filterkörpers
kann beispielsweise durch eine Vielzahl von Durchbrechungen der Filterwände ausgebildet
sein. Diese befinden sich zweckmäßigerweise
zusammengefasst in einem Abschnitt des Filterkörpers. Dann können diese
gemeinsam durch einen Filtermaterialstreifen, der den Bypassfilter
darstellt, abgedeckt sein.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn sich der Bypass in einem Bereich
des Abgaspartikelfilters befindet, der primär durch den Abgasstrom nur
untergeordnet angeströmt
wird. Dieses ist der Fall, wenn sich der Bypass unmittelbar im Bereich
des abströmseitigen
Abschlusses des Filterkörpers
befindet. Bei einem Betrieb der Abgasreinigungsanlage mit bestimmungsgemäßer Regeneration
des Filterkörpers strömt in aller
Regel nur ein kleiner, kaum nennenswerter Anteil des Abgases durch
den Bypass. Erst wenn die Rußbeladung
des Filterkörpers
zunimmt, wird zunehmend mehr Abgas durch den einen geringeren Abgasgegendruck
verursachenden Bypass geführt. Überdies
bleiben die rußbeladenen Bereiche des
Filterkörpers
bei einer Anordnung des Bypasses im Bereich des abströmseitigen
Abschlusses des Filterkörpers
durch das Abgas angeströmt,
so dass je nach Ausgestaltung des Abgasreinigungssystems über dieses
ein Rußabbrand
zur Regeneration des Filterkörpers
ausgelöst
werden kann. Der Bypass wird demnach zweckmäßigerweise bezüglich seiner Durchbrechungen
und der Konzeption seines Filters sowie hinsichtlich seiner Anordnung
im Filterkörper so
ausgebildet, dass bei unbeladenem oder nur gering beladenem Filterkörper möglichst
wenig Abgas durch den Bypass strömt.
Ist dagegen der Filterkörper
zu einem höheren
Grad rußbeladen,
strömt
mehr Abgas durch den Bypass. Ist der Filterkörper durch den Ruß blockiert,
strömt
das gesamte Abgas durch den Bypass. Dem Bypass kommt bei Einhaltung
der vorbeschriebenen Bedingungen somit die Funktion eines passiven
Ventils zu, wobei die Unterschiede hinsichtlich der Durchströmbarkeit
des Bypasses bzw. der Filteroberfläche zur Passivregelung benutzt werden.
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Dieser
Abgaspartikelfilter, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
einen Filterkörper aufweist,
dessen Filtertaschen aus einem Sintermetallfiltermaterial gebildet
sind, erhöht
nicht nur die Betriebssicherheit einer Brennkraftmaschine, insbesondere
eines Dieselmotors, sondern eignet sich vor allem auch für eine Nachrüstung vorhandener
Systeme, ohne dass zur Erhöhung
der Betriebssicherheit aktive Elemente wie Sensoren und dergleichen
eingesetzt werden müssten.
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Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematisierte Darstellung
eines axial durchströmten
Abgaspartikelfilters mit einem Bypass und
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2 eine vergrößerte Längsschnittdarstellung
im Bereich des Bypasses des Filterkörpers der 1.
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Ein
Abgaspartikelfilter 1 umfasst einen Filterkörper 2,
der aus einer Vielzahl einzelner Filtertaschen 3, 3' gebildet ist.
Die Filtertaschen 3 sind anströmseitig und die Filtertaschen 3' abströmseitig
offen. Die Filtertaschen 3, 3' ausbildenden Filtertaschenwände 4 sind
aus einem Sintermetallstreifen hergestellt. Die Filtertaschen 3, 3' verjüngen sich
jeweils in entgegengesetzten Richtungen und sind jeweils endseitig
verschlossen, um die Schmutzseite von der Sauberseite des Filterkörpers 2 zu
trennen. Die Hauptströmungsrichtung
des Abgasstromes ist durch Blockpfeile in der 1 kenntlich gemacht, wodurch deutlich
wird, dass der Filterkörper 2 axial durchströmt ist.
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Der
Filterkörper 2 ist
in ein Gehäuse 5 eingesetzt,
dessen Innenwand von der Mantelfläche des Filterkörpers 2 unter
Belassung eines Ringspaltes 6 beabstandet ist. Infolge
des Ringspaltes 6 wird der Filterkörper 2 in einem gewissen
Maße auch
radial vom Abgas angeströmt.
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Im
Bereich des abströmseitigen
Abschlusses des Filterkörpers 2 ist
ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneter Bypass
vorgesehen. Der Bypass 7 wird gebildet durch in jede Filterwand 4 im
Bereich der Umfangsfläche
des Filterkörpers 2 eingebrachte
Durchbrechungen 8, durch die die Schmutzseite mit der Sauberseite
des Filterkörpers 2 unmittelbar
verbunden wird. Die Durchbrechungen sind zusammengefasst in einem
den Bypass 7 definierenden Abschnitt des Filterkörpers 2 angeordnet.
Eingangsseitig ist der Bereich des Bypasses 7 des Filterkörpers 2 mit
einem als Tiefenfilter wirkenden Faservliesstreifen 9 abgedeckt.
Der Faservliesstreifen 9 stellt einen Bypassfilter dar,
damit durch die Durchbrechungen 8 des Bypasses 7 nicht
ungereinigtes Abgas hindurchtritt. Die Filtereigenschaften des als Bypassfilter
eingesetzten Faservlieses 9 unterscheiden sich von den
Filtereigenschaften der Taschenwände 4 hinsichtlich
des jeweils verursachten Abgasgegendruckes. Der durch das Faservlies 9 verursachte
Abgasgegendruck ist wesentlich geringer als der durch die Filtertaschenwände 4.
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Die
Ausbildung des Bypasses 7 des Filterkörpers 2 ist vergrößert der 2 entnehmbar. Diese Figur
zeigt einen Schnitt durch eine Filtertaschenwand 4 und
zeigt somit einen Einblick in eine abströmseitig offene Filtertasche 3'. Durch den
Faservliesstreifen 9 sind die Durchbrechungen 8 des
Bypasses 7 eingangsseitig abgedeckt, so dass das durch den
Bypass 7 strömende
Abgas durch das Faservlies 9 gefiltert aus den abströmseitig
offenen Durchbrechungen 8 ausströmt.
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Die
Anordnung des Bypasses 7 im Bereich des abströmseitigen
Abschlusses des Filterkörpers 2 und
somit im hintersten Abschnitt des Ringspaltes 6 macht deutlich,
dass bei einem unbeladenen oder nur einem wenig mit Ruß beladenem
Filterkörper 2 das
Abgas durch diesen außerhalb
des Bypasses 7 hindurchtritt und somit durch den Bypassfilter
geringer gereinigtes Abgas nur mit einem untergeordneten, kaum nennenswerten
Anteil hindurchströmt.
Erst wenn der übrige
Teil des Filterkörpers 2 stärker mit Ruß beladen
ist, wird das Abgas mehr und mehr den Bypass 7 durchströmen, solange
bis der Filterkörper 2 durch
einen Rußabbrand
regeneriert worden ist.
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Aus
der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, dass in Abhängigkeit
von dem durch den Bypass 7 bereitgestellten Abgasgegendruck
der den Bypass 7 durchströmende Anteil des Abgases in
Abhängigkeit
von der Rußbeladung
des übrigen
Filterkörpers 2 vorgegeben
werden kann.
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In
den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt,
bei dem in dem Gehäuse
ein einziger Filterkörper
angeordnet ist. Für
den Fall, dass in einem solchen Gehäuse mehrere Filterkörper, beispielsweise
ein solcher, wie in den Figuren dargestellt und in einer radialen
Anordnung dazu mehrere Satellitenfilterkörper vorgesehen sind, ist es
zweckmäßig, auch diese
im Bereich ihres abströmseitigen
Abschlusses jeweils mit einem Bypass - wie beschrieben – auszurüsten.
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- 1
- Abgaspartikelfilter
- 2
- Filterkörper
- 3,
3'
- Filtertasche
- 4
- Taschenwand
- 5
- Gehäuse
- 6
- Ringspalt
- 7
- Bypass
- 8
- Durchbrechung
- 9
- Faservlies,
Faservliesstreifen