DE3806324C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Rußabbrennfilter für Diesel
motoren, bestehend aus einem porösen, keramischen Filter
material mit dieses durchziehenden Gaskanälen.
Filter der genannten Art zur Absonderung von festen Ver
brennungsrückständen, wie Rußpartikeln, aus den Abgasen
einer Brennkraftmaschine sind allgemein bekannt (vgl.
Automobil Revue Jg. 82, Nr. 44 vom 29.10.1987, Seite 41 ff).
Es handelt sich dabei üblicherweise um monolithische Filter
blöcke aus gasdurchlässigem, porösen Keramikmaterial, wie
z.B. Cordierit. Dieser Keramikkörper wird in seiner Längs
richtung von geraden, parallel zueinander verlaufenden
Kanälen durchzogen. Ein Teil dieser Kanäle ist nur zur
Motorseite hin offen, während der andere Teil nur Öffnun
gen zur Auspuffseite hin aufweist. Die Anordnung dieser
zwei genannten Abgaskanalarten ist dabei so gewählt, daß
immer Kanäle verschiedener Art benachbart sind. Die die
motorseitigen Kanäle durchströmenden, rußhaltigen Abgase
treten durch die porösen Kanalwände in die benachbarten
auspuffseitigen Kanäle unter Ablagerung der Rußpartikel
über und verlassen über diese Kanäle das Filtersystem in
Richtung zum Auspuff. Ein längerer Betrieb bei niedrigen
Drehzahlen und dementsprechend niedrigen Abgastemperaturen
verstopft das Filter durch die Rußpartikel in immer
stärkerem Maße, ohne daß eine Regenerierung des Filters
durch Oxidation der Rußpartikel dabei möglich ist. Dies
hat einen höheren Abgasgegendruck zur Folge, der insbe
sondere die Starteigenschaften und das Motorverhalten in
der Warmlaufphase beeinträchtigt. Ein hoher Abgasgegen
druck verschlechtert außerdem das Ansprechverhalten eines
eventuell eingesetzten Abgasturboladers.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rußabbrennfilter zu
schaffen, das auch bei hoher Rußkonzentration bei einem
möglichst geringen Abgasgegendruck ein Abbrennen des
Rußes ohne zusätzliche Einrichtungen ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen
aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
Der erfindungsgemäße Filter ist derart
ausgestaltet, daß die ihn mäanderförmig durchziehenden Abgaskanäle
an ihren Außenbögen sich
jeweils in Längsrichtung zur Abströmseite des Fil
ters hin erstreckende Blindkanäle verzweigen. An den Außenbögen der
Abgaskanalwindungen werden feste Bestandteile, wie Rußpar
tikel, infolge ihrer Masse wegen der von ihnen beschrie
benen Kurvenbahn aus dem Abgasstrom abgeschieden und ge
langen aufgrund der Fliehkräfte in die Blindkanäle, in
denen sie gesammelt werden. Sobald eine für eine Oxidation
der Rußpartikel erforderliche Abgastemperatur erreicht
wird, entzünden sich die Rußpartikel in den Blindkanälen.
Benachbart zu den Blindkanälen, z.B. gerade gestreckt und
parallel zu ihnen verlaufend, sind Abfuhrkanäle im Filter
vorgesehen. Das bei der Oxidation der Rußpartikel in den
Blindkanälen entstehende Restgas gelangt durch die poröse
Trennwand in die an der Abströmseite offenen Abfuhrkanäle.
Auf diese Weise treten an der Abströmseite des Filters
einerseits das durch die mäanderförmigen Abgaskanäle strömende
Abgas und andererseits das bei der Oxidation der Rußpartikel
in den Blindkanälen entstandene durch die Abfuhrkanäle trans
portierte Restgas aus.
Um die Oxidation der Rußpartikel trotz der bei Dieselmotoren
niedrigen Abgastemperaturen zu fördern, kann auf die Ober
fläche der Blindkanäle vorzugsweise eine katalytische
Beschichtung aufgebracht werden.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß wegen der
durchgehenden Abgaskanäle auch bei hoher Rußbelastung des
Filters ein niedriger Abgasgegendruck erzielt werden kann.
Niedrige Abgasgegendrücke sind aber für ein einwand
freies Startverhalten und Betriebsverhalten während der
Warmlaufphase erforderlich. Außerdem begünstigen niedrige
Abgasgegendrücke das Ansprechverhalten von eventuell verwen
deten Abgasturboladern, die auf Gegendrücke empfindlich
reagieren.
Um einen für den Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichen
den Gesamtströmungsquerschnitt der Kanäle im Filter zu er
halten, müssen die vorstehend beschriebenen Kanalanord
nungen in entsprechender Anzahl neben- und übereinander
angeordnet werden.
Eine Möglichkeit ein solches Filter auszuführen, besteht
darin, es aus mehreren Filterelementen aufzubauen. Ein
Filterelement umfaßt dabei die Anordnung mehrerer Abgas
kanäle mit den zugeordneten Blind- und Abfuhrkanälen in
einer Ebene nebeneinander. Das gesamte Filter besteht so
mit aus einer Schichtung solcher einzelnen Filterelemente,
die durch Deckplatten voneinander getrennt werden. Die Ver
bindung der Filterelemente und Deckplatten zu einem fer
tigen Filter kann z.B. durch Sintern erfolgen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an
hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Filter
element,
Fig. 2 den Aufbau eines Filters aus den ein
zelnen Filterelementen.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch
ein Filterelement 1 zu sehen. Ein solches Filterelement 1
besteht aus porösem keramischem Filtermaterial 2, das
von mäanderförmigen Abgaskanälen 3 von der Zuströmseite
zur Abströmseite durchzogen wird. An den Außenbögen der
Abgaskanäle 3 zweigen jeweils Blindkanäle 4 ab, die
mit einer katalytischen Beschichtung zur Senkung der Zünd
temperatur von Rußpartikeln versehen sein können. In dem
hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die
Blindkanäle 4 in Längsrichtung des Filterelementes 1 an
geordnet und parallel zu ihnen verlaufen die nur zur Ab
strömseite hin offenen Abfuhrkanäle 5. Selbstverständlich
sind auch noch andere Verläufe für diese Kanäle vorstellbar,
dabei sollten jedoch Blindkanäle 4 und Abfuhrkanäle 5 vor
zugsweise äquidistant über einen möglichst großen Bereich
verlaufen. Von einer Brennkraftmaschine kommendes, feste
Verbrennungsrückstände, wie z.B. Rußpartikel, enthaltendes
Abgas 6 strömt durch die Abgaskanäle 3. Die Rußpartikel
im Abgas durchströmen mit diesem die Windungen der Abgas
kanäle 3. Dabei müssen sie eine Kurvenbahn beschreiben.
Infolge ihrer gegenüber dem Gas größeren Masse gelangen sie
aufgrund von Fliehkräften in die von den Außenbögen der
Abgaskanäle 3 abzweigenden Blindkanäle 4 und werden dort
gesammelt. Auf diese Weise bleiben die Abgaskanäle 3 weit
gehend frei von festen Verbrennungsrückständen und können
daher auch keinen durch Verstopfen verursachten erhöhten
Abgasgegendruck aufbauen.
Durch eine katalytische Beschichtung der Blindkanäle 4
entzünden sich die dort gesammelten Rußpartikel schon bei
niedrigeren Temperaturen, als dies ohne Katalysator der
Fall wäre. Dies ist vor allen Dingen wichtig bei Diesel
motoren, da eine Entzündung der Rußpartikel wegen der
niedrigen Abgastemperaturen von Dieselmotoren nicht ohne
äußere Einflußnahme möglich ist. Hat eine Zündung einmal
stattgefunden, so wird der Oxidationsvorgang weiter auf
rechterhalten durch die bei der Verbrennung der Rußpartikel
freiwerdende Energie. Die bei der Oxidation entstehenden
Restgase 8 gelangen durch die zwischen Blindkanälen 4 und
Abfuhrkanälen 5 liegende, aus dem porösen Filtermaterial
2 bestehende, Trennwand in die Abfuhrkanäle 5 und verlassen
durch diese das Filter. Die durch die Abgaskanäle 3 strömen
den Gase verlassen auf der Abströmseite das Filter als von
festen Verbrennungsrückständen gereinigtes Abgas 7.
Die Fig. 2 zeigt beispielhaft den Aufbau eines solchen
Filters aus einzelnen Filterelementen 1. Ein einzelnes
solches Filterelement 1 besteht aus einer Platte von po
rösem keramischem Filtermaterial 2. In diese Platte ist
eine Anzahl von nebeneinander liegenden Abgaskanälen 3,
in dieser Figur nicht sichtbaren Blindkanälen 4 und Abfuhr
kanälen 5 eingebracht. Diese Kanäle können schon bei einer
gießtechnischen Herstellung der einzelnen Filterelemente 1
eingebracht werden, oder auch erst durch nachträgliches Ein
fräsen in das Filterelement 1 hergestellt werden.
Zur Erzielung eines ausreichenden Gesamtströmungsquer
schnitts für das Rußfilter wird eine entsprechende Anzahl
von einzelnen Filterelementen 1 übereinander angeordnet.
Dabei erfolgt jeweils eine Trennung der einzelnen Filter
elemente voneinander durch Einbringen von Deckplatten 9.
Die Verbindung aller Filterelemente 1 und Deckplatten 9 zu
einem fertigen Filter kann dann z.B. durch Sintern erfolgen.
Claims (4)
1. Rußabbrennfilter für Dieselmotoren, bestehend aus einem
porösen, keramischen Filtermaterial mit dieses mäanderförmig
von der Zuströmseite zur Abströmseite durchziehenden
Abgaskanälen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abgaskanäle (3) an ihren Außenbögen abzweigende
Blindkanäle (4) aufweisen und diesen Blindkanälen (4) benachbarte
zur Abströmseite hin offene Abfuhrkanäle (5)
zugeordnet sind.
2. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Blindkanäle (4) sich in Richtung zur Abströmseite
hin erstrecken.
3. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abfuhrkanäle (5) parallel zu den Blindkanälen (4)
verlaufen.
4. Rußabbrennfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Filter aus einzelnen, schichtweise übereinander
angeordneten und durch Deckplatten (9) voneinander getrennten
Filterelementen (1) besteht, wobei die Filterelemente
(1) und die Deckplatten (9) durch Sintern miteinander ver
bunden sind.
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