DE3815509A1 - Russabbrennfilter fuer dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußabbrennfilter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Rußabbrennfilter zur Aussonderung von Rußparti­ keln aus den Abgasen von Dieselmotoren und zu deren Verbrennung bestehen üblicherweise aus einem Monolithen aus poröser Keramik, der aus zueinander parallelen dünn­ wandigen Kanälen aufgebaut ist, welche in Strömungsrich­ tung der Abgase gesehen über dessen gesamte Länge durch­ laufen. Diese Kanäle sind abwechselnd jeweils an ihrem stromaufwärtigen bzw. stromabwärtigen Ende verschlossen. Die Kanäle sind dabei häufig nach Art eines Schachbrett­ musters verschlossen bzw. offen, sodaß jeder Kanal ein offenes und ein verschlossenes Ende aufweist. Ein Filter der oben genannten Art ist z.B. aus der DE-OS 32 32 729 bekannt. Das durch die eintrittsseitig offenen Kanäle eintretende Abgas wird, da die gegenüberliegende Seite des Kanals durch keramische Stopfen verschlossen ist, gezwun­ gen, durch die porösen Kanalwände hindurch in die benach­ barten, austrittsseitig offenen Kanäle zu strömen. Dabei sammeln sich die Rußpartikel, die die Kanalwände wegen ihrer Größe nicht passieren können, in den eintrittsseitig offenen Kanälen hauptsächlich in einem zur Austrittsseite hin liegenden Bereich an.

Bei Erreichen der Zündtemperatur und bei ausreichender Sauerstoffkonzentration im Abgas brennen die in der Sammelzone befindlichen Rußpartikel in einer exothermen Reaktion ab. Durch die hierbei auftretenden hohen Tempe­ raturen dehnt sich das Keramikmaterial des Filters aus. Aufgrund des gegenüber dem restlichen Filter höheren Elastizitätsmoduls, d.h. der größeren Steifigkeit, der mit fest sitzenden Stopfen versehenen Ein- bzw. Austrittsseite wirkt diese für den Filter wie eine Einspannung, wodurch der Filterkörper im Rußsammelbereich bei Erwärmung ge­ staucht wird und sich plastisch deformiert. Umgekehrt zieht sich der Filterkörper beim Abkühlen zusammen und gerät dabei, da er durch die Einspannung an einer Verkür­ zung gehindert wird, unter Zugspannung. Aus der bleibenden plastischen Deformation resultiert beim Abkühlen eine Rißbildung in der Ebene zwischen dem mit Stopfen versehe­ nen Filterteil und dem restlichen Filterkörper und damit die Zerstörung des Filters.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Rußabbrennfilter der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß eine Beschädi­ gung des Filters auch bei wiederholtem Erwärmen und Abkühlen des Filterkörpers sicher vermieden wird und die Funktionsfähigkeit des Filters erhalten bleibt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Um eine plastische Deformation des Filterkörpers zu vermeiden, wird die Ein- bzw. Austrittsebene des Filters mit den Verschlußstopfen weniger steif ausgebildet, sodaß sie bei wechselnder thermischer Beanspruchung arbeiten, d.h. sich durchwölben kann. Dieses weichere Verhalten der Ein- und Austrittsebene wird dadurch erreicht, daß die in die Kanäle eingesetzten Stopfen nicht aus dem bisher üblichen keramischem Material bestehen, sondern aus einem Material, das keinen festen Schmelzpunkt, jedoch einen im Bereich der während der Rußverbrennung lokal auftretenden Temperaturen liegenden Schmelzbereich aufweist. Durch dieses Temperaturverhalten werden die Stopfen während der Rußverbrennung weich und können so den Bewegungen des keramischen Filtermaterials folgen, ohne jedoch zu schmel­ zen und die Funktionsfähigkeit des Filters zu beeinträch­ tigen. Ein Reißen des Filtermaterials in der Stopfenebene ist ausgeschlossen. Als geeignetes Material für die Stopfen haben sich dabei Viskosematerialien wie Glaskera­ mik oder Cordieritglas erwiesen, d.h. Materialien mit temperaturabhängiger Viskosität.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise Draufsicht auf einen erfindungs­ gemäßen Filter,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen derartigen Filter.

Fig. 1 zeigt eine teilweise Draufsicht auf einen Filter 1, z.B. von der Austrittsseite der Abgase gesehen. Mit 2 sind die zur Austrittsseite hin offenen Gasaustrittskanäle bezeichnet. Stopfen 3 verschließen an der Austrittsseite des Filters 1 die hier nicht sichtbaren Gaseintrittska­ näle.

Der in Fig. 2 dargestellte Schnitt zeigt den Filter 1 als Monolith aus porösem keramischem Filtermaterial. An der Eintrittsseite 4 des Filters 1 treten die Abgase 5 eines nicht dargestellten Dieselmotors in die Gaseintrittskanäle 6 ein. An der gegenüberliegenden Austrittsseite 7 des Filters 1 sind die Gaseintrittskanäle 6 durch Stopfen 3 verschlossen. Ebensolche Stopfen 3 verschließen die der Eintrittsseite 4 zugewandten Enden der zu den Gasein­ trittskanälen 6 parallel verlaufenden Gasaustrittskanäle 8. Durch die Stopfen 3 an der Austrittsseite 7 des Filters 1 werden die Abgase 5 gezwungen unter Abscheidung der von ihnen mitgeführten Rußpartikel durch die porösen Kanal­ wände von den Gaseintrittskanälen 6 in die Gasaustritts­ kanäle 8 überzugehen. Die bei diesem Übergang abgeschie­ denen Rußpartikel sammeln sich dabei in den Gaseintritts­ kanälen 6 hauptsächlich in einem der Austrittsseite 7 zugewandten Bereich 9 an. Steigt die Temperatur im Filter 1 auf die Zündtemperatur des Rußes an und ist ein zur Rußverbrennung ausreichender Sauerstoffanteil vorhanden, so verbrennen die Rußpartikel in einer exothermen Reak­ tion. Trotz des geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten des keramischen Filtermaterials, z.B. α=1,4*10^-6 für Cordie­ rit, dehnt sich das Filtermaterial infolge der lokalen Erwärmung im Bereich 9 aus. Gleichzeitig werden die Stopfen 3 aufgrund der erhöhten Temperatur weich, ohne jedoch zu schmelzen. Die weichen Stopfen können so den Bewegungen des Filtermaterials bei einer Erwärmung bzw. bei einer Abkühlung folgen, ohne daß eine plastische Verformung des Filtermaterials die Folge ist und wech­ selnde Druck- bzw. Zugspannungen im Filtermaterial auf­ treten, die zu einer hohen Belastung im Bereich der Ebene der Stopfen 3 führen und so eine Rißbildung in diesem Bereich begünstigen.

Materialien für die Stopfen 3, die bei den bei einer Rußverbrennung auftretenden Temperaturen viskos werden, also erweichen ohne zu schmelzen, d.h. Viskose-Materia­ lien, die keinen Schmelzpunkt, sondern einen Schmelzbe­ reich aufweisen, sind glasartige Materialien, wie z.B. Glaskeramik, Cordieritglas, Cordieritglaskeramik bzw. ähnliche Gläser bzw. Glasuren oder Email.

Claims (4)

1. Rußabbrennfilter für Dieselmotoren, bestehend aus einem monolithischen Filterblock aus porösem keramischem Filter­ material mit einer Vielzahl von in Hauptströmungsrichtung der Abgase verlaufenden Kanälen, die wechselseitig durch Stopfen verschlossen sind, um den Abgasdurchtritt durch die Kanalwände zu erzwingen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (3) aus Viskosematerial bestehen.

2. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (3) aus Glaskeramik-Material bestehen.

3. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (3) aus Cordieritglas bestehen.

4. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (3) aus Cordieritglaskeramik bestehen.