DE3920844C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrich­ tung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die US-PS 43 63 644 zeigt eine Abgasnachbehandlungsvor­ richtung in der Form eines Filters aus einem keramischem Trägermaterial mit dieses von der Eingangsseite zur Aus­ gangsseite durchziehenden aus porösem keramischem Filter­ material gebildeten Kanälen.

Durch unterschiedliche Erwärmung über den Querschnitt bzw. über die Länge des Filters kommt es zu Wärmespannungen und wegen der mit steigender Betriebsdauer abnehmenden Festig­ keit des keramischen Materials aufgrund thermischer und mechanischer Belastungen zu Rißbildungen im Filterkörper, der dadurch seine Wirksamkeit verliert. Die auftretenden Wärmespannungen sind direkt von der Bauteilgröße abhängig, so daß eine Verkleinerung der Bauteilgröße zu einer Ver­ minderung der Wärmespannungen führt. Zwar zeigt die US-PS ein Filter, bei der die Bauteilgröße dadurch verringert wurde, daß das die Abgase filternde poröse keramische Material in mehrere einzelne Bauteile unterteilt ist, die durch ein steifes keramisches Trägermaterial voneinander getrennt gehalten werden, jedoch führt diese Ausbildung nicht zu dem gewünschten Effekt einer Verringerung der Wärmespannungen, da die Grenzflächen der einzelnen Bau­ teile an einer Bewegungsmöglichkeit durch das Trägermate­ rial behindert sind.

Auch die US-PS 35 97 165 befaßt sich mit einer Abgasreinigungsvorrichtung bestehend aus einem in einem Filtergehäuse angeordneten monolithischen Keramikkörper, welcher aus einzelnen benachbarten Segmenten aufgebaut ist, die in axialer Richtung von einem Stützelement getragen sind. Durch die Aufteilung des Keramikkörpers in diese Segmente und die damit verbundene Verkleinerung der Bauteilgröße können Wärmespannungen verringert werden. Diese einzelnen Segmente sind jedoch unbeweglich zueinander und zum Gehäuse gehalten, so daß eine Bewegungsmöglichkeit der einzelnen Segmente untereinander und in Bezug auf das Gehäuse ausgeschlossen ist. Die fehlende Bewegungsmöglichkeit erhöht jedoch wieder die Gefahr von Rißbildungen im Keramikkörper aufgrund der Wärmespannungen.

Auch bei der in der DE-OS 25 15 732 beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung sind einzelne Reinigungselemente vorgesehen, die in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet sind. Von Nachteil bei dieser Anordnung ist jedoch die starke radiale Pressung der Reinigungselemente durch das sie umgebende Gehäuse, wodurch wiederum die Bewegungsmöglichkeit stark eingeschränkt wird und die oben erwähnten Rißbildungen durch Wärmespannungen auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Abgasnachbehand­ lungsvorrichtung der genannten Art so auszubilden, daß die in ihr auftretenden Wärmespannungen verringert werden und eine Rißbildung im Filterkörper verhindert wird.

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

Ein der Abgasnachbehandlung dienender monolithischer Keramikkörper ist in einzelne benachbarte Segmente unterteilt, die lose mit einem Zwischenraum zwischen den einzelnen Segmenten angeordnet sind. Bei der Herstellung des Keramik­ körpers werden diese Zwischenräume zur Montage mit einem Bindematerial gefüllt, so daß der Keramikkörper als Ganzes gehandhabt und montiert werden kann. Im Betrieb wird die­ ses Bindematerial z. B. durch Verbrennung zerstört, so daß die einzelnen Segmente an ihren Grenzflächen beweglich bleiben und sich somit auch keine Wärmespannungen aufbauen können. Die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungsvorrichtung wird somit erhöht und ihre Wirksamkeit bleibt auch nach längerer Betriebszeit noch erhalten. Die im Gehäuse der Abgasnachbehandlungseinheit gehaltenen Segmente stützen sich in Abgasströmungsrichtung an einem Stützelement ab, welches der Umfangsform des Ke­ ramikkörpers angepaßt ist und welches Stützstreben auf­ weist, die die Zwischenräume zwischen den Segmenten in Abgasströmungsrichtung verschließen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an­ hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Keramikkörper einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehand­ lungsvorrichtung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch besagte Vorrichtung gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 ein Stützelement für ein Segment besagter Abgasnachbehandlungsvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Keramikkörper 1 einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsvorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Rußfilter bekannter Art aus einem monolithischen Keramik­ körper 1, der von seiner Eingangsseite zu seiner Ausgangs­ seite von Kanälen 2 durchzogen ist, die wechselseitig mit gasdichten Stopfen 3 verschlossen sind. Die in die eingangsseitig offenen Kanäle eintretenden Abgase einer Brennkraftmaschine durchströmen den Filter und sind ge­ zwungen, da die Austrittsseite der Kanäle durch die Stop­ fen 3 verschlossen ist, durch die porösen Zwischenwände zwischen den Kanälen von den eingangsseitig offenen in die ausgangsseitig offenen Kanäle unter Ausfilterung von Par­ tikeln überzuströmen. Die gereinigten Abgase verlassen anschließend den Keramikkörper 1 an seiner Ausgangsseite. Durch die unterschiedliche Temperaturverteilung der Abgase über den Querschnitt des Keramikkörpers 1 kommt es zu Wär­ mespannungen innerhalb des Keramikkörpers, die - insbeson­ dere bei einer durch längeren Betrieb auftretenden Versprö­ dung des Keramikkörpers 1 - zu Rißbildungen im Keramikkör­ per 1 führen. Die Wärmespannungen sind direkt von der Bau­ teilgröße abhängig. Zur Verringerung der Wärmespannungen ist daher der Keramikkörper 1 in mehrere kleinere Segmente 4 unterteilt, die aus Gründen der Einfachheit hier nicht vollständig mit allen Kanälen 2 und Stopfen 3 dargestellt sind, deren Aufbau jedoch identisch ist. Zwischen den ein­ zelnen Segmenten 4 befindet sich ein Zwischenraum 5, der es den Segmenten 4 ermöglicht, sich unter der Wärmeeinwir­ kung auszudehnen. Durch diese Bewegungsmöglichkeit der Segmente 4 an ihren Grenzflächen können die auftretenden Wärmespannungen ohne Schaden für das Keramikmaterial abge­ baut werden. Zur Lagerung und zur Montage eines derartigen Filters sind die Zwischenräume 5 mit einem die Segmente 4 untereinander verbindenden Bindematerial ausgefüllt. Die­ ses Bindematerial kann z. B. so beschaffen sein, daß es unter der Temperatureinwirkung während des Betriebs des Filters verbrennt, so daß die Bewegungsfähigkeit der Seg­ mente 4 nach dem Einbau gewährleistet ist.

In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Abgasnachbehand­ lungsvorrichtung im Längsschnitt gemäß Schnittlinie II-II aus Fig. 1 zu sehen. In einem Gehäuse 6, das an seiner Eingangsseite einen Anschlußflansch 7 und an seiner Aus­ gangsseite einen weiteren Anschlußflansch 8 zum Anschluß an das Abgasleitungssystem einer Brennkraftmaschine auf­ weist, ist der in Fig. 1 beschriebene Keramikkörper an­ geordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur in die aus Fig. 1 bekannten Segmente 4 unterteilt ist, son­ dern zusätzlich noch in die durch einen Pfeil 9 ange­ deuteten Abgasströmungsrichtung hintereinander liegenden Segmente 10. Zum Gehäuse 6 hin sind diese Segmente 10 durch eine eine äußere Fassung bildende, einfachheitshal­ ber nur auf einer Seite des Gehäuses 6 dargestellte Dich­ tung 11 abgedichtet, die zusammen mit der die Segmente 10 umgebenden Fassung 12 dafür sorgt, daß keine Abgase unge­ filtert an den Segmenten 10 vorbeiströmen können. Durch die Hintereinanderanordnung von mehreren Segmenten 10 ist gewährleistet, daß auch bei einer aus Wärmespannungsgrün­ den gewählten geringen Länge der Segmente 10 die gesamte Filterwirkung ausreichend bleibt. Selbst bei einem Ausfall eines Segmentes 10 fällt auf diese Weise nicht die gesamte Abgasnachbehandlungsvorrichtung aus. Der Aufbau der ein­ zelnen Segmente 10 aus mehreren Segmenten 4 ist aus Fig. 1 bekannt, so daß hier die Kanäle 2 mit den sie wechsel­ seitig verschließenden Stopfen 3 nur teilweise angedeutet sind. Mit Pfeilen 13 ist dabei der Verlauf der Abgase durch ein einzelnes Segment 10 gezeigt. Der am Beispiel des in Abgasströmungsrichtung liegenden ersten Segmentes 10 gezeigte Aufbau gilt selbstverständlich auch für die übrigen Segmente 10. Jedes dieser Segmente 10 wird in axialer Richtung von einem Stützelement 14 getragen.

Ein solches Stützelement 14 ist in der Fig. 3 in seiner Vorderansicht gezeigt. Das Stützelement 14 wird aus einem der Umfangsform der Segmente 10 entsprechenden Trägerteil 15 gebildet, der in diesem Ausführungsbeispiel ringförmig ausgebildet ist. Die Abstützung der einzelnen Segmente 4 in axialer Richtung wird dabei von vom Trägerteil 15 aus­ gehenden Stützstreben 16 übernommen, die derart angeordnet sind, daß sie zusätzlich zu ihrer Stützfunktion auch noch die in Fig. 1 gezeigten Zwischenräume 5 zwischen den Seg­ menten 4 abschließen und somit ein Durchströmen von unge­ filtertem Abgas durch diese Zwischenräume 5 des Segments 10 verhindern.

Die Erfindung ist keinesfalls auf einen in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel beschriebenen Rußfilter beschränkt, sondern läßt sich auch in analoger Weise bei einem Katalysator zur Nachbehandlung gasförmiger Schadstoffe im Abgas einer Brennkraftmaschine einsetzen.

Claims (6)

1. Abgasnachbehandlungsvorrichtung bestehend aus einem monolithischen Keramikkörper, der vom Abgas einer Brenn­ kraftmaschine von einer Eingangsseite zu einer Ausgangs­ seite durchströmt wird, wobei der Keramikkörper in einzelne benachbarte Segmente unterteilt ist, die in axialer Richtung von einem Stützelement getragen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (4, 10) mit einem Zwischenraum (5) lose voneinander angeordnete sind und daß das Stützelement (14) als ein der Umfangsform des Keramikkörpers (1) angepaßtes Trägerteil (15) mit die Zwischenräume (5) zwischen den einzelnen Segmenten (4) abschließenden Streben (16) ausgebildet ist.

2. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (1) in in Abgasströmungsrichtung hintereinander liegende Segmente (10) unterteilt ist.

3. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikkörper (1) in in Abgasströmungsrichtung verlaufende Segmente (4) unterteilt ist.

4. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (5) zwischen den einzelnen Segmenten (4) mit einem die Segmente (4) des Keramikkörpers (1) zur Montage verbindenden Bindematerial ausgefüllt ist.

5. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein Rußfilter ist.

6. Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasnachbehandlungsvorrichtung katalytisch wir­ kend ist.