DE3923985C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußabbrennfilter nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Rußabbrennfilter bestehen üblicherweise aus einem Mono­ lithen aus poröser Keramik, der aus zueinander parallelen dünnwandigen Kanälen aufgebaut ist, welche in Strömungs­ richtung der Abgase einer Brennkraftmaschine gesehen über dessen gesamte Länge durchlaufen. Diese Kanäle sind ab­ wechselnd jeweils an ihrem stromaufwärtigen oder stromab­ wärtigen Ende verschlossen. Die Kanäle sind dabei häufig nach Art eines Schachbrettmusters verschlossen bzw. offen, so daß jeder Kanal ein offenes und ein verschlossenes Ende aufweist. Ein derartiger Filter ist z.B. aus der EP 02 77 012 A1 bekannt. Bei Durchleiten der Abgase durch einen derar­ tigen Filter werden diese gezwungen, nachdem sie in die einlaßseitig offenen Kanäle eingetreten sind, durch die porösen Trennwände zwischen den Kanälen hindurch in die auslaßseitig offenen Kanäle zu strömen. Dabei sammeln sich Rußpartikel, die die Trennwände nicht passieren können, an den Trennwänden der stromaufwärts offenen Kanäle an. Bei Erreichen einer bestimmten Entzündungstemperatur, die durch den Einsatz einer katalytischen Beschichtung der Trennwände gesenkt werden kann, sowie bei einer ausrei­ chenden Sauerstoffkonzentration brennt der angesammelte Ruß ab und der Filter ist regeneriert. Da die Rußpartikel sich hauptsächlich im Bereich vor den stromabwärtigen Stopfen ansammeln und dieser Bereich bei einem Freibrennen daher thermisch auch hoch belastet ist, ist bei der EP 02 77 012 A1 vorgesehen, die Trennwände zwischen den Kanälen in diesem Bereich mittels einer zusätzlichen Beschichtung aus porösem Keramikmaterial gasundurchlässiger zu machen als im übrigen Bereich. Auf diese Weise sammeln sich wegen des erhöhten Strömungswiderstandes in diesem Bereich und des dadurch verringerten Abgasstromes auch weniger Partikel an und die Wärmebelastung beim Abbrennen kann gesenkt werden.

Von Nachteil ist, daß bei dieser Anordnung die Trennwände und Stopfen aufgrund des immer noch vorhandenen Abgasstro­ mes im Bereich vor den Stopfen durch im Abgas mitgeführte, nicht verbrannte Partikel einem mechanischen Abrieb unter­ liegen, der insbesondere an der Verbindungsstelle zwischen Trennwänden und Stopfen auftritt.

Desweiteren entstehen im genannten Bereich durch die Ein­ lagerung von Stoffen mit hohem Ausdehnungskoeffizienten in die Filterwand bei Temperaturwechseln mechanische Spannun­ gen zwischen Wand und Stopfen, die zu Zerstörungen am Fil­ ter führen können. Außerdem können Einlagerungen in der Filterwand eine chemische Reaktion mit dem Keramikmaterial und daraus resultierende Werkstoffveränderungen verursa­ chen.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Reaktionswär­ me beim Freibrennen des Filters im besonders durch Tempe­ ratureinfluß empfindlichen Bereich vor den stromabwärtigen Stopfen durch die katalytische Beschichtung der Trennwände in diesem Bereich hoch gehalten wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Rußab­ brennfilter der gattungsgemäßen Art so zu verbessern, daß die mechanische und thermische Belastung des Filters ins­ besondere im Bereich der stromabwärtigen Stopfen vermin­ dert wird.

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

Bei einem Rußabbrennfilter mit diesen in Abgasströmungs­ richtung durchziehenden Abgaskanälen, die wechselseitig durch Stopfen verschlossen sind, sind die Trennwände zwi­ schen den Kanälen im Bereich vor den stromabwärtigen Stop­ fen gasundurchlässig ausgeführt. Dies kann z.B. durch Tränken des porösen, keramischen Filtermaterials mit einem die Poren verschließenden Mittel erfolgen. Außerdem endet die die Zündtemperatur der in den eintrittsseitig offenen Kanälen angesammelten Rußpartikel senkende katalytische Beschichtung der Trennwände stromaufwärts des gasundurch­ lässigen Bereichs. Durch diese Maßnahmen wird die Reakti­ onswärme bei der Rußverbrennung im Bereich vor den strom­ abwärtigen Stopfen, in dem üblicherweise die größte Ansamm­ lung von Rußpartikeln zu finden ist, aufgrund des örtli­ chen Sauerstoffmangels durch fehlenden Abgasstrom abge­ senkt. Die Thermospannungen im Keramikmaterial, die zwi­ schen den Trennwänden und den Stopfen auftreten, verrin­ gern sich somit durch die geringere Temperatur und die reduzierte Ablagerung von Stoffen mit hohem Längsausdeh­ nungskoeffizienten in diesem Bereich.

Der von gasundurchlässigen Trennwänden umgebene Bereich vor den stromabwärtigen Stopfen dient als Sammelzone für aus dem Abgasstrom abgeschiedene nicht oxidierbare Parti­ kel. Da in diesem Bereich keine strömenden Abgase mit im Abgasstrom mitbewegten Partikeln mehr vorhanden sind, kann auch kein mechanischer Abrieb an Trennwänden und Stopfen auftreten. Insbesondere die bisher besonders gefährdete Verbindungsstelle zwischen Trennwänden und Stopfen ist auf diese Weise gegen ein Einkeilen und anschließendes Durch­ fressen von Partikeln durch das Keramikmaterial geschützt.

Durch die Tatsache, daß die katalytische Beschichtung der Trennwände bereits stromaufwärts des gasundurchlässigen Bereichs endet, wird zusätzlich Reaktionswärme beim Frei­ brennen des Filters von diesem besonders gefährdeten Be­ reich ferngehalten. Diese Maßnahme verhindert auch, daß Partikel mit hohem Längsausdehnungskoeffizienten, die sich zwischen Trennwänden und Stopfen abgelagert haben, das Keramikmaterial sprengen und die Stopfen von den Trenn­ wänden ablösen.

Zur weiteren Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Ruß­ abbrennfilters werden zusätzlich sich in Längsrichtung der Kanäle erstreckende Fasermaterialien in die Trennwände eingearbeitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nachstehend an­ hand der Zeichnung beschrieben.

Die einzige Figur zeigt vereinfacht einen Ausschnitt aus dem stromabwärtigen Ende eines erfindungsgemäßen Rußab­ brennfilters in Schnittdarstellung. Die Strömungsrichtung der Abgase durch den Filter 1 ist mit Pfeilen 2 angedeu­ tet. Die durch die eintrittsseitig offenen Kanäle 3 ein­ tretenden Abgase werden, da ihr austrittsseitiges Ende durch Stopfen 4 verschlossen ist, gezwungen, durch die Trennwände 5 aus porösem keramischen Filtermaterial unter Ausfilterung von mitgeführten Partikeln in die austritts­ seitig offenen Kanäle 6 überzuströmen. In einem Bereich 7 am stromabwärtigen Ende des Filters 1 sind die Trennwände 5 gasdicht ausgebildet, so daß in diesem Bereich kein Ab­ gasstrom mehr stattfindet und also auch keine Partikel im Abgasstrom mitgeführt werden, die mit ihrer Bewegung an den Trennwänden 5 und den Stopfen 4 im Bereich 7 einen Abrieb verursachen könnten. Stattdessen dient der Bereich 7 dazu, durch Fliehkraftwirkung aus dem Abgas abgegebene nicht oxidierbare Partikel zu sammeln. Oxidierbare Parti­ kel werden bei Erreichen ihrer Zündtemperatur, die mit Hilfe einer katalytischen Beschichtung 8 der Trennwände gesenkt werden kann, in einer exothermen Reaktion ver­ brannt. Dadurch, daß die katalytische Beschichtung 8 schon stromaufwärts des gasundurchlässigen Bereichs 7 der Trenn­ wände 5 endet, wird die Reaktionstemperatur in diesem Be­ reich 7 gesenkt und die thermische Belastung fällt niedri­ ger aus. Insbesondere werden die thermischen Spannungen an der Verbindungsstelle 9 zwischen Trennwänden 5 und Stopfen 4 verringert. Eine weitere Verringerung der Reaktionstem­ peratur wird dadurch erzielt, daß in dem in der Regel stark mit Partikeln beladenen Bereich 7 vor den Stopfen 4 durch fehlenden Abgasstrom die Sauerstoffkonzentration deutlich niedriger ist als in den übrigen Bereichen des Filters 1. Da an den Verbindungsstellen 9 zwischen den Trennwänden 5 und den Stopfen 4 keine Abgasströmung mehr auftritt, können sich auch keine Partikel in diesen Stel­ len einkeilen und sich durchfressen. Aufgrund der verrin­ gerten Reaktionstemperatur können Partikel, die unter Um­ ständen relativ große Längenausdehnungskoeffizienten auf­ weisen, das Keramikmaterial in diesem Bereich nicht mehr sprengen und die Stopfen 4 von den Trennwänden 5 ablösen.

Es ist auf einfache Weise möglich, die Trennwände 5 im Bereich 7 gasundurchlässig zu machen, indem die Trennwände 5 mit einem die Poren des keramischen Filtermaterials schließenden Mittel getränkt werden. Selbst wenn die Trenn­ wände 5 mit Hilfe des Tränkverfahrens nicht absolut gasdicht gemacht werden können, d.h. wenn die Poren nicht vollständig dicht sind, so kann doch ein Maß an Gasundurch­ lässigkeit erreicht werden, welches ausreicht, den Abgas­ strom durch den Bereich 7 fast vollständig zu unterbinden, wodurch die genannten Vorteile der Erfindung zum Tragen kommen.

Darüberhinaus kann eine Steigerung der mechanischen Festig­ keit des Rußabbrennfilters 1 dadurch erzielt werden, daß in die Trennwände 5 sich in ihrer Längsrichtung erstrecken­ de Fasermaterialien eingelegt werden.

Die Erfindung verringert mit einfachen Mitteln sowohl die mechanische, als auch die thermische Belastung von Rußab­ brennfiltern in hohem Maße.

Claims (3)

1. Rußabbrennfilter bestehend aus einem monolithischen Filterblock aus poröser Keramik mit einer Vielzahl von in Strömungsrichtung der Abgase einer Brennkraftmaschine ver­ laufenden, wechselseitig an ihren Enden durch Stopfen ver­ schlossenen und durch poröse Trennwände voneinander ge­ trennten Kanälen, wobei die Trennwände mit einer katalyti­ schen Beschichtung versehen sind und in einem Bereich am stromabwärtigen Ende des Filters einen erhöhten Strömungs­ widerstand aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (5) im Bereich (7) am stromabwärtigen Ende des Filters (1) gasdicht ausgeführt sind und daß die katalytische Beschichtung (8) der Trennwände (5) in einem Bereich stromauf des gasdichten Bereichs (7) der Trennwände (5) endet.

2. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Trennwände (5) in deren Längsrichtung verlau­ fende Faserstoffe aus Keramikmaterial eingelegt sind.

3. Rußabbrennfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdichten Trennwände (5) durch Tränkung derselben mit einem die Poren des Filtermaterials verschließenden Material hergestellt sind.