DE4137738C2 - Rußfilter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußfilter für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bekannte Rußfilter, beispielsweise aus der japanischen Offenlegungsschrift 60-237 109, weisen den Nachteil auf, daß die Einlaß- beziehungsweise Auslaßquerschnitte der einzelnen Kanäle im Verhältnis zur aktiven Filterwandfläche verhältnismäßig klein sind. Dies führt zu einem Anstieg des Abgasgegendruckes. Außerdem können beim Abbrennen des Rußfilters die Restgase nicht schnell genug abströmen, was zu hohen thermischen Belastungen und möglicherweise zu einer Beschädigung des Rußfilters führt.

Außerdem ist aus der JP 61-4813 (A) ein Rußfilter mit kegelstumpfförmiger Außenkontur bekannt. Die einzelnen Kanäle, die eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen, sind dabei aber rasterförmig angeordnet. Aus der DE-AN F 1432 III/50e vom 10.04.1952 ist schließlich ein Ansaugluftfilter bekannt, bei dem die Filterelemente kegelstumpfartig angeordnet sind. Der Fachmann kann daraus allerdings keinerlei Hinweise auf die Dimensionierung der Einlaß- und Auslaßquerschnitte der Kanäle entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rußfilter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem der Druckverlust optimiert und die thermische Belastung, die bei der Regeneration des Rußfilters auftritt, reduziert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Haupt­ anspruches gelöst.

Das erfindungsgemäße Rußfilter bietet den Vorteil, daß der Ab­ gasstrom pro Filterflächenelement über den gesamten Filterkör­ per nahezu konstant ist. Dadurch wird die gesamte Filterfläche gleichmäßig durchströmt und somit der Druckverlust reduziert. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ab­ strömquerschnitte erreicht, daß die bei der Regeneration des Rußfilters entstehenden Restgase gleichmäßig abströmen können. Dadurch wird verhindert, daß an einzelnen Stellen des Filter­ körpers hohe thermische Belastungen auftreten, was zu Beschä­ digungen am Rußfilter führen kann.

Durch die Verwendung von rotationssymmetrischen Filterwandele­ menten, beispielsweise ineinander verschachtelte Kegelstumpf­ flächen, wird das Verhältnis von Einlaß- und Auslaßöffnung zu den aktiven Filterwandelementen optimiert.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden das erfindungsgemäße Rußfilter beschrieben, wobei im einzelnen

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Rußfilter im Schnitt durch die Gehäuselängsachse,

Fig. 2 das Rußfilter aus Fig. 1 in einer perspektivischen, teilweise geschnittenen Darstellung und

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rußfilters im Schnitt durch die Gehäuselängsachse zei­ gen.

Fig. 1 und 2 zeigen ein in einer nicht weiter dargestellten Abgasleitung einer ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnetes Rußfilter 1. Das Rußfilter 1 besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 2, das einen Einlaßstutzen 3, einen Filterkörper 4 und einen Auslaßstutzen 5 aufweist. Das Gehäuse 2 besteht aus einer zwischen einer Außenwand 6 und einer Innenwand 7 angeordneten Wärmedämmschicht 8. Der Filterkörper 4 ist aus mehreren kegelstumpfartigen Filterwandelementen 9 aufgebaut. Die Filterwandelemente 9 bestehen aus einem porösen keramischen oder metallischen Filterwerkstoff. Die einzelnen Filterwandelemente 9 werden durch Montageringe 11 luftdicht verbunden. Dadurch bilden zwei benachbarte Filterwandelemente 9 jeweils einen Einlaßkanal 12 beziehungsweise Auslaßkanal 13.

Im Betrieb strömt nun das Abgas durch den Einlaßstutzen 3 in den im Rußfilter 1 angeordneten Filterkörper 4, wo die im Abgas enthaltenen Rußpartikel abgeschieden werden. Anschließend ver­ läßt das gereinigte Abgas den Rußfilter 1 durch den Auslaß­ stutzen 5. Der gesamte Filterkörper 4 besteht aus ineinanderge­ schachtelten, kegelstumpfartigen Filterwandelementen 9, die jeweils unterschiedliche Neigungswinkel gegen die Gehäuse­ längsachse aufweisen. Die einzelnen Filterwandelemente 9 werden durch Montageringe 11 miteinander oder mit dem Gehäuse 2 luftdicht verbunden. Dadurch bilden sich auf der stromauf lie­ genden Seite des Filterkörpers 4 Einlaßkanäle 12 mit kreis­ ringförmigem, in Strömungsrichtung abnehmendem Querschnitt. Entsprechend bilden sich auf der stromab liegenden Seite des Filterkörpers 4 Auslaßkanäle 13 mit kreisringförmigem und in Strömungsrichtung zunehmendem Querschnitt. Um von einem Ein­ laßkanal 12 in einen Auslaßkanal 13 zu gelangen, muß das Abgas durch eines der Filterwandelemente 9 hindurchtreten, die aus einem porösen Filtermaterial bestehen. Diese Filterwandele­ mente 9 bilden den eigentlichen Reaktionsraum, in dem die Ruß­ partikel aus dem Abgas herausgefiltert werden. Als Filtermate­ rial können dabei alle geeigneten Materialien, beispielsweise keramische oder metallische Werkstoffe, die zur Erhöhung der Formstabilität noch auf ein hochwarmfestes Drahtgitter aufge­ bracht sein können, verwendet werden.

Um den von dem Rußfilter 1 in der Abgasleitung verursachten Druckverlust möglichst gering zu halten, ist es erforderlich, daß die gesamte zur Verfügung stehende Filterfläche vom Abgas gleichmäßig beaufschlagt wird. Um dies zu gewährleisten werden die Einlaßquerschnitte für die einzelnen Einlaßkanäle 12 so gewählt, daß das Verhältnis der Anströmquerschnitte zu der Fläche derjenigen Filterwandelemente 9, die den jeweiligen Einlaßkanal 12 begrenzen, für alle Einlaßkanäle 12 gleich ist. Dadurch ist der pro Filterfläche einfallende Abgasstrom über den gesamten Filterkörper 4 konstant. Um auch die Abströmung des gereinigten Abgases zu verbessern werden die Auslaßquerschnitte so gewählt, daß auch das Verhältnis der Abströmquerschnitte zu der Fläche der Filterwandelemente 9, die den jeweiligen Auslaßkanal 13 begrenzen, für alle Auslaßkanäle (13) gleich ist. Dies hat zur Folge, daß die Durchströmung des Filtermaterials und dadurch der verursachte Druckverlust optimiert wird.

Eine optimale Abströmung des gereinigten Abgases ist auch im Hinblick auf eine eventuelle Regeneration des Rußfilters 1 wichtig. Hierbei entstehen nämlich Restgase, die eine sehr hohe Temperatur aufweisen. Um eine unnötig hohe thermische Beanspruchung des Filterkörpers 4 zu vermeiden, ist es daher notwendig, die Restgase möglichst schnell und gleichmäßig aus dem Rußfilter 1 auszuleiten. Dies wird durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der einzelnen Auslaßquerschnitte, die die Bildung lokaler Rückstauungen verhindert, gewährleistet.

Um das Rußfilter 1 auf einer für den Betrieb notwendigen Tem­ peratur zu halten, ist zwischen der Außenwand 6 und der Innen­ wand 7 des Gehäuses 2 eine Wärmedämmschicht 8 vorgesehen. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das äußerste Filterwandelement 9 so angeordnet ist, daß es auf der stromauf liegenden Seite des Filterkörpers 4 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Dadurch wird das Volumen zwischen Filterkörper 4 und Gehäuse 2 als Auslaßkanal 13 ausgebildet. Dies bedeutet, daß die ankommenden heißen Gase zuerst durch den Filterkörper 4 geführt werden und erst dann mit dem Gehäuse 2 in Kontakt kommen. Dadurch kann die vom Abgas an das Gehäuse 2, beziehungsweise an die Umgebung abgegebene Wärmemenge reduziert werden.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Rußfilters 1. Abweichend von Fig. 1 und 2 besteht hier der Filterkörper 4 aus einer großen Zahl einzelner kegel­ stumpfartiger Filterwandelemente 9. Da die Filterleistung des Rußfilters 1 von dem aktiven, von Abgas durchströmten Volumen des Filterwerkstoffes abhängt, ist es prinzipiell gleichgültig, ob der benötigte Filterwerkstoff auf wenige Filterwandelemente 9 mit großer Wandstärke, oder auf viele Filterelemente 9 mit geringer Wandstärke verteilt wird. Für die Filterleistung ent­ scheidend ist nur das Gesamtvolumen des von Abgas durchströmten Filterwerkstoffes. Daher ist klar, daß auch jede Zwischenstufe zwischen Fig. 1 und Fig. 3, beziehungsweise ein Rußfilter 1 mit einer noch größeren Anzahl von Wandfilterelementen 9 denkbar ist.

Claims (4)

1. Rußfilter für eine Brennkraftmaschine mit einem in einem Gehäuse angeordneten Filterkörper, der mehrere Ein- und Auslaßkanäle aufweist, wobei die Einlaßkanäle durch kegelstumpfartige, Reaktionsräume bildende Filterwandelemente von den Auslaßkanälen getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterwandelemente (9) ineinandergeschachtelt sind und abwechselnd auf der Abströmseite und der Anströmseite luftdicht miteinander verbunden sind und daß das Verhältnis der Anströmquerschnitte der Einlaßkanäle (12) und das der Abströmquerschnitte der Auslaßkanäle (13) zu den Flächen der Filterwandelemente (9), die den jeweiligen Kanal (12, 13) bilden, für alle Einlaßkanäle (12) beziehungsweise Auslaßkanäle (13) gleich ist.

2. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der kegelstumpfartigen Filterwandelemente (9) gegenüber der Gehäuselängsachse mit zunehmendem Abstand von der Gehäuselängsachse abnimmt.

3. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (4) aus einer geringen Zahl von Filterwandelementen (9) mit großer Wandstärke besteht.

4. Rußfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (4) aus einer großen Zahl von Filterwandelementen (9) mit geringer Wandstärke besteht.