DE4203128C2 - Engine exhaust filters - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Filter für Motorabgase gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche 1 bis 3.The invention relates to a filter for engine exhaust gases according to the preamble of independent claims 1 to 3.
Ein Filter zum Einfangen feiner Partikel aus Kohlenstoff und anderen Sub stanzen in Motorabgasen ist z. B. aus der japanischen Patentschrift 56-124417 bekannt. Eine ähnliche Lösung zeigt die DE 30 43 997 A1.A filter for trapping fine particles of carbon and other sub punching in engine exhaust is z. B. from Japanese Patent Specification 56-124417 known. DE 30 43 997 A1 shows a similar solution.
Dieser Filter besteht aus einem Keramikblock mit einer Vielzahl von sehr en gen Durchgangskanälen, die in Strömungsrichtung des Abgases innerhalb des Keramikblockes ausgerichtet sind. In jedem Paar aneinanderstoßender Durchgangskanäle sind abwechselnd das stromaufwärts liegende Ende des ei nen Durchgangskanales und das stromabwärts liegende Ende des anderen Durchgangskanales verschlossen. Das Abgas tritt in den Durchgangskanal ein, dessen stromaufwärts liegendes Ende offen ist, dringt durch die die Durch gangskanäle trennende keramische Wand in den benachbarten Durchgangs kanal und verläßt diesen an seinem offenen stromabwärts liegenden Ende, und strömt weiter stromabwärts. Feine Partikel im Abgas können nicht durch die keramische Wand gelangen und sammeln sich im Filter an. Diese ange sammelten Partikel werden durch Verbrennung zerstört, wenn bei starker Belastung des Motors Abgase mit hohen Temperaturen entstehen.This filter consists of a ceramic block with a large number of very large gene through channels that flow in the direction of the exhaust gas within the Ceramic block are aligned. Clashing in each pair Through channels are alternately the upstream end of the egg NEN passageway and the downstream end of the other Through channel closed. The exhaust gas enters the through-channel, the upstream end of which is open penetrates the through Ceramic wall separating gangways in the adjacent passageways channel and exits at its open downstream end, and continues to flow downstream. Fine particles in the exhaust gas cannot pass through reach the ceramic wall and accumulate in the filter. This attached Collected particles are destroyed by combustion if strong Load of the engine Exhaust gases with high temperatures arise.
Da das Einfangvermögen derartiger Filter sehr groß ist, können die eingefan genen Partikel nicht vollständig durch die Motorhitze allein verbrannt wer den und müssen deshalb häufig mit einem Brenner vernichtet werden. Darü ber hinaus wird wegen des hohen Wirkungsgrades des Filters unverbrennbare Asche (Oxide von Öladditiven, usw.) leicht eingefangen und neigt dazu, den Filter zu verstopfen.Since the trapping capacity of such filters is very large, they can be trapped particles are not completely burned by the engine heat alone and therefore often have to be destroyed with a burner. That Furthermore, due to the high efficiency of the filter, it becomes incombustible Ash (oxides from oil additives, etc.) easily trapped and tends to Clogging filter.
Aus dem japanischen Patent 62-45309 ist ein Ablagerungsfilter bekannt.A deposit filter is known from Japanese Patent 62-45309.
Dieser Filter benutzt einen offenporigen Keramikschaum mit einer Vielzahl von kompliziert geformten, kleinen Strömungskanälen, die aus zusammen hängenden Blasen gebildet werden und die Filterelemente darstellen. Sobald nun Abgas durch diese Kanäle strömt, werden feine Partikel an den Wänden der Kanäle abgelagert. Außerdem hat der Keramikschaum eine zylindrische oder tassenartige Form, die den Abgaseinlaß des Keramikschaums erhöht. This filter uses an open-pored ceramic foam with a variety of intricately shaped, small flow channels that come together hanging bubbles are formed and represent the filter elements. As soon as now exhaust gas flows through these channels, fine particles become on the walls of the canals deposited. The ceramic foam also has a cylindrical shape or cup-like shape that increases the exhaust gas inlet of the ceramic foam.
Bei dieser Art Ablagerungsfilter werden feine Partikel leicht durch die Hitze des Motors verbrannt. Allerdings sammeln sich bei ungleichmäßiger Ablage rung der feinen Partikel viele Partikel am Abgaseinlaß, so daß die Verbren nung dieser Partikel zu örtlicher Überhitzung im Inneren des Filters führen kann.With this type of deposit filter, fine particles are easily exposed to heat of the engine burned. However, if the filing is uneven, they collect tion of the fine particles, many particles at the exhaust gas inlet, so that the combustion These particles can cause local overheating inside the filter can.
Außerdem werden die feinen Partikel an den Stellen, an denen sie sich an sammeln, nicht an den Kanälen abgelagert, sondern an anderen Partikeln, so daß die Fähigkeit des Filters, Partikel zurückzuhalten, gesenkt wird. Wenn der Motor beschleunigt wird darüber hinaus eine große Menge von Partikeln als schwarzer Rauch ausgestoßen.In addition, the fine particles where they are attached collect, not deposited on the channels, but on other particles, see above that the filter's ability to retain particles is reduced. If The engine also accelerates a large amount of particles expelled as black smoke.
Aus der DE 36 09 151 C2 ist ein Partikelfilter für Abgase bekannt, der inner halb eines Gehäuses eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Platten aufweist, die zueinander einen vorbestimmten Abstand aufweisen und im übrigen am seitlichen Rand jeweils versetzt in bezug auf angrenzende Platten ausgespart sind. Auf diese Weise entsteht ein labyrinthartiger Strömungsweg, der dazu führen soll, daß die einzelnen Platten jeweils nur von einem Teilstrom des Abgases beaufschlagt werden. Dadurch soll verhindert werden, daß die zuerst beaufschlagte Platte, also die stromaufwärtige Platte, sich schneller mit Parti keln zusetzt.From DE 36 09 151 C2 a particle filter for exhaust gases is known, the inner half of a housing has a number of successive plates, which are at a predetermined distance from each other and otherwise on side edge recessed in relation to adjacent panels are. In this way, a labyrinthine flow path is created should lead to the fact that the individual plates of only a partial flow of Exhaust gas are applied. This is to prevent the first loaded plate, i.e. the upstream plate, with parts faster clumps.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine durchweg gleichmäßige Ablagerung von feinen Partikeln in Ablagerungs-Abgasfiltern zu erzielen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Ausstoß von feinen Partikeln bei Ablage rungs-Abgasfiltern zu verhindern.The invention is therefore based on the object of being uniform throughout To achieve deposition of fine particles in deposition exhaust filters. A another task is to eject fine particles when deposited prevention exhaust filters.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Filter für Motorabga se mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bis 3.This object is achieved by a filter for engine exhaust se with the features of independent claims 1 to 3.
Die Erfindung sieht einen Abgasfilter zum Einfangen feiner Partikel in Motor abgasen vor, der aus einem Gehäuse mit Abgaseinlaß und -auslaß besteht und einem Filterelement mit mehreren Platten aus porösem Keramikschaum, die innerhalb des Gehäuses in Strömungsrichtung des Abgases gestapelt sind. Je de dieser Platten hat eine Oberfläche, auf die ein Katalysator aufgebracht wur de, und eine Vielzahl von Durchgangskanälen, die nicht mit den Durchgangs kanälen der angrenzenden Platten verbunden sind. The invention provides an exhaust gas filter for trapping fine particles in the engine exhaust before, which consists of a housing with exhaust gas inlet and outlet and a filter element with several plates made of porous ceramic foam, the are stacked within the housing in the flow direction of the exhaust gas. Each de of these plates has a surface on which a catalyst has been applied de, and a variety of through channels that do not match the through channels of the adjacent plates are connected.
Statt Durchgangskanälen können die Platten aus Keramikschaum auch eine Vielzahl von Kanälen aufweisen, von denen jeder nur eine Öffnung hat.Instead of through channels, the plates made of ceramic foam can also be used Have a plurality of channels, each of which has only one opening.
Es können auch dünne Platten aus porösem Keramikschaum zum Begrenzen der Durchgangskanäle zwischen jede der vorgenannten Platten aus Keramik schaum geschoben werden.Thin plates made of porous ceramic foam can also be used to delimit the passageways between each of the aforementioned ceramic plates foam can be pushed.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Preferred exemplary embodiments of the invention are described below the drawings explained in more detail.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsge mäßen Abgasfilter; Fig. 1 shows a vertical section through an exhaust filter according to the Invention;
Fig. 2 ist ein Aufriß einer erfindungsgemäßen Platte aus Keramik schaum, die für ein Filterelement verwendet wird; Fig. 2 is an elevation of a plate of ceramic foam according to the invention, which is used for a filter element;
Fig. 3 ist ein Aufriß einer anderen Platte aus Keramikschaum, die an die Platte von Fig. 2 grenzt FIG. 3 is an elevation of another ceramic foam sheet adjacent to the sheet of FIG. 2
Fig. 4 ist ein vergrößerter Aufriß eines Teils einer erfindungsge mäßen Platte aus Keramikschaum; Fig. 4 is an enlarged elevation of part of a ceramic foam plate according to the invention;
Fig. 5 zeigt einen vergrößerten vertikalen Schnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen Filterelements; Fig. 5 shows an enlarged vertical section through part of the filter element according to the invention;
Fig. 6 ist ähnlich wie Fig. 5, zeigt aber auch, wie die feinen Par tikel verstreut werden; Fig. 6 is similar to Fig 5, but also shows how the fine particles are scattered;
Fig. 7 ist ein vergrößerter vertikaler Schnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen Filterelements und zeigt wie feine Partikel angesammelt werden; Fig. 7 is an enlarged vertical section through part of the filter element according to the invention and shows how fine particles are accumulated;
Fig. 8 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen anderen erfin dungsgemäßen Abgasfilter; Fig. 8 shows a vertical section through another exhaust filter according to the invention;
Fig. 9 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen weiteren erfin dungsgemäßen Abgasfilter. Fig. 9 shows a vertical section through another exhaust filter according to the invention.
Ein Abgasfilter besteht nach Fig. 1 aus einem Filterelement 2 in einem Ge häuse 1 mit einem Abgaseinlaß 1b und einem Abgasauslaß 1c.An exhaust gas filter is made according to Fig. 1 consists of a filter element 2 in a Ge housing 1 having an exhaust gas inlet 1 b and c an exhaust gas outlet 1.
Das Gehäuse 1 kann z. B. in ein Auspuffsystem eines Dieselmotors eingesetzt werden und umfaßt ein zylindrisches Mittelstück 1a, einen im wesentlichen konischen Einlaß 1b und einen Auslaß 1c. Das Gehäuse 1 setzt sich aus einem unteren und oberen Teil zusammen und wird nach Einfügen des Filterele ments 2 und eines dämpfenden Materials 3 zu einem einzigen Teil durch Schweißen o. ä. verkapselt. The housing 1 can, for. B. be used in an exhaust system of a diesel engine and includes a cylindrical center piece 1 a, a substantially conical inlet 1 b and an outlet 1 c. The housing 1 is composed of a lower and upper part and is encapsulated after welding the filter element 2 and a damping material 3 to a single part by welding or the like.
Das Filterelement 2 wird von Platten 4A, 4B, 4C, 4D aus offenporigem Keramik schaum gebildet, die in Strömungsrichtung des Abgases geschichtet sind. Dieser Keramikschaum hat eine sehr große Anzahl kleiner Strömungskanäle, die in gewissem Grade feine Partikel passieren lassen.The filter element 2 is formed by plates 4 A, 4 B, 4 C, 4 D made of open-pored ceramic foam, which are layered in the flow direction of the exhaust gas. This ceramic foam has a very large number of small flow channels that allow fine particles to pass through to a certain extent.
In jeder der Platten 4A-4D sind in Strömungsrichtung des Abgases eine An zahl von Durchgangskanälen 5 ausgebildet. Außerdem ist auf die Oberfläche der Platten 4A-4D ein Katalysatorpulver durch Sintern o. ä. aufgebracht.In each of the plates 4 A- 4 D a number of through channels 5 are formed in the flow direction of the exhaust gas. In addition, a catalyst powder is applied to the surface of the plates 4 A- 4 D by sintering or the like.
Fig. 2 stellt die am weitesten stromaufwärts liegende Platte aus Keramik schaum dar. Die Durchgangskanäle 5 sind so angeordnet, daß sie sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung einen festen Abstand P zueinan der einhalten, wie in der Figur gezeigt wird. Der feste Abstand P muß die Be dingung P < 2d erfüllen, wobei d der Durchmesser eines Durchgangskanales 5 ist, wird aber bevorzugt so gewählt, daß P 3d gilt. Fig. 2 shows the most upstream plate made of ceramic foam. The through channels 5 are arranged so that they adhere to each other in both the vertical and horizontal directions, as shown in the figure. The fixed distance P must meet the condition P <2d, where d is the diameter of a through channel 5 , but is preferably chosen so that P 3 d applies.
Fig. 3 zeigt die Platte 4B aus Keramikschaum, die an der Platte 4A anliegt. Die Durchgangskanäle 5 sind in der Platte 4B ebenso im selben festen verti kalen und horizontalen Abstand P angeordnet, allerdings in beiden Richtun gen um jeweils P/2 gegen die Durchgangskanäle 5 der Platte 4A versetzt (s. Fig. 4). Fig. 3 shows the plate 4 B made of ceramic foam, which rests on the plate 4 A. The through channels 5 are also arranged in the plate 4 B at the same fixed vertical and horizontal distance P, but in both directions by P / 2 against the through channels 5 of the plate 4 A (see FIG. 4).
Alle Ausgänge der Durchgangskanäle 5 in Platte 4A werden deshalb durch die Platte 4B verschlossen, und alle Eingänge der Durchgangskanäle 5 in Platte 4B werden durch die Platte 4A verschlossen.All outputs of the through channels 5 in plate 4 A are therefore closed by plate 4 B, and all inputs of the through channels 5 in plate 4 B are closed by plate 4 A.
Die benachbarte Platte 4C aus Keramikschaum und die daran anschließende Platte 4D sind ebenso mit in festen vertikalen und horizontalen Abständen P angeordneten Durchgangskanälen 5 derart versehen, daß sie gegeneinander versetzt sind.The adjacent plate 4 C made of ceramic foam and the adjoining plate 4 D are also provided with through channels 5 arranged at fixed vertical and horizontal distances P such that they are offset from one another.
Die Durchgangskanäle 5 sind deshalb im gesamten Filterelement 2 so gestal tet, daß sie untereinander nicht verbunden sind.The through channels 5 are therefore in the entire filter element 2 gestal tet that they are not connected to each other.
In Fig. 5 wird veranschaulicht, wie bei diesem Abgasfilter das durch den Einlaß 1b in das Gehäuse 1 eingetretene Abgas auf dem Weg zum Auslaß 1c das Filterelement 2 passiert, indem es durch die Durchgangskanäle 5 und das Innere der Platten 4A-4D aus Keramikschaum strömt. In Fig. 5 is illustrated as passing through the inlet 1 b in the casing 1 has entered the exhaust gas on the way to the outlet 1 c the filter element 2 in this exhaust gas filter, by passing through the through channels 5 and the interior of the plates 4 A- 4 D flows out of ceramic foam.
Bei diesem Vorgang werden zahlreiche feine Partikel im Abgas an den Stirn seiten der Platte 4A aus Keramikschaum und an den Innenwänden der Durchgangskanäle 5 in der Platte 4A gefangen.In this process, numerous fine particles are caught in the exhaust gas on the end faces of the plate 4 A made of ceramic foam and on the inner walls of the through channels 5 in the plate 4 A.
Als erstes strömt Abgas durch den dünnen Teil des Keramikschaums zu den Durchgangskanälen 5 in der keramischen Platte 4B. Dabei sammeln sich die feinen Partikel zuerst hauptsächlich im stromabwärts befindlichen Teil der Durchgangskanäle 5, aber sobald diese Partikel bis zu einem gewissen Maß angewachsen sind oder sobald der Druck der Abgase ansteigt, dringt Abgas an erheblich weiter stromaufwärts liegenden Stellen der Durchgangskanäle 5 in den umgebenden Keramikschaum ein (s. Fig. 6), so daß sich Partikel in den Durchgangskanälen 5 auch weiter stromaufwärts ansammeln. Darüber hinaus strömen nicht eingefangene Partikel gemeinsam mit Abgas durch das Innere des Keramikschaums zu den weiter stromabwärts liegenden Durchgangska nälen 5.First, exhaust gas flows through the thin part of the ceramic foam to the through-channels 5 in the ceramic plate 4 B. The fine particles first collect mainly in the downstream part of the through-channels 5 , but as soon as these particles have grown to a certain extent or as soon as the pressure of the exhaust gases increases, exhaust gas penetrates into the surrounding ceramic foam at considerably further upstream points of the through-channels 5 (see FIG. 6), so that particles in the through-channels 5 also accumulate further upstream. In addition, non-trapped particles flow together with exhaust gas through the interior of the ceramic foam to the passageways 5 further downstream.
Das Abgas strömt also durch die Platten 4A-4D aus Keramikschaum, indem es sich schrittweise von einem Durchgangskanal 5 im Filterelement 2 zum nächsten bewegt und auch die feinen Partikel werden schrittweise von den Durchgangskanälen 5 in der ersten Platte 4A zu den Durchgangskanälen 5 in den folgenden Platten bewegt.The exhaust gas thus flows through the plates 4 A - 4 D made of ceramic foam by moving step by step from one through channel 5 in the filter element 2 to the next, and the fine particles are also gradually moved from the through channels 5 in the first plate 4 A to the through channels 5 moved in the following plates.
Die Partikel werden deshalb langsam durch eine große Anzahl von Durch gangskanälen 5 geblasen und so verhältnismäßig gleichmäßig im gesamten Filterelement 2 verteilt. Folglich gibt es mehr Möglichkeiten für das Abgas, mit dem Katalysator in Kontakt zu kommen, so daß es von diesem wirksam gereinigt werden kann. Zudem werden Partikel, während sie schrittweise durch die Durchgangskanäle 5 wandern, eingefangen und nicht in großen Mengen ausgestoßen, selbst wenn die Strömungsgeschwindigkelt des Abga ses durch Beschleunigung des Motors schnell ansteigt.The particles are therefore slowly blown through a large number of through channels 5 and thus distributed relatively evenly throughout the filter element 2 . As a result, there are more possibilities for the exhaust gas to come into contact with the catalyst so that it can be effectively cleaned from it. In addition, particles are trapped and not expelled in large quantities as they move gradually through the through channels 5 , even if the flow rate of the exhaust gas increases rapidly due to acceleration of the engine.
Außerdem bestimmt die Größe der Filteroberfläche bei einem Ablagerungsfil ter die Sammelleistung. Wenn das Filterelement 2 eine große Anzahl von Durchgangskanälen 5 hat, dann hat es eine große Oberfläche, so daß ein ho her Sammelwirkungsgrad erreicht wird. In addition, the size of the filter surface determines the collection performance of a deposit filter. If the filter element 2 has a large number of through channels 5 , then it has a large surface, so that a high collecting efficiency is achieved.
Da zudem Partikel durch Anlagerung gesammelt werden, gibt es keine über mäßige Ansammlung wie bei den üblichen Filtern, und der Filter wird nicht durch Asche verstopft.Since particles are also collected by accumulation, there are no excess moderate accumulation like the usual filters, and the filter will not clogged by ashes.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung wird in Fig. 8 gezeigt. Hierbei sind in den Platten 4A-4D aus Keramikschaum Kanäle 15 mit nur einem offenen Ende an Stelle der Durchgangskanäle 5 vorhanden. In diesem Fall können die Kanäle 15 koaxial in den Platten 4A-4D angeordnet sein.Another embodiment of the invention is shown in FIG. 8. Here, in the plates 4 A - 4 D made of ceramic foam, channels 15 are provided with only one open end instead of the through channels 5 . In this case, the channels 15 can be arranged coaxially in the plates 4 A- 4 D.
In Fig. 9 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der dünne Platten 7 aus porösem Keramikschaum zwischen Platten 4A-4F aus Ke ramikschaum geschoben sind. In diesem Fall sind viele Durchgangskanäle 5 in geringem Abstand voneinander getrennt angeordnet wie in der Ausführung von Fig. 8. In dieser Figur sind zwar die Durchgangskanäle 5 verschiedener Stufen versetzt angeordnet, können aber auch ausgerichtet sein, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.In Fig. 9, a further embodiment of the invention is shown, in which thin plates 7 of porous ceramic foam between the plates 4 O 4 F are pushed out Ke ramikschaum. In this case, many through channels 5 are arranged at a small distance from one another as in the embodiment of FIG. 8. In this figure, although the through channels 5 of different stages are arranged offset, they can also be aligned, as shown in FIG. 8.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3015133A JP2855860B2 (en) | 1991-02-06 | 1991-02-06 | Exhaust filter for internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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