DE4206812A1 - Motorabgasfilter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Filter zum Einfangen feiner Teilchen im Abgas
von Dieselmotoren.
Einen Filter zum Einfangen feiner Teilchen im Abgas von Dieselmotoren of
fenbart zum Beispiel die japanische Patentveröffentlichung 56-1 24 417.
Dieser Filter besteht aus einer Vielzahl sehr kleiner Flußkanäle, die in Fluß
richtung des Abgases in einem Keramikblock angeordnet sind. Die stromauf
wärts und stromabwärts liegenden Enden benachbarter Flußkanäle sind ab
wechselnd geschlossen. Abgas tritt in den Flußkanal ein, dessen stromauf
wärts liegendes Ende offen ist, dringt durch eine die Flußkanäle trennende
keramische Wand in den benachbarten Flußkanal, tritt am stromabwärts lie
genden Ende dieses Flußkanals aus und strömt weiter stromabwärts. Feine
Teilchen im Abgas können die keramische Wand nicht durchdringen und
sammeln sich deshalb im Filter an. Diese angesammelten Teilchen verbren
nen, sobald das Abgas bei belastetem Motor hohe Temperaturen erreicht, so
daß der Filter regeneriert wird.
Derartige Filter, deren Wirkungsweise auf der Porosität eines Keramikmateri
als beruht, haben eine sehr hohe Einfangrate für feine Teilchen. Es wird je
doch auch Asche, wie zum Beispiel Oxyde von Öladditiven, eingefangen, die
nicht verbrannt werden kann und somit dazu neigt, den Filter zu verstopfen.
Die japanische Patentveröffentlichung 62-45 309 beschreibt einen Ablage
rungsfilter.
Dieser Filter benutzt ein Filterelement aus einem dreidimensional offenpori
gen Keramikschaum mit einer großen Anzahl kompliziert geformter, kleiner,
aus zusammenhängenden Blasen gebildeter Flußkanäle. Wenn Abgas durch
diese Flußkanäle strömt, werden feine Teilchen an den Wenden der Flußka
näle abgelagert. Außerdem hat der Keramikschaum eine zylindrische oder
Tassenform zum Vergrößern der Abgaseinlaßfläche.
Allerdings haben derartige Ablagerungsfilter grundsätzlich eine niedrige Ein
fangrate für feine Teilchen, und da eine genügend große, mit dem Abgas in
Kontakt stehende Filterfläche benötigt wird, sind diese Filter oft unhandlich
groß. Obwohl dieser Filter nur schwer durch Asche verstopft wird, werden
abgelagerte feine Teilchen als schwarzer Rauch in die Umwelt geblasen, so
bald der Abgasdruck durch starkes Beschleunigen des Motors ansteigt.
Da darüber hinaus beide oben erwähnten Filtertypen Keramikmaterial ver
wenden, neigen sie dazu, durch die bei der Verbrennung ungleichmäßig ver
teilter feiner Teilchen entstehenden thermischen Spannungen zu zerbre
chen, so daß sie nicht sehr haltbar sind.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, feine Teilchen gleichmäßig im ge
samten Filterelement eines Abgasfilters zu verteilen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung des Ausblasens feiner
Teilchen aus einem Abgasfilter in die Umwelt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erhöhung der Haltbarkeit
eines Abgasfilters.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Abgasfilter mit ei
nem Gehäuse, das einen Abgaseinlaß und -auslaß aufweist, sowie einem in
diesem Gehäuse gehaltenen Filterelement. Dieses Filterelement weist eine
flache erste Metallplatte und eine gewellte zweite Metallplatte mit einer
netzartigen Struktur auf. Diese Platten sind zu einem Zylinder zusammenge
rollt, und die Wellenkämme und -täler der zweiten Metallplatte verlaufen
schräg zur Zylinderachse. Das Filterelement ist koaxial in dem Gehäuse ange
ordnet.
Die zweite Metallplatte kann aus einer flachen Platte mit einer Vielzahl von
Schlitzen bestehen, die in Querrichtung der Schlitze auseinandergezogen ist,
oder aus einer flachen Platte mit einer Vielzahl kleiner Löcher.
Es ist vorteilhaft, diese zweite Metallplatte in Längsrichtung des Filterele
ments in eine Vielzahl von Streifen zu teilen und diese Streifen so anzuord
nen, daß die Wellenkämme und -täler benachbarter Streifen abwechselnd in
verschiedenen Richtungen geneigt sind.
Die erste Metallplatte kann ein ähnliches Netzwerk wie die zweite Metall
platte aufweisen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ab
gasfilter;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fil
terelements;
Fig. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der wesentlichen
Teile eines erfindungsgemäßen Filterelements;
Fig. 4 zeigt den Grundriß einer zweiten Metallplatte eines erfindungs
gemäßen Filterelements;
Fig. 5 ist ein vergrößerter Grundriß eines Teils einer zweiten Metall
platte eines erfindungsgemäßen Filterelements und veranschau
licht eine Methode zur Herstellung der zweiten Metallplatte;
Fig. 6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines erfindungs
gemäßen Filterelements und zeigt die Strömung des Abgases;
Fig. 7 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines zweiten Aus
führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filterelements;
Fig. 8 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines dritten Aus
führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filterelements;
Fig. 9 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines vierten Aus
führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Filterelements.
In dem in Fig. 1 gezeigten Abgasfilter ist ein zylindrisches Filterelement 4
mit einem Dämpfungsmaterial 5 koaxial in einem zylindrischen Gehäuse 1
gehalten.
Das Gehäuse 1 ist an einem Ende mit einem konischen Einlaß 1a und am an
deren Ende mit einem ähnlich genormten Auslaß 1b versehen.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, besteht das Filterelement 4 aus einer ersten Me
tallplatte 6 und einer darüber liegenden zweiten Metallplatte 7, die zu einem
Zylinder zusammengerollt sind.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist die erste Metallplatte 6 flach, und ihre Breite
entspricht der Länge des Filterelements 4 in axialer Richtung.
Die zweite Metallplatte 7 entsteht aus einem Maschenblech, dem mit einer
Zahnradwalze Wellen 50 eingeprägt werden, daß die Wellenkämme und -tä
ler in einem vorbestimmten Winkel zur Längsachse des Filterelements 4 ver
laufen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Metallplatte 7 in vier gleich
breite Streifen 7a, 7b, 7c, 7d geteilt, und die Wellenkämme und -täler benach
barter Streifen weisen abwechselnd in verschiedene Richtungen, wie Fig. 4
zeigt. In dieser Figur bezeichnet die Linie A einen Wellenkamm und die Linie
B ein Wellental.
Wie Fig. 5 zeigt, wird die zweite Metallplatte 7 dadurch hergestellt, daß eine
dünne Metallplatte mit einer Vielzahl von gegeneinander versetzten Schlitzen
9 versehen wird, und dann die Platte in Richtung C-C senkrecht zu den
Schlitzen 9 auseinandergezogen wird, so daß ein rautenförmiges Gitter ent
steht.
Die zweite Metallplatte 7 mit den Streifen 7a-7d wird auf die erste Metallplat
te 6 in der in Fig. 4 gezeigten Weise gelegt. Die beiden Platten 6 und 7 wer
den zu einem Zylinder zusammengerollt und durch Punktschweißen oder
ähnliches fest miteinander verbunden. Danach wird ein Katalysator auf die
Oberfläche der Metallplatten 6 und 7 aufgebracht.
Die erste Metallplatte 6 kann ebenso wie die zweite Metallplatte 7 in vier
gleich breite Teile geteilt und sodann paarweise mit den Streifen 7a-7d zu
einzelnen Zylindern zusammengefügt werden, die anschließend in axialer
Richtung aneinandergesetzt werden.
Wie Fig. 3 zeigt, wird in diesem Filterelement 4 eine Vielzahl von Kleinen
Flußkanälen 8 durch die erste Metallplatte 6 und die Wellenkämme und -tä
ler der zweiten Metallplatte 7 gebildet. Diese kleinen Flußkanäle 8 sind in
Bezug auf die Längsachse des zylindrischen Filterelements 4 spiralförmig ge
neigt, wobei die Neigungsrichtung benachbarter Streifen 7a-7d wechselt.
Abgas tritt durch den Einlaß 1a in das Gehäuse 1 ein, strömt in axialer Rich
tung durch das Filterelement 4 und verläßt den Filter durch einen Auslaß 1b.
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, tritt bei dem Filterelement 4 das Abgas in die gro
ße Zahl der kleinen, durch den Streifen 7a gebildeten Flußkanäle 8 unter ei
nem schrägen Winkel ein, wie der Pfeil G zeigt. Dadurch dringt ein Teil des
Abgases durch das Netz des Streifens 7a und strömt so in Richtung des Pfeils
G1 quer zum Flußkanal 8. Der Großteil des Abgases strömt allerdings in Rich
tung des Pfeils G2 den Flußkanal 8 entlang. Diese beiden durch G1 und G2
gekennzeichneten Ströme treffen aufeinander und führen so zu einer turbu
lenten Strömung.
Diese Strömung tritt in den nächsten, durch den benachbarten Streifen 7b
gebildeten Flußkanal 8, der einen anderen Neigungswinkel hat. Da die Rich
tung der Eintrittsströmung von der Richtung des Flußkanals 8 verschieden
ist, wird die Eintrittsströmung erneut in eine Strömung längs des Flußkanals
8 und in eine Strömung durch den Streifen 7b hindurch geteilt.
Dadurch wird im Filterelement 4 eine sehr komplexe Strömung erzeugt, die
zur Folge hat, daß das Abgas sehr viele Möglichkeiten hat, mit der zweiten
Metallplatte 7 und der ersten Metallplatte 6 in Kontakt zu kommen. Wenn
Abgas entweder durch die zweite Metallplatte 7 hindurchströmt oder wenn
es mit der ersten Metallplatte 6 oder der zweiten Metallplatte 7 in Kontakt
kommt, werden Kohlenstoff und andere feine Teilchen effektiv abgelagert
und gesammelt. Darüber hinaus führt die Turbulenz des Abgases zu einer ho
hen Kontaktrate mit dem auf die Oberfläche der Metallplatten 6 und 7 aufge
brachten Katalysator, so daß eine hohe Regeneration und katalytische Abgas
reinigung erreicht werden.
Da dieser Ablagerungsfilter Metallnetzplatten verwendet, findet übermäßige
Ansammlung von Teilchen kaum statt. Die nach Verbrennen der feinen Teil
chen zurückbleibende Asche wird durch die Strömung des Abgases leicht
ausgeblasen, so daß es kaum ein Verstopfen des Filterelements 4 durch
Asche gibt.
Auf der anderen Seite werden selbst feine Teilchen, die im Filterelement 4
abgelagert und aufgrund starker Motorbeschleunigung ausgeblasen werden,
durch die Turbulenz des Abgases leicht wieder weiter stromabwärts eingefan
gen. Als Ergebnis dieses langsamen Ausblasens werden die feinen Teilchen
weiträumig im gesamten Filterelement 4 verteilt und so der Ausstoß aus dem
Filterelement 4 heraus erschwert.
Wenn feine Teilchen durch die Hitze des Abgases verbrannt werden, kann
wegen der ungleichmäßigen Verteilung der Teilchen eine ungleichmäßige
Wärmeverteilung entstehen. Da aber das gesamte Filterelement 4 eine Metall
konstruktion ist, besteht keine Gefahr der Zerstörung durch thermische
Spannungen.
Da das Filterelement 4 aus dünnen Metallplatten besteht, hat es eine geringe
Wärmekapazität, so daß seine Temperatur schnell ansteigt. Dadurch wird die
Regeneration des Filterelements 4 durch die Hitze des Abgases schnell
durchgeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Katalysator auf die Oberfläche der Me
tallplatten 6 und 7 aufgebracht.
Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Darin ist die erste Metallplatte 6
ähnlich wie die zweite Metallplatte 7 eine Metallnetzplatte. Dadurch steigen
die Ströme des Abgases durch die kleinen Flußkanäle 8 und die Einfangrate
für feine Teilchen durch die erste Metallplatte 6.
Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, worin das Netz aus einer Vielzahl
kleiner Löcher 10 in der zweiten Metallplatte 7 gebildet wird.
Fig. 9 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel. In diesem Fall haben die erste
Metallplatte 6 und die zweite Metallplatte 7 ein Netzwerk aus kleinen Lö
chern 10. Bei der Verwendung derartiger Metallplatten wird die Stabilität
des Filterelements 4 erhöht.
Claims (7)
1. Abgasfilter zum Einfangen feiner Teilchen in Motorabgasen, mit einem zy
lindrischen Gehäuse (1), das einen Abgaseinlaß (1a) und einen Abgasauslaß
(1b) aufweist, und einem im Gehäuse (1) untergebrachten Filterelement (4),
dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (4) eine flache erste Metall
platte (6) und eine gewellte zweite Metallplatte (7) mit einer netzartigen
Struktur aufweist, die zu einem Zylinder zusammengerollt sind, daß die Wel
lenkämme (A) und -täler (B) der zweiten Metallplatte (7) schräg zur Längs
achse des Zylinders verlaufen und daß das Filterelement (4) koaxial im Ge
häuse (1) angeordnet ist.
2. Abgasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Me
tallplatte (7) in Richtung der Längsachse des Filterelements (4) in eine Viel
zahl von Streifen (7a, 7b, 7c, 7d) geteilt ist, und daß die Wellenkämme (A) und
-täler (B) benachbarter Streifen (7a, 7b, 7c, 7d) abwechselnd in verschiedenen
Richtungen schräg zur Längsachse des Zylinders verlaufen.
3. Abgasfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Metallplatte (7) aus einer flachen Platte mit einer Vielzahl von Schlit
zen (9) hergestellt ist, die in Querrichtung (C-C) der Schlitze (9) auseinan
dergezogen ist.
4. Abgasfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweite Metallplatte (7) eine flache Platte mit einer Vielzahl kleiner Löcher
(10) ist.
5. Abgasfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Metallplatte (6) eine flache Platte mit einer netzartigen Struk
tur ist, die der netzartigen Struktur der zweiten Metallplatte (7) ähnlich ist.
6. Abgasfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Metallplatte (6) eine flache Platte mit einer Vielzahl kleiner Lö
cher (10) ist.
7. Abgasfilter nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Lochmuster der ersten Metallplatte (6) dem der zweiten Metallplatte (7)
ähnlich ist.
Applications Claiming Priority (1)
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