DE602004006398T2

DE602004006398T2 - Filtrationskonstruktion für das abgas aus einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE602004006398T2
Application number: DE602004006398T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Bardon; Vincent Gleize; Julien Romeyer
Original assignee: Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Current assignee: Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: US20060191244A1; ATE362042T1; WO2004090294A1; NO20054464D0; ES2285478T3; AU2004227139A1; RU2338896C2; MXPA05010485A; EP1611322A1; KR20050120676A; US7445656B2; JP2006522267A; NO20054464L; EP1611322B1; DE602004006398D1; PL1611322T3; JP4364240B2; KR101042172B1; BRPI0409543A; FR2853256A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Filterstruktur, insbesondere einen Partikelfilter für die Abgase eines Verbrennungsmotors, des Typs, welcher aufweist:

– mindestens erste und zweite Mittel zum Filtern, welche jeweils mit einer ersten und einer zweiten Fläche versehen sind, welche einander gegenüber angeordnet sind, und
– eine Stelle zum Verbinden jener Flächen, welche sich zwischen den Flächen erstreckt.

Derartige Strukturen werden insbesondere in Entgiftungsvorrichtungen von Abgasen von Verbrennungsmotoren verwendet. Jene Vorrichtungen weisen einen Auspufftopf auf, welcher serienmäßig ein katalytisches Reinigungsmittel und Partikelfilter aufweist. Das katalytische Reinigungsmittel ist zum Behandeln der umweltverschmutzenden Emissionen in der Gasphase angepasst, wobei der Partikelfilter zum Zurückhalten der von dem Motor emittierten Rußpartikel angepasst ist.
In den bekannten Strukturen des oben genannten Typs (siehe zum Beispiel EP-A-1 142 619 ) weisen die Filtermittel eine Anordnung von benachbarten Leitungen mit parallelen Achsen auf, welche von porösen Filterwänden separiert sind. Jene Leitungen erstrecken sich zwischen einer Einlassfläche der zu filternden Abgase und einer Auslassfläche der gefilterten Abgase. Jene Leitungen sind außerdem an dem einen oder anderen Ende zum Begrenzen der Einlasskammern, welche an der Einlassfläche geöffnet sind, und den Auslasskammern blockiert, welche hin zu der Ausgangsfläche geöffnet sind.
Jene Strukturen werden nach einer Aufeinanderfolge von Filtrations- und Regenerationsphasen betrieben. Bei der Filtrationsphase lagern sich die von dem Motor emittierten Rußpartikel an den Wänden der Einlasskammern ab. Der Ladungsverlust durch den Filter hindurch steigt progressiv an. Jenseits eines vorbestimmten Wertes jenes Ladungsverlustes wird eine Regenerationsphase durchgeführt.
Bei der Regenerationsphase werden die Rußpartikel, welche sich im Wesentlichen aus Kohlenstoff zusammensetzen, an den Wänden der Einlasskammern verbrannt, so dass der Struktur ihre ursprünglichen Eigenschaften wiedergegeben werden.
Jedoch werden die Rußpartikel nicht auf homogene Art und Weise in den Filtermitteln akkumuliert. Daher werden die Ruße vorzugsweise in der Mitte der Filterstruktur und in Richtung der Auslassfläche der Abgase akkumuliert. Bei der Regenerationsphase erzeugt das Verbrennen der Ruße vorzugsweise in den Akkumulationszonen einen Temperaturanstieg über dem Temperaturanstieg, welcher in den anderen Zonen der Struktur zu beobachten ist.
Die Temperaturgradienten im Inneren der Filterstruktur erzeugen Ausdehnungen mit lokal unterschiedlichen Größen und infolgedessen Längs- und Querspannungen in und/oder zwischen den unterschiedlichen Filtermitteln.
Jene großen thermomechanischen Spannungen sind die Ursache für Risse in den Filtermitteln und/oder in den Verbindungsstellen zwischen den Filtermitteln.
Zum Einschränken des Risikos des Auftretens von jenen Rissen wird in der Patentanmeldung EP-A-1 142 619 die Anwendung von Verbindungsstellen vorgeschlagen, deren Länge im Bereich von 0,3 bis 3 mm ausgewählt wird und die eine thermische Leitfähigkeit zwischen 0,1 und 10 W/mK aufweisen.
Die gegenwärtigen Strukturen sind insgesamt nicht befriedigend. Tatsächlich können nach einer bestimmten Anzahl von Regenerationsphasen in den Verbindungsstellen Risse auftreten. Diese Risse haben einen Gesamtverlust der Kohäsion der Filterstruktur zur Folge. Jener Kohäsionsverlust führt zu Lecks und die Struktur muss ausgewechselt werden.
Die Erfindung hat zum Hauptziel, jenen Nachteil zu beheben, d.h. eine poröse Filterstruktur zum Filtern von Partikeln auszubilden, welche eine verlängerte Anwendung des Filters ermöglicht.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Filterstruktur des zuvor erwähnten Typs zum Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche mindestens eine erste Zone von starker Adhäsion mit der Stelle und mindestens eine Zone von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle aufweist, wobei die Zonen jeweils mindestens einen ersten Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle und einen Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle aufweisen, wobei die Bereiche jeweils gegenüber einem ersten Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion der zweiten Fläche mit der Stelle und an einem Bereich von starker Adhäsion der zweiten Fläche mit der Stelle angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Filterstruktur kann eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen aufweisen, wobei:

– die erste Fläche außerdem eine zweite Zone von starker Adhäsion mit der Stelle aufweist, welche einen zweiten Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle aufweist, welche gegenüber einem zweiten Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion der zweiten Fläche mit der Stelle angeordnet ist,
– in mindestens einem Abschnitt der Filterstruktur der Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle der ersten Fläche zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle jener ersten Fläche angeordnet ist,
– der Abschnitt ein Längs-Abschnitt ist,
– der Abschnitt ein Quer-Abschnitt ist,
– ein Filtermittel ein prismatischer Ziegel ist, von dem jede seiner seitliche Seiten gegenüber einer seitlichen Fläche eines zugehörigen Filtermittels ist, wobei eine Verbindungsstelle von den Flächen sich zwischen jenen Flächen erstreckt, und dass jede der seitlichen Seiten des Ziegels mindestens eine Zone von starker Adhäsion jener Fläche des Ziegels mit der Stelle und mindestens eine Zone von schwacher oder keiner Adhäsion jener Fläche mit der Stelle aufweist, wobei die Zonen jeweils einen Bereich von starker Adhäsion jener Fläche des Ziegels mit der Stelle und einen Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion jener Fläche mit der Stelle aufweisen, wobei jene Bereiche jeweils gegenüber einem Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle der Fläche gegenüber dem zugehörigen Filter-Mittel und einem Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle der Fläche gegenüber dem zugehörigen Filtermittel angeordnet sind,
– der Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle der ersten Fläche des Ziegels an einem gegenüberliegenden Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle an einer zweiten Fläche desselben Ziegels angeordnet ist,
– jede der Zonen von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle mit einer antiadhäsiven Beschichtung wenigstens vor der Inbetriebnahme der Struktur bedeckt wird,
– die ersten und die zweiten Filtermittel jeweils eine Einlass-Fläche und eine Auslass-Fläche aufweisen, welche jeweils mit der ersten und der zweiten Fläche verbunden sind, wobei sich mindestens ein stromabwärtiger Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle der ersten Fläche bis zu der gemeinsamen Ebene zwischen der Auslass-Fläche und der ersten Fläche erstreckt,
– der stromabwärtige Bereich eine Länge, welche parallel zu einer Längs-Richtung des ersten Filtermittels verläuft, kleiner als ein Fünftel der Länge des ersten Filtermittels aufweist, welche entlang der Längsrichtung verläuft,
– der stromabwärtige Bereich eine Länge, welche parallel zur Längsrichtung des ersten Filtermittels verläuft, kleiner als die Hälfte eines anderen Bereichs derselben Fläche aufweist,
– das erste Filtermittel außerdem eine seitliche Seite aufweist, welche zu der erste Fläche benachbart ist, wobei die seitliche Seite einen seitlichen Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle aufweist, welche sich bis zum gemeinsamen Ausgangsrand von der seitlichen Fläche und von der Auslass-Fläche erstreckt, und
– der stromabwärtige Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle auf der Seite der Stelle Oberflächen- Unregelmäßigkeiten aufweist, insbesondere Buckel oder/und Rillen.

Der Begriff "prismatischer Ziegel" bezeichnet eine Anordnung, welche eine Einlassfläche, eine Auslassfläche und mindestens drei Seitenflächen aufweist, welche die Einlassfläche mit der Auslassfläche verbinden.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden jetzt mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Filterstruktur gemäß der Erfindung ist,
2 eine Teilschnittansicht entlang der Schnittlinie II-II der Filterstruktur aus der 1 ist,
3 eine perspektivische Teilexplosionsansicht der Filterstruktur aus der 1 ist,
4 eine Ansicht, welche analog der 2 ist, nach mehreren Regenerationszyklen der Filterstruktur ist,
5 eine Ansicht, welche analog der 3 ist, einer Variante der primären Filterstruktur gemäß der Erfindung ist,
6 eine Ansicht, welche analog der 2 ist, von einer zweiten Filterstruktur gemäß der Erfindung ist,
7 eine Ansicht, welche analog der 4 ist, im größeren Maßstab von einer dritten Filterstruktur gemäß der Erfindung ist,
8 eine Ansicht, welche analog der 3 ist, von einer vierten Filterstruktur gemäß der Erfindung ist, und
9 eine Ansicht, welche analog der 2 ist, im größeren Maßstab, von einer fünften Filterstruktur gemäß der Erfindung ist.
Der in 1 dargestellte Partikelfilter 11 ist in einer Abgas-Leitung 13 eines Kraftfahrzeug-Dieselmotors angeordnet, welche zum Teil dargestellt ist.
Die Abgasleitung 13 erstreckt sich über die Enden des Partikelfilters 11 und begrenzt eine Durchgangspassage für die Abgase.
Der Partikelfilter 11 erstreckt sich in einer Längszirkulations-Richtung X-X' der Abgase. Er weist eine Mehrzahl von Filter-Blöcken 15 auf, welche mittels Verbindungsstellen 17 miteinander verbunden sind.
Jeder Filterblock 15 hat im Wesentlichen die Gestalt eines Parallelepiped-Rechtecks, welches sich in der Längsrichtung X-X' erstreckt.
Wie in der 2 dargestellt, weist jeder Filterblock 15A, 15B eine poröse Filterstruktur 19, eine Einlassfläche 21 für die zu filternden Abgase, eine Auslassfläche 23 für die gefilterten Abgase und mindestens vier seitliche Seiten 24 auf.
Die poröse Filterstruktur 19 ist aus einem Filtermaterial gebildet, welches eine monolithische Struktur insbesondere aus Keramik (Cordierit oder Siliziumcarbid) aufweist.
Jene Struktur 19 weist eine ausreichende Porosität auf, welche den Durchfluss der Abgase ermöglicht. Allerdings ist wie an sich bekannt der Porendurchmesser ausreichend klein gewählt, so dass ein Zurückhalten der Rußpartikel sichergestellt wird.
Die poröse Struktur 19 weist eine Leitungsvorrichtung auf, welche zu der parallelen Achse der Längsrichtung X-X' benachbart ist. Jene Leitungen sind über poröse Filterwände 25 voneinander getrennt. In dem in der 1 dargestellten Beispiel sind die Seitenwände 25 mit einer konstanten Dicke versehen und erstrecken sich längs der Filterstruktur 19 von der Einlassfläche 21 hin zu der Auslassfläche 23.
Die Leitungen sind in eine erste Gruppe von Einlassleitungen 27 und eine zweite Gruppe von Auslassleitungen 29 aufgeteilt. Die Einlassleitungen 27 und die Auslassleitungen 29 sind einander entgegengesetzt angeordnet.
Die Einlassleitungen 27 sind auf dem Niveau der Auslassfläche 23 des Filterblocks 15A, 15B verschlossen und sind an ihren anderen Enden offen.
Im Gegensatz dazu sind die Auslassleitung 29 auf dem Niveau der Einlassfläche 21 des Filterblocks 15A, 15B verschlossen und münden in ihrer Auslassfläche 23 ein.
In dem in der 1 dargestellten Beispiel weisen die Einlassleitungen 27 und die Auslassleitungen 29 entlang ihrer gesamten Länge konstante Querschnitte auf.
Wie in der 1 dargestellt sind die seitlichen Flächen 24 des Filterblocks eben, welche gegenüber einem anderen Filterblock angeordnet sind. Die seitlichen Seiten 31, welche gegenüber der Abgasleitung 13 angeordnet sind, weisen eine angepasst Form auf, so dass der Kontakt mit der zylindrischen Innenwand jener Leitung 13 sichergestellt ist.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist jede der ebenen Flächen 24 gegenüber einem anderen Filterblock angeordnet, welcher mindestens eine Zone 33, welche fest mit der Verbindungsstelle 17 verbunden ist, und mindestens eine Zone 35 aufweist, welche bei der Herstellung der Struktur 19 mit einer antiadhäsiven Beschichtung bedeckt ist. Jene Beschichtung basiert beispielsweise auf Papier, Polytetrafluorethylen oder Bornitrid.
Daher weist die Zone 33 mit der Stelle 17 einen Bereich von starker Adhäsion auf, wobei die Zone 35 mit der Stelle 17 einen Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion aufweist.
Die Adhäsion zwischen der Verbindungsstelle 17 und den ebenen Fläche 24 der Filterblöcke 15 an den Zonen 33 von starker Adhäsion ist mindestens 10 Mal über derjenigen der Zone 35 von schwacher oder keiner Adhäsion, wobei jene Adhäsion im Bereich zwischen 0 und 50 MPa ist.
Beispielsweise ist die Anordnung der Zonen 33 und der Zonen 35 auf den ebenen Flächen 24 der Filterblöcke 15 in den 2 und 3 dargestellt.
Wie in der 2 dargestellt, weist die erste ebene Fläche 24A des ersten Filterblocks 15A in Längsrichtung X-X' aufeinanderfolgend eine erste Zone 33A von starker Adhäsion mit der Verbindungsstelle 17, eine Zone 35A von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Verbindungsstelle 17 und eine zweite Zone 33C von starker Adhäsion mit der Verbindungsstelle 17 auf.
Der zweite Filterblock 15B weist eine zweite Fläche 24B gegenüber der ersten Fläche 24A auf.
Jene zweite Fläche 24B weist in Richtung X-X' aufeinaderfolgend eine erste Zone 35B von schwacher oder keiner Adhäsion gegenüber der ersten Zone 33A von starker Adhäsion der ersten Fläche 24A, eine Zone 33B von starker Adhäsion gegenüber der Zone 35B von schwacher oder keiner Adhäsion der ersten Fläche 24A und eine zweite Zone 35C von schwacher oder keiner Adhäsion gegenüber der zweiten Zone 33C von starker Adhäsion der ersten Fläche 24 auf.
In dem in der 3 dargestellten Beispiel ist allen ebenen Flächen 24 des gleichen Filterblocks 15 jene relative Anordnung der Zonen 33 von starker Adhäsion und der Zonen 35 von schwacher oder keiner Adhäsion gemeinsam.
Die Verbindungsstelle 17 ist zwischen den ebenen Flächen 24 der Filterblöcke 15 angeordnet. Die Verbindungsstelle 17 wird auf Basis von Keramikzement ausgebildet, welcher im Wesentlich von Siliziumdioxid und/oder Siliciumkarbid und/oder Aluminiumnitrit ausgebildet wird. Nach der Sinterung weist jener Zement ein Elastizitätsmodul von ungefähr 5000 MPa auf. Jener Zement verbindet die Filterblöcke miteinander.
Beim Zusammenbau der Struktur 19 wird eine erste Filterstufe durch paarweises Zusammenbauen entlang der vertikalen Flächen der Filterblöcke 15 mit Hilfe der Verbindungsstelle 17 ausgebildet.
Danach wird gemäß dem gleichen Verfahren eine zweite Filterstufe ausgebildet.
In dem Fall, in welchem die Verbindungsstellen von einem sehr starren Zement ausgebildet sind und keine Rücksicht auf die Anordnung der Zonen 33 und 35 genommen wird, werden an den verschiedenen Flächen der Blöcke 15 vor dem Zusammenbau der ersten und zweiten Filterstufe zwischen denselben entlang der horizontalen Flächen Schützer (beispielsweise aus Schützer aus Karton) zwischen den Horizontalflächen der Ziegel zum Abdecken der benachbarten Ränder an den Zonen von schwacher oder keiner Adhäsion der vertikalen Flächen angeordnet. Daher wird die Ausbildung an den Verbindungsstelle von horizontalen Brücken von starker Adhäsion zwischen den Zonen von schwacher oder keiner Adhäsion der vertikalen Flächen verhindert.
Die Funktion der ersten Filterstruktur gemäß der Erfindung wird nun beschrieben.
Bei einer Filtrationsphase (1) werden die mit Partikeln beladenen Abgase bis an die Einlassflächen 21 der Filterblöcke 15 mittels der Abgasleitung 13 geführt. Wie von den Pfeilen in der 2 angezeigt, dringen sie dann in die Einlassleitungen 27 ein und passieren durch die Seitenwände 25 der porösen Struktur 19 hindurch. Bei der Passage lagern sich die Ruße an den Wänden 25 der Einlassleitungen 27 ab. Jene Ruße lagern sich vorzugsweise in der Mitte des Partikelfilters 11 und zu der Auslassfläche 23 der Filterblöcke 15 (in der Zeichnung rechts) hin ab.
Die gefilterten Abgase entströmen durch die Evakuierungsleitungen 29 und werden hin zum Auslass des Auspufftopfs geleitet.
Wenn das Fahrzeug im Durchschnitt ungefähr 500 km weit fährt steigt der Ladungsverlust durch den Filter 11 hindurch signifikant an. Es wird daher eine Regenerationsphase bewirkt.
In jener Phase werden die Ruße durch Erhöhung der Temperatur des Filters 11 oxidiert. Jene Oxidation ist exotherm. Die inhomogene Verteilung der Gase in dem Filter 11 erzeugt einen Temperaturgradienten zwischen den Zonen mit großer Rußakkumulation und den Zonen mit schwacher Rußakkumulation.
Außerdem dehnen sich die Filterblöcke und die Verbindungen durch die Auswirkung der Temperatur aus. Die lokale Größe jener Ausdehnung ist temperaturabhängig.
Jene Variationen in der Ausdehnungsgröße durch die Auswirkung der Temperaturgradienten erzeugen starke thermomechanischen Spannungen. Die Anmelderin ist der Meinung, dass das System gemäß der Erfindung dank der Präsenz von Zonen von schwacher oder keiner Adhäsion die Spannungen ohne die Ausbildung von Rissen in dem Filtermittel oder in der Verbindungsstelle abschwächen kann.
Außerdem sind die Zonen von schwacher oder keiner Adhäsion und jene von starker Adhäsion derartig angeordnet, dass, wenn die thermomechanischen Spannungen für die Struktur zu groß sind, die Rissbildung in den bevorzugten Zonen 41 stattfindet.
Daher wird wie in der 4 gezeigt die Ausbreitung der Risse 41 in den Verbindungen 17 entlang den Zonen 35 mit keiner oder schwacher Adhäsion mit der Stelle 17 entlang den ebenen Flächen 24 der Filterblöcke 15 geführt. Daher werden die Risse 41 zwischen dem ersten Filterblock 15A und dem zweiten Filterblock 15B auf die erste Zone 35B von schwacher oder keiner Adhäsion der zweiten Fläche 24B, dann zwischen dem rechten Ende jener Zone 35B und dem linken Ende der Zone 35A von schwacher oder keiner Adhäsion der ersten Fläche und auf jene letzte Zone 35A von schwacher oder keiner Adhäsion eingeschränkt.
Selbst wenn die Stelle 17 in den Zonen 35A und 35B vollständig gerissen ist, bleibt ein erster Abschnitt 43A der Stelle 17 mit dem ersten Filterblock 15A entlang der ersten Zone 33A von starker Adhäsion der ersten Fläche 24A verbunden. Ein zweiter Abschnitt 43B der Stelle 17, der zu dem primären Abschnitt 43A korrespondierend ausgebildet ist, bleibt mit dem zweiten Filterblock 15B entlang der Zone von starker Adhäsion 33B der zweiten Fläche 24B verbunden.
Das Zusammenwirken zwischen jenen ersten und zweiten Abschnitten 43A und 43B der Stelle 17 verhindert die relative Längsbewegung des ersten Filterblocks 15A bezüglich des zweiten Filterblocks 15B hin zu den Auslassflächen 23 der Filterblöcke 15A und 15B.
Außerdem wird die Ausbreitung der Risse 41 zwischen dem rechten Ende der Zone 35A von schwacher oder keiner Adhäsion der ersten Fläche 24A bis zu dem linken Ende der zweiten Zone 35C von schwacher oder keiner Adhäsion der zweiten Fläche 24B und entlang jener zweiten Zone 35C geführt.
Selbst wenn die Stelle in den Zonen 35B und 35C vollständig gerissen ist, bleibt der erste Filterblock 15A mit einem dritten Abschnitt 43C der Stelle 17 gegenüber der zweiten Zone 33C von starker Adhäsion der ersten Fläche 24A verbunden. Jener dritte Abschnitt 43C ist zu dem zweiten Abschnitt 43B der Stelle 17 korrespondierend ausgebildet.
Jener dritte Abschnitt 43C wirkt mit dem zweiten Abschnitt 43B zusammen, so dass die Relativverschiebung des ersten Blocks 15A bezüglich des zweiten Blocks 15B in Längsrichtung X-X' hin zu der Einlassfläche 21 der Filterblöcke 15A und 15B verhindert wird.
In dem Partikelfilter wird die Abschwächung der thermomechanischen Spannungen daher nach ihrer Stärke von der Struktur an sich (im Falle der Präsenz von Zonen mit keiner Adhäsion) und durch die Ausbildung von Rissen 41 sichergestellt, deren Ausbreitung eingedämmt ist.
Außerdem wird die Verteilung der Risse 41 in den Verbindungen 17 geführt, so dass die Relativverschiebung der Filterblöcke 15 zueinander verhindert wird und daher die Dichtheit der Partikelfilter 11 bezüglich der Ruße erhalten bleibt.
In der in der 5 dargestellten Variante sind im Unterschied zu der in der 3 dargestellten Struktur die Zonen 33 von starker Adhäsion mit der Stelle 17 und die Zonen 35 von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 an jeder ebenen Fläche 24 der Filterblöcke 15 entlang eines Abschnitts in Richtungen parallel zur Längsrichtung X-X' und entlang des anderen Abschnitts in Richtungen parallel zur Querrichtung Y-Y' und Z-Z' senkrecht zur Längsrichtung X-X' aufeinaderfolgend abwechselnd angeordnet. Die Zonen 33 und die Zonen 35 bilden daher eine Schachbrettstruktur auf jeder Fläche 24 jedes Blocks 15 aus.
Außerdem sind die Zonen 33 von starker Adhäsion mit der Stelle 17 und die Zonen 35 von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 von einer Fläche 24 eines Blocks 15 jeweils gegenüber den Zonen 35 von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 und den Zonen 33 von starker Adhäsion mit der Stelle 17 einer Fläche 24 eines anderen Blocks 15 angeordnet.
In jener Struktur wird daher die Relativverschiebung eines Blocks gegenüber einem anderen einerseits in der Längsrichtung X-X' und andererseits in den Querrichtungen Y-Y' und Z-Z' verhindert.
In der in der 6 dargestellten Variante weist der mittige Filterblock 15C an einer ersten Fläche 24D eine einzige Zone 33D von starker Adhäsion mit der Stelle 17 und eine einzige Zone 35D mit schwacher Adhäsion mit der Stelle 17 aufeinaderfolgend in der Richtung X-X' auf. Er weist außerdem an einer zweiten Fläche 24E gegenüber der ersten Fläche 24D eine zweite Zone 35E von schwacher oder keiner Adhäsion gegenüber der ersten Zone 33D von starker Adhäsion mit der Stelle 17 und eine zweite Zone 33E von starker Adhäsion mit der Stelle 17 gegenüber der ersten Zone 35D von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 auf. Die Filterblöcke 15D und 15E, welche gegenüber den ersten und zweiten Flächen 24D und 24E angeordnet sind, weisen Zonen von starker Adhäsion und Zonen mit schwacher Adhäsion jeweils gegenüber den Zonen mit schwacher Adhäsion 35D, 35E und den Zonen von starker Adhäsion 33D, 33E der ersten und der zweiten Flächen 24D und 24E des mittigen Filterblocks 15C auf.
In jenem Beispiel wird, wenn die Stelle 17 gerissen ist, die relative Längsverschiebung des mittigen Filterblocks 15C hin zu der Auslassfläche 23 durch die relative Anordnung der Zonen von starker Adhäsion und der Zonen von schwacher Adhäsion auf der ersten Fläche 24E verhindert. Ebenso wird die relative Längsverschiebung des Blocks 15C hin zu der Einlassfläche 21 durch die Verteilung der Zonen von starker Adhäsion und der Zonen von schwacher oder keiner Adhäsion auf der zweiten Fläche 24E verhindert.
In einer Variation kann eine Zone von starker Adhäsion von einer Fläche von einem Block gegenüber einem Abschnitt von einer Fläche von starker Adhäsion eines gegenüberliegenden Blocks angeordnet sein. Ebenso kann ein Abschnitt von einer Zone von schwacher oder keiner Adhäsion von einer Fläche von einem Block gegenüber einem Abschnitt von einer Zone von schwacher oder keiner Adhäsion eines gegenüberliegenden Blocks angeordnet sein.
Dank der Erfindung, welche beschrieben wird, ist es möglich, eine Filterstruktur bereitzustellen, welche eine Mehrzahl von Regenerationsphasen aushalten kann, wobei sie vollständig ihre mechanische Kohäsion und ihre Dichtheit bezüglich den Rußen beibehält.
In der in der 7 dargestellten Variante weist die erste Fläche 24A von stromaufwärts nach stromabwärts aufeinanderfolgend parallel zur Längsrichtung X-X' eine vierte Zone 33E von starker Adhäsion mit der Stelle 17, eine fünfte Zone 35F von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17, eine sechste Zone 33G von starker Adhäsion mit der Stelle 17 und eine siebte Zone 35H von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 auf. Jede Zone 33 von starker Adhäsion mit der Stelle 17 der ersten Fläche 24A ist gegenüber einer Zone 35 von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 der zweiten Fläche 24B angeordnet. Außerdem ist jede Zone 35 von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 der ersten Fläche 24A gegenüber einer Zone 33 mit schwacher Adhäsion mit der Stelle 17 der zweiten Fläche 24B angeordnet.
Wie in der 7 dargestellt, ist die siebte Zone 35H von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 stromabwärts von dem gemeinsamen Rand 71 zwischen der ersten Fläche 24A und der Auslassfläche 23 des ersten Filterblocks 15A begrenzt.
Außerdem ist die Länge jeder siebten Zone 33G und sechsten Zone 35H, gesehen in Längsrichtung X-X', kleiner als ein Fünftel der Länge des ersten Filterblocks 15A, gesehen in Längsrichtung X-X', und ist die Hälfte der Länge von jedem der dritten und vierten Zonen 33E und 33F, auch gesehen in Längsrichtung X-X'.
Im Falle einer Rissbildung in der Verbindungsstelle 17 und im Inneren des ersten Blocks 15A ermöglicht jene Anordnung, den gesamten stromabwärtigen Abschnitt 115A des ersten Filterblocks 15A zurückzuhalten, welcher von einer Querrissebene P begrenzt wird, welche zwischen der Einlassfläche 21 und einer Querebene P' angeordnet ist, welche von der stromabwärtigen Seite 73 der sechsten Zone 33G durchdrungen wird.
Jenes Zurückhalten wird durch das Zusammenwirken zwischen einem Anschlag 135H, welcher einstückig mit den zweiten Block 15B in der Stelle 17 gegenüber der siebten Zone 35H ausgebildet ist, und einem Anschlag 133G sichergestellt, welcher einstückig mit dem stromabwärtigen Abschnitt 115A in der Stelle 17 gegenüber der siebten Zone 33G ausgebildet ist.
Außerdem wird in dem Fall (nicht dargestellt), in welchem der erste Block 15A intakt bleibt und in welchem die Rissbildung in dem zweiten Block 15B auftritt, der gesamte stromabwärtige Abschnitt des zweiten Filterblocks 15B zurückgehalten, welcher von einer Querrissbildungsebene begrenzt wird, welche zwischen der Einlassfläche 21 und einer Ebene P'' angeordnet ist, welche von der stromabwärtigen Seite 75 der fünften Zone 35F durchdrungen wird.
In der in der 8 dargestellten Variante weist jeder Block 15 mindestens eine erste Fläche 24K auf, welche von stromaufwärts nach stromabwärts aufeinanderfolgend eine erste Zone 35K von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17, eine Zone 33K von starker Adhäsion mit der Stelle 17 und eine zweite Zone 35L von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 aufweist, welche stromabwärts von dem gemeinsamen Rand 71K zwischen der ersten Fläche 24K und der Auslassfläche 23 begrenzt wird.
Außerdem weist jeder Block 15 zudem eine der ersten Fläche 24K benachbarte, seitliche Fläche 24M auf, welche von stromaufwärts nach stromabwärts aufeinanderfolgend eine erste Zone 33M von starker Adhäsion mit der Stelle 17, eine Zone 35M von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 und einen dem Auslassrand 71M benachbarte zweite Zone 33N von starker Adhäsion mit der Stelle 17 auf, welchen Auslassrand die seitliche Seite 24M und die Auslassseite 23 gemeinsam aufweisen.
In jener "Schachbrett"-Struktur ist jede Zone 33 von starker Adhäsion mit der Stelle 17 der ersten Fläche 24K benachbart zu einer Zone 35 von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17 der benachbarten Fläche 24M.
In der in der 9 dargestellten Variante weisen die Zonen 35 von schwacher oder keiner Adhäsion von jedem Block außerdem auf der Seite der Stelle 17 Oberflächenunregelmäßigkeiten 81 wie beispielsweise Buckel und/oder Rillen wie in der französischen Anmeldung Nr. 03 08588 der Anmelderin beschrieben auf.
Vorzugsweise erstrecken sich die Oberflächenunregelmäßigkeiten 81 parallel zu einer Richtung, welche bezüglich der Längsrichtung X-X' des Blocks 15 geneigt oder quer verläuft.
Jene Unregelmäßigkeiten 81 erzeugen eine Zunahme der Rauheit in den Zonen 35 von schwacher oder keiner Adhäsion. Daher erlaubt die vergrößerte Rauheit in der dem gemeinsamen Rand 71 des ersten Blocks 15A benachbarte Zone 35C von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle 17, dass ein stromabwärtiger Abschnitt 115A des ersten Filterblocks zurückgehalten wird, welcher sich im Falle einer Rissbildung in der Querebene im Inneren des ersten Blocks 15A ablösen könnte.

Claims

Filter-Struktur, insbesondere zum Filtern von Partikeln aus Abgasen eines Verbrennungsmotors, des Typs, welcher aufweist: – mindestens erste und zweite Mittel (15A, 15B) zum Filtern, welche jeweils mit einer ersten und einer zweiten Fläche (24A, 24B) versehen sind, welche einander gegenüber angeordnet sind, und – eine Stelle (17) zum Verbinden jener Flächen, welche sich zwischen den Flächen (24A, 24B) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (24A) mindestens eine erste Zone (33A) von starker Adhäsion mit der Stelle (17) und mindestens eine Zone (35A) von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle (17) aufweist, wobei die Zonen (33A, 35A) jeweils mindestens einen ersten Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle (17) und einen Bereich von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle (17) aufweisen, wobei die Bereiche jeweils gegenüber einem ersten Bereich (35B) von schwacher oder keiner Adhäsion der zweiten Fläche (24B) mit der Stelle (17) und an einem Bereich (33B) mit starker Adhäsion der zweiten Fläche (24B) mit der Stelle (17) angeordnet sind.
Struktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fläche (24A) außerdem eine zweite Zone (33C) von starker Adhäsion mit der Stelle (17) aufweist, welche einen zweiten Bereich von starker Adhäsion mit der Stelle (17) aufweist, welcher gegenüber einem zweiten Bereich (35C) von schwacher oder keiner Adhäsion der zweiten Fläche (24B) mit der Stelle (17) angeordnet ist.
Struktur gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Abschnitt der Filterstruktur der Bereich (35A) von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle (17) der ersten Fläche (24A) zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (33A, 35C) von starker Adhäsion mit der Stelle (17) jener ersten Fläche (24A) angeordnet ist.
Struktur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt ein Längs-Abschnitt ist.
Struktur gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt ein Quer-Abschnitt ist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Filtermittel (15) ein prismatischer Ziegel ist, von dem jede seiner seitliche Seiten (24) gegenüber einer seitlichen Fläche (24) eines zugehörigen Filtermittels (15) ist, wobei eine Verbindungsstelle (17) von den Flächen sich zwischen jenen Flächen (24) erstreckt, und dass jede der seitlichen Seiten (24) des Ziegels mindestens eine Zone (33) von starker Adhäsion jener Fläche des Ziegels mit der Stelle (17) und mindestens eine Zone (35) von schwacher oder keiner Adhäsion jener Fläche (24) mit der Stelle (17) aufweist, wobei die Zonen jeweils einen Bereich (33) von starker Adhäsion jener Fläche des Ziegels mit der Stelle (17) und einen Bereich (35) von schwacher oder keiner Adhäsion jener Fläche (24) mit der Stelle (17) aufweisen, wobei jene Bereiche jeweils gegenüber einem Bereich (35) von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle (17) der Fläche (24) gegenüber dem zugehörigen Filter-Mittel (15) und einem Bereich (33) von starker Adhäsion mit der Stelle (17) der Fläche (24) gegenüber dem zugehörigen Filtermittel (15) angeordnet sind.
Struktur gemäß Anspruche 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (33D) von starker Adhäsion mit der Stelle (17) der ersten Fläche (24D) des Ziegels (15C) an einem gegenüberliegenden Bereich (35E) von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle (17) einer zweiten Fläche (24E) desselben Ziegels (15C) angeordnet ist.
Struktur gemäß Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zonen (35) von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle mit einer antiadhäsiven Beschichtung wenigstens vor der Inbetriebnahme der Struktur bedeckt wird.
Struktur gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Filtermittel (15A, 15B) jeweils eine Einlass-Fläche (21) und eine Auslass-Fläche (23) aufweisen, welche jeweils mit der ersten und der zweiten Fläche (24A, 24B) verbunden sind, wobei sich mindestens ein stromabwärtiger Bereich (35H; 35L) von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle (17) der ersten Fläche (24A) bis zu dem gemeinsamen Rand (71; 71K) zwischen der Auslass-Fläche (23) und der ersten Fläche (24A) erstreckt.
Struktur gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärtige Bereich (35H) eine Länge, welche parallel zu einer Längs-Richtung (X-X') des ersten Filtermittels (15A) verläuft, kleiner als ein Fünftel der Länge des ersten Filtermittels (15A) aufweist, welche entlang der Längsrichtung (X-X') verläuft.
Struktur gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärtige Bereich (35H) eine Länge, welche parallel zur Längsrichtung (X-X') des ersten Filtermittels (15A) verläuft, kleiner als die Hälfte eines anderen Bereichs (33E, 33F) derselben Fläche aufweist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filtermittel (15A) außerdem eine seitliche Seite (24M) aufweist, welche zu der erste Fläche (24K) benachbart ist, wobei die seitliche Seite (24M) einen seitlichen Bereich (33N) von starker Adhäsion mit der Stelle (17) aufweist, welcher sich bis zum gemeinsamen Ausgangsrand (71M) von der seitlichen Fläche (24K) und von der Auslass-Fläche (23) erstreckt.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärtige Bereich (35L) von schwacher oder keiner Adhäsion mit der Stelle (17) auf der Seite der Stelle (17) Oberflächen-Unregelmäßigkeiten aufweist, insbesondere Buckel oder/und Rillen.