DE60225902T2

DE60225902T2 - Partikelfilter zum reinigen der abgase von verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE60225902T2
Application number: DE60225902T
Authority: DE
Inventors: Sebastien Bardon
Original assignee: Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Current assignee: Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: CN1511222A; FR2823253B1; RU2290517C2; EP1373690A1; JP4249489B2; RU2003132707A; AU2002302682B2; FR2823253A1; BR0208602A; DE60225902D1; ATE391229T1; CA2443388A1; WO2002081878A1; PL365228A1; EP1373690B1; US6902599B2; US20040134173A1; CA2443388C; JP2004524477A; CN1271318C

Description

Die Erfindung betrifft filternde Elemente zur Filterung der in den Abgasen von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, enthaltenen Partikel.
Poröse Bienenwabenstrukturen dienen als filternde Elemente zur Filterung der von den Dieselfahrzeugen abgegebenen Partikel. Im allgemeinen sind diese filternden Elemente aus Keramik (Cordierit, Siliziumkohlenstoff etc.) ausgeführt. Die Strukturen können monolithisch ausgebildet sein oder aus verschiedenen Blöcken bestehen. In letzterem Fall werden die Blöcke untereinander durch Kleben mit Hilfe eines Keramikzements verbunden. Anschließend wird die Einheit so bearbeitet, dass sie den gewünschten Querschnitt, in der Regel rund oder oval, erhält. Das filternde Element kann mehrere nebeneinander liegende Kanäle umfassen. Es wird in eine Metallhülle eingeschoben. Jeder Kanal ist an einem seiner beiden Enden verschlossen; auf diese Weise werden die Abgase gezwungen, die Seitenwände der Kanäle zu durchqueren; auf diese Weise lagern sich die Partikel oder der Ruß im Filterelement ab.
Nach einer bestimmten Einsatzzeit sammelt sich der Ruß in den Kanälen des filternden Elements an, was den Lastverlust durch das filternde Element erhöht und die Motorleistungen nachteilig beeinflusst. Aus diesem Grund muss das filternde Element regelmäßig (z. B. alle 500 km) regeneriert werden.
Die Regenerierung besteht darin, dass der Ruß oxidiert wird. Hierzu ist es erforderlich, den Ruß zu erhitzen. Die Temperatur der Abgase beträgt nämlich ca. 300°C, während die Selbstentzündungstemperatur des Rußes bei herkömmlichen Betriebsbedingungen eher bei ca. 600°C liegt. Es ist möglich, dem Kraftstoff Additive zuzugeben, die die Reaktion der Oxidation des Rußes katalysieren und die Selbstentzündungstemperatur auf ca. 150°C absenken. Erhitzt werden können dabei die Abgase selbst, die stromaufwärtige Seite des filternden Elements oder direkt der auf dem filternden Element abgelagerte Ruß. Es wurden verschiedene Techniken entwickelt, die aber viel Energie erfordern und oft sehr schwierig zu kontrollieren sind.
Ein jüngst entwickelter, vorteilhafter Ansatz besteht darin, eine lokale Erhitzung vorzunehmen (z. B. vorne am filternden Element), um den Ruß zu entflammen und seine Verbrennung zu initiieren, die sich über den Ruß durch das gesamte filternde Element ausbreitet. Diese Art von Technik ist beispielsweise in den Patentanträgen FR-A-2 771 449 oder DE-A-19530749 beschrieben.
Diese Lösung weist jedoch Nachteile auf wie insbesondere den Umstand, dass der Ruß auf ungleichmäßige Weise im filternden Element verteilt wird. Hauptsächlich aufgrund des Umstandes, dass die Austrittsleitung der Abgase, welche das filternde Element versorgt, einen kleineren Querschnitt hat als das filternde Element selbst, sind die Abgasflüsse in der Mitte des filternden Elements größer als im Randbereich. Aus diesem Grund wird in der Mitte des filternden Elements auch mehr Ruß abgelagert.
Unter diesen Bedingungen verbrennt, wenn die Verbrennung lokal, beispielsweise auf der Vorderseite des filternde Elements initiiert wird, der Ruß im zentralen Teil (längs) gut, wohingegen aber die Rußmenge in der Randzone zu gering ist, um eine Übertragung der Wärme und eine Ausbreitung der Verbrennung auf das gesamte filternde Element zu ermöglichen. Dies hat zwei Folgen, die sich sehr nachteilig auf die Lebensdauer des filternden Elements auswirken. Nämlich die schlechte Wärmeübertragung, radial im Inneren des filternden Elements, zu der es aufgrund starker thermisch/mechanischer Beanspruchungen zwischen der heißen Mitte und dem viel kälteren Randbereich kommt. Diese Beanspruchungen schwächen die Struktur des filternden Elements. Ferner ist, da die Ausbreitung der Verbrennung des Rußes im Randbereich schlecht ist, die Regenerierung des Filters unvollständig und seine Effektivität ist nach der Regenerierung reduziert.
Deshalb ist ein Element für die Filterung der in den Abgasen von Verbrennungsmotoren, wie insbesondere Dieselmotoren, enthaltenen Partikel erforderlich, das die Regenerierung verbessert. Die gegenständliche Erfindung erfüllt diese Erfordernis.
Dabei hat die Erfindung insbesondere ein filterndes Element eines Partikelfilters zur Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, gemäß Anspruch 1 zum Gegenstand.
Von EP 0 480 396 ist ein filterndes Element bekannt, das aus der Zusammenfügung mehrerer Blöcke nebeneinander liegender Kanäle besteht, die alter nativ verschlossen sind und über deren Seitenwände die Filterung der Abgase erfolgt. Die Stärke der Seitenwände der Kanäle eines Blocks hängt von dem Zeitpunkt ab, zu dem der Block extrudiert wurde; EP 0 480 396 empfiehlt, bei der Herstellung eines filternden Elements verschiedene Blöcke zu montieren, die zu verschiedenen Zeitpunkten gefertigt werden und deshalb Wände mit unterschiedlichen Stärken haben. Die zusammengefügten Blöcke werden so gewählt, dass die mittlere Stärke der Wände des filternden Elements im wesentlichen gleich derjenigen der in der Mitte des Extrudierverfahrens gefertigten Blöcke ist. JP 0516 8824 beschreibt ein filterndes Element mit einer ersten und einer zweiten Filterungszone, deren Kanäle unterschiedliche Oberflächendichten aufweisen.
Unter Filterungsfläche wird dabei die Gesamtfläche verstanden, die für die Sammlung der Partikel pro Oberflächeneinheit des Frontalquerschnitts des filternden Elements zur Verfügung steht, d. h. der „Eintritt" dieses Elements.
Gemäß weiteren Merkmalen dieser Erfindung gilt:

– die erste und die zweite Zone belegen respektive einen umlaufenden und einen zentralen Teil des filternden Elements, wobei der umlaufende Teil eine wesentlich größere Filterungsfläche aufweist als der zentrale Teil des filternden Elements,
– die Kanäle der ersten Zone weisen einen dreieckigen Querschnitt auf,
– die Zone mit der größeren Filterungsfläche ist so angeordnet, dass sie sich beim Betrieb in der Nähe einer Wärmequelle befindet, die die Aufgabe hat, die Regenerierung des filternden Elements zu initiieren,
– die Filterungsfläche einer dieser Zonen ist um mindestens 10% größer als die der anderen Zone,
– das filternde Element ist aus Siliciumkohlenstoff oder Cordierit gefertigt.

Die nachfolgende Beschreibung, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, ermöglicht ein besseres Verständnis bzw. eine bessere Würdigung der Vorteile der Erfindung. Für die Zeichnungen gilt:
die 1 ist eine Querschnittansicht eines filternden Elementes des früheren Stands der Technik, das durch Aneinanderfügung von neun Blöcken realisiert ist,
die 2 zeigt eine Querschnittansicht eines monolithischen filternden Elements des früheren Stands der Technik, das aus Kanälen mit quadratischem geraden Querschnitt besteht,
die 3 zeigt eine Ansicht der stromaufwärtigen Seite eines filternden Elements, das durch Aneinanderfügung von sechzehn Blöcken realisiert ist,
die 4 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils der stromaufwärtigen Seite eines Blocks einer Zone des filternden Elements der 3,
die 5 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils der stromaufwärti gen Seite eines Blocks einer anderen Zone des filternden Elements der 3,
die 6 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils der stromaufwärtigen Seite einer anderen Ausführungsform eines Blocks einer Zone des filternden Elements der 3, und
die 7 zeigt eine noch andere Ausführungsform eines filternden Elements gemäß der Erfindung mit zwei konzentrischen Zonen, welche unterschiedliche Charakteristiken aufweisen,
die 8 und 9 sind die perspektivische Ansicht und die Draufsicht einer noch anderen Ausführungsform des bereits bekannten filternden Elements, und
die 10 stellt Graphen dar, welche die Kenndaten des filternden Elements der 8 und 9 erläutern.
An dieser Stelle wird nicht auf die Kenndaten des Werkstoffs, aus dem das filternde Element besteht, eingegangen, um die Filterungsfläche zu bewerten. Falls es nämlich in verschiedenen Zonen des filternden Elements Unterschiede hinsichtlich Permeabilität, Porosität etc. geben sollte, werden diese sehr schnell durch die Stärke des Rußbetts, das sich bildet, ausgeglichen. Deshalb hängt die Filterungsfläche nur von der Geometrie des filternden Elements ab. Angesichts der Toleranzen bei den für die Herstellung der filternden Elemente verwendeten Werkzeugen gehen wir davon aus, dass Filterungsflächen dann unterschiedlich sind, wenn eine Abweichung von größer oder gleich 5% vorliegt.
Unter „Oberflächendichte" wird nachfolgend für eine bestimmte Zone die Gesamtanzahl von Kanälen, geteilt durch die Frontfläche der Zone, verstanden.
Die 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines filternden Elements 1 des früheren Stands der Technik, das von einer metallischen Hülle 2 umgeben ist. Das filternde Element 1 ist aus verschiedenen Blöcken 1a, 1b, 1c... gebildet, die mit Hilfe eines Keramikzements aneinander geklebt sind. Jeder Block besteht aus einer Vielzahl von Kanälen 4 mit quadratischen Querschnitt, die alternativ auf der stromaufwärtsseitigen Seite oder auf der stromabwärtseitigen Seite des filternden Elements verschlossen sind, was hinreichend bekannt ist. In diesem Fall ist die Filterungsfläche gleich dem Innenumfang des Kanals, multipliziert mit der Oberflächendichte des filternden Elements, geteilt durch zwei (da jeder zweite Kanal verschlossen ist) und multipliziert mit der Länge des filternden Elements. Typischerweise gilt: Der Innenumfang eines Kanals beträgt zwischen 4 und 6 mm, die Oberflächendichte beträgt zwischen 200 und 300 cpsi (cell per square inch), d. h. zwischen 31 und 47 Kanälen/cm², und die Länge des filternden Elements beträgt 15 bis 30 cm. Die Filterungsfläche variiert in der Regel zwischen 200 und 350 cm² pro cm² Frontfläche, bei einer Filterlänge von 25 cm.
Die 2 zeigt ein weiteres Beispiel für ein filterndes Element 5 gemäß dem früheren Stand der Technik, das von seiner metallischen Hülle 2 umgeben ist. Das filternde Element ist monolithisch und umfasst eine Vielzahl von Kanälen 6 mit quadratischem Querschnitt, die alternativ auf der stromaufwärtsseitigen Seite oder auf der stromabwärtseitigen Seite des filternden Elements verschlossen sind.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein filterndes Element 7 gemäß der Erfindung, das von seiner metallischen Hülle 2 befreit ist. Es besteht aus verschiedenen Blöcken 8 bis 23, die mit einem Keramikzement verbunden sind. Jeder Block umfasst eine Vielzahl von Kanälen, die nicht in dieser Figur enthalten sind und deren Detailschnittansichten schematisch in den 4 und 5 dargestellt sind. Die Ausführungsweise der 4 und 5 bezieht sich nicht auf eine Ausführungsweise der Erfindung, sondern erläutert die Auswirkung einer Veränderung der Stärke der Kanalwände.
In der 4 sind die Kanäle zu sehen, die die zentralen Blöcke 8 und 11 der 3 bilden. Jede Kanalwand 24 hat eine Stärke von 0,5 mm und der Abstand λ zwischen zwei aufeinander folgenden Kanälen beträgt 1,8 mm. Die Oberflächedichte beträgt 200 cpsi, d. h. 31 Kanäle/cm². Zwecks mehr Klarheit ist das alternative Verschließen der Kanäle nicht in den 4 bis 6 dargestellt. Bei einer Struktur, wie in 4 beschrieben, und einem Filter mit 25 cm Länge beträgt die Filterungsfläche 201 cm² pro cm² Frontfläche.
In der 5 sind die Kanäle ersichtlich, welche die Blöcke 12 bis 23 der 3 bilden. Jede Kanalwand 25 hat eine Stärke von 0,2 mm, die kleiner als die Stärke der Kanalwände 24 ist. Der Abstand λ der Kanäle sowie die Oberfläche dichte sind mit denen der Kanäle der 4 identisch. Im Vergleich zu der in der 4 dargestellten Zone ist die Filterungsfläche hier viel größer. Sie beträgt 247 cm² pro 1 cm² Frontfläche. Diese Filterungsfläche ist nämlich proportional zum kumulierten Innenumfang aller Kanäle.
Indem sich auf diese Weise Blöcke mit größerer Filterungsfläche auf dem Außenumfang des filternden Elements 7 ergeben, wird ein größerer Teil des Abgasflusses durch diese äußere Filterungszone gezwungen. Die Ablagerung von Ruß erfolgt umso mehr in dieser Zone und die Menge an abgelagerten Partikeln wird somit gleichmäßiger in dem gesamten filternden Element verteilt. Auf diese Weise werden die für eine gute thermische Regenerierung erforderlichen Bedingungen geschaffen. Die nähebedingte Übertragung der Wärme über den Ruß wird wesentlich verbessert und die Verbrennung des Rußes kann sich im gesamten filternden Element ausbreiten.
Ferner führt eine homogenere Verteilung des Rußes im Filter zu einem geringeren Lastverlust. Dies stellt einen wichtigen Vorteil dieser Erfindung dar.
Eine Erhöhung der Filterungsfläche kann ebenfalls zu einer Erhöhung der Oberflächedichte führen. Nicht zuletzt durch die Verbesserung der Herstellungsverfahren sind nämlich Weiterentwicklungen hin zu größeren Oberflächendichten und zu dünneren Wänden möglich. So beträgt beispielsweise bei einem filternden Element mit einer Länge von 25 cm, wie in 4 dargestellt, und einer Wandstärke von 0,2 mm die Filterungsfläche 181 cm² pro 1 cm² Frontfläche, wenn die Oberflächedichte gleich 100 cpsi oder 15,5 Kanäle/cm² ist (λ = 2,54 mm), während sie bei einer Oberflächedichte von 400 cpsi, also 62 Kanäle/cm² (λ = 1,27 mm), 331 beträgt. Wie ersichtlich ist, ermöglicht es dieser Parameter, die Filterungsfläche erheblich zu vergrößern, während die Wandstärke konstant bleibt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Verringerung der Größe der Kanäle auf jeden Fall durch das Problem des teilweisen Verschlusses des Kanals durch Verbrennungsrückstände (nach dem Verbrennen des Rußes) begrenzt wird.
Die 6 zeigt eine andere Ausführungsweise der Blöcke 11 bis 23 des filternden Elements der 3. In diesem Fall haben die Kanäle eine dreieckige Querschnittsform mit einer Oberflächedichte von 200 cpsi (31 Kanäle/cm²) und einer Wandstärke von 0,36 mm. In diesem Fall beträgt die Filterungsfläche 245 cm² pro 1 cm² Frontfläche, bei einer Filterlänge von 25 cm. Vergleichsweise be sitzt ein filterndes Element mit einer Geometrie des in den 4 und 5 dargestellten Typs mit einer Wandstärke von 0,36 mm und einer Oberflächedichte von 200 cpsi, also 31 Kanäle/cm², (λ = 1,8 mm) eine Filterungsfläche von 222 cm² pro 1 cm² Frontfläche bei einer Filterlänge von 25 cm. Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform ergibt sich deshalb eine größere Filterungsfläche und eine gleichmäßigere Rußablagerung. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass unter diesen Vergleichsbedingungen die dreieckige Geometrie zu einer größeren Masse für das filternde Element führt, was in der Automobilindustrie von Nachteil sein kann.
Als Variante zu dieser Ausführungsweise und um diesen Nachteil zu vermeiden, wird der Kanaltyp ins Auge gefasst, dessen Anordnung in 6 dargestellt ist, aber mit einer kleineren Kanalwandstärke. Auf diese Weise könnte dieselbe Masse für ein filterndes Element beibehalten werden, das vollständig mit wie in 4 dargestellten Blöcken ausgeführt ist, und für ein filterndes Element gemäß der 6, bei der mindestens ein Block aus kleineren Kanälen mit dünneren Wänden besteht. Die Verringerung der Wandstärke wird jedoch durch Schwierigkeiten bei der Ausführung der Kanäle sowie durch eine gewisse Brüchigkeit der Blöcke, welche aus Kanälen mit sehr dünnen Wänden bestehen, begrenzt; derzeit ist eine Wandstärke von kleiner als 50 μm nicht realisierbar.
Es ist besonders interessant, Kanäle mit dreieckigem Querschnitt zu verwenden, da die thermische Leitfähigkeit bei diesem Geometrietyp besser ist als bei einem Netz von Kanälen mit quadratischem Querschnitt.
Eine andere Ausführungsvariante betrifft ein filterndes Element, wie in der 3 beschrieben, bei dem die Blöcke 14, 17, 20 und 23 eine größere Filterungsfläche haben als die anderen Blöcke, zum Beispiel mit Kanälen wie den in den 5 oder 6 für die Blöcke 14, 17, 20 und 23 dargestellten, und wie in der 4 für die anderen Blöcke dargestellt. Diese Ausführungsvariante ist dann besonders vorteilhaft, falls sich in der Nähe der Blöcke 14, 17, 20 und 23 Heißpunkte befinden, die die Aufgabe haben, die Verbrennung zu initiieren. Die lokale Erhöhung der Filterungsfläche stellt nämlich eine korrekte Ansammlung von Ruß sicher und gewährleistet einen guten Start der Regenerierung in diesen Zonen.
Die 7 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die dadurch realisiert wurde, dass zwei Teile, welche die Filterungszonen 26 und 27 bilden, mit einer Keramikdichtung 28 konzentrisch aneinander geklebt wurden. Die Zone 26 kann aus den in der 4 dargestellten Kanälen bestehen. Die Zone 27 kann aus den in der 6 dargestellten Kanäle bestehen. Auch bei dieser Ausführungsweise weist der äußere Teil des filternden Elements eine größere Filterungsfläche auf, was eine gleichmäßigere Ablagerung des Rußes und eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Regenerierung ermöglicht, wobei gleichzeitig die thermisch/mechanischen Beanspruchungen reduziert werden.
Als Variante zu diesem Beispiel könnten die beiden Teile 26 und 27 zwei Filterungszonen eines einzigen filternden Elements in Monolithbauweise sein. Es ist ebenfalls ein weicherer Übergang zwischen den beiden Zonen denkbar.
Diese Ausführungsformen der Erfindung besitzen die oben genannten Vorteile, aber ohne Nachteile was ihre Fertigung bzw. ihren Einsatz anbelangt. Sie benötigen insbesondere keine zusätzlichen Fertigungs- oder Klebeschritte gegenüber einem filternden Element gemäß dem früheren Stand der Technik wie in 1 beschrieben. Ferner bleibt die Gesamtform des filternden Elements unverändert und es ergeben sich daher Auswirkungen für die automatisierten Fertigungsstraßen der Automobilindustrie.
Es ist auch möglich, eine schrittweise Erhöhung der Filterungsfläche von der Mitte des filternden Elements zu seinem Rand hin vorzusehen, wie in den 8 und 9 dargestellt.
Wie aus den Figuren hervorgeht, nimmt das filternde Element 30 die Form eines drehenden Zylinders mit Radius R_o und Höhe l_o zwischen zwei Basen 31 und 32 dieses Zylinders, an.
Das Volumen von einem (33) der Kanäle dieses Elements ist mit dicken gestrichelten Linien dargestellt, während die anderen Kanäle zwecks mehr Klarheit in der Figur nicht dargestellt sind. Alle Kanäle weisen dieselbe Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zur X-Achse des Zylinders auf.
Gemäß der Erfindung verläuft die Achse eines beliebigen Kanals des Elements, wie der Kanal 33, als ein Bogen einer Spirale, zum Beispiel mit konstanter Steigung, wobei diese Spirale auf die X-Achse des Zylinders 32 zentriert ist und dieser Bogen eine Winkelöffnung θ (siehe 9) und einen Radius r, gemessen ab der X-Achse, aufweist.
Es wird gezeigt, dass sich die Länge l_c dieses Spiralenbogens aus folgender Gleichung ergibt: lc = Wurzel aus: l2 o + r2 + θ2
Die Graphen der 10 zeigen, für zwei Werte π/2 und π der Winkelöffnung θ, das Zunehmen des Verhältnisses l_c/l_o mit dem Radius r des Spiralenbogens, gefolgt von der Achse des Kanals, wobei dieses Zunehmen offensichtlich mit einem korrelativen Zunehmen der seitlichen Fläche eines Kanals, und damit der lokalen Filterungsfläche, von der X-Achse des filternden Elements aus bis zu dessen umlaufendem Rand einhergeht.
Die Gesamtfilterungsfläche SF, die den Gasen von dem filternden Element angeboten wird, richtet sich ebenfalls nach der Winkelöffnung θ der Kanäle, die im gesamten filternden Element konstant ist.
Deshalb ist zum Beispiel für ein filterndes Element mit einer Höhe von l_o = 152 mm und einem Radius von R_o = 72 mm die Gesamtfilterungsfläche SF um 12% (θ = π/2) oder 43% (0 = π) größer als diejenige eines Elements mit geraden Kanälen mit Länge l_o parallel zur X-Achse.
Für den Fachmann ist klar, dass das als „3D Printing" bezeichnete Fertigungsverfahren, das derzeit für verschiedene Werkstoffe wie unter anderem Keramik verwendet wird, gut für die Herstellung des filternden Elements der 8 und 9 geeignet ist.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen haben nur Beispielcharakter und beschränken auf keinen Fall die Tragweite der Erfindung, so wie diese in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben ist. Die Tragweite erstreckt sich nämlich auf alle Arten von filterndem Element, ungeachtet von dessen Form und der Größe der Kanäle, sofern dieses filternde Element mindestens zwei separate Zonen besitzt, die sich durch ihre Filterungsflächen unterscheiden, wobei eine dieser Zonen eine Filterungsfläche aufweist, die mindestens um 5%, aber vorzugsweise um 10% größer ist als die Fläche der anderen.
Wir haben festgestellt, dass diese Auslegungen des filternden Elements gemäß der Erfindung es ermöglichen würden, die Verteilung des Rußes im filternden Element zu optimieren. Unter Optimierung wird die bessere Kontrolle der Ablagerungszonen verstanden. Dies kann je nach dem Bedarf zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Rußmengen, die in den verschiedenen Zonen des filternden Elements abgelagert werden, oder zu einer „erzwungenen" Ansammlung der Rußmenge an einem präzisen Punkt, zum Beispiel in der Nähe eines Heißpunkts, an dem die Regenerierung beginnen muss, führen.
Wir möchten die Erfindung nicht an irgendeine Theorie knüpfen, gehen aber davon aus, dass diese Ergebnisse mit dem Ausgleich des Lastverlusts an allen Stellen des filternden Elements zusammenhängen. Beim Gleichgewicht ist nämlich der Lastverlust an allen Stellen des filternden Elements gleich. Der Lastverlust ist im Wesentlichen durch das Strömen der Gase durch die Seitenwände der Kanäle, die das filternde Element bilden, bedingt. Da die Durchströmgeschwindigkeit der Gase an allen Stellen identisch ist, muss die Abgasflussmenge die Unterschiede der Filterungsflächen ausgleichen. Indem Zonen vorgeschlagen werden, die sich durch ihre Filterungsflächen unterscheiden, schaffen wir Zonen, in denen die Abgasflussmenge durch eine Erhöhung der Filterungsfläche gesteigert wird, wobei also eine größere Rußmenge abgelagert wird als wenn keine solche Erhöhung vorläge.

Claims

Filterndes Element eines Partikelfilters zur Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, bestehend aus einer Zusammensetzung mehrerer Blöcke (8 bis 23) von nebeneinander liegenden, abwechselnd verschlossenen Kanälen, durch deren Seitenwände (24; 25) die Abgase gefiltert werden, wobei die Blöcke (8 bis 23) in mindestens einer ersten (12 bis 23; 27) und einer zweiten (8 bis 11; 26) Filterungszone angeordnet sind, wobei die Gasfilterungsfläche im Verhältnis zur Flächeneinheit des Gaseingangs des Elements (7) in der ersten (12 bis 23; 27) und in der zweiten (8 bis 11; 26) Zone unterschiedlich ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Schnitte der Kanäle der ersten (12 bis 23; 27) und der zweiten (8 bis 11; 26) Zone unterschiedliche Formen aufweisen.
Filterndes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle der Blöcke der ersten (12 bis 23) und der zweiten (8 bis 11) Zone unterschiedliche Wanddicken aufweisen.
Filterndes Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle der Blöcke der ersten (12 bis 23) und der zweiten (8 bis 11) Zone unterschiedliche Oberflächendichten aufweisen.
Filterndes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (12 bis 23; 27) und die zweite (8 bis 11; 26) Zone jeweils einen umlaufenden und einen zentralen Bereich des filternden Elements (7) belegen, und dadurch, dass der umlaufende Bereich eine größere Filterungsfläche aufweist als der zentrale Bereich des filternden Elements (7).
Filterndes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Zone mit einer größeren Filterungsfläche umfasst, die so ausgelegt ist, dass sie sich während des Betriebs in der Nähe einer Wärmequelle befindet, mit der die Regeneration des filternden Elements (7) initiiert werden soll.
Filterndes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterungsfläche einer der benannten Zonen um mindestens 10% größer ist als die der anderen Zone.
Filterndes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Siliciumkohlenstoff oder aus Cordierit gefertigt ist.
Filterndes Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle der ersten Zone (12 bis 23; 27) einen dreieckigen Schnitt aufweisen.
Filterndes Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wanddicke der Kanäle der ersten Zone (12 bis 23; 27) größer ist als die Wanddicke der Kanäle der zweiten Zone (8 bis 11; 26).