EP1225311A2 - Filtereinrichtung, insbesondere als Russfilter für Dieselmotorabgase - Google Patents

Filtereinrichtung, insbesondere als Russfilter für Dieselmotorabgase Download PDF

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EP1225311A2
EP1225311A2 EP01126814A EP01126814A EP1225311A2 EP 1225311 A2 EP1225311 A2 EP 1225311A2 EP 01126814 A EP01126814 A EP 01126814A EP 01126814 A EP01126814 A EP 01126814A EP 1225311 A2 EP1225311 A2 EP 1225311A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter
filter device
filter body
radiator
segments
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01126814A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1225311A3 (de
Inventor
Bernd Ebener
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heimbach GmbH and Co KG
Original Assignee
Thomas Josef Heimbach and Co GmbH
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Publication date
Application filed by Thomas Josef Heimbach and Co GmbH filed Critical Thomas Josef Heimbach and Co GmbH
Publication of EP1225311A2 publication Critical patent/EP1225311A2/de
Publication of EP1225311A3 publication Critical patent/EP1225311A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means

Definitions

  • the invention relates to a filter device, in particular as a soot filter for diesel engine exhaust with a filter housing, that has a gas inlet and a gas outlet and in which a filter body made of at least partially porous Ceramic material and one on the inlet side Radiator made of electrical flow channels Conductive ceramic material is arranged, the Radiator with multiple electrical connections for one Electrical heating is provided in segments.
  • filter bodies are increasingly being made porous ceramic material used, in particular here SiC ceramic material has proven itself, for example is described in EP 0 796 830 A1.
  • the filter body can be circular, oval or rectangular cross-section to have.
  • the filter body has a A plurality of channels extending in the axial direction on, the alternating entry or exit side are sealed gas-tight.
  • the thing to be cleaned Gas can enter the inflow channels open there enter. As this is closed on the outlet side are, the gas is forced through the porous longitudinal walls of the channels to flow through and over each neighboring and open outlet channels emanate. Place on and in the longitudinal walls the soot particles.
  • Such filter bodies are in Filter housings with a gas inlet and a gas outlet used and essentially axially in the above Flows through (see EP 0 336 883; US 4,897 096).
  • the ceramic body no inflow or outflow channels, but form overall porous filter body, the pores of which flow axially (cf. WO 93/13303; US 4,505,107; US 4 535 589).
  • US 4,535,589 and US 4,505,107 are filter devices described a filter body in a filter housing made of porous ceramic foam. On theirs inlet end faces is a radiator from a arranged electrically conductive ceramic material that has a plurality of axial flow channels and is provided with electrical connections to a Circuit are connected. In this way, the Radiator and thus the gas flowing through it to a are heated such that the soot particles in burn the filter body, i.e. the filter body regenerates becomes.
  • the radiator In the generic US 4,505,107 several pairs distributed over the circumference of the radiator of electrical connections available, each there are two connections on one circuit. To this In this way, the radiator can be supplied with current in sections and be heated with it. The same is true provided in the radiator according to US 4,535,589.
  • Heating coils extending in the direction see US Pat. No. 4,897,096) or heating rods (cf. DE 42 30 667 C1).
  • the radiator according to US 4,897,096 extends Heating coils within the inflow channels.
  • the heating rods protrude into separate flow channels, a filter body is inserted into the outlet side is.
  • the heating elements can be used independently and consecutively supplied with electrical current so that the filter body can be regenerated by the one flowing into the flow channels Gas through the associated heating element to the ignition temperature the soot particles deposited in the filter body is heated.
  • the solution according to DE 42 30 667 C1 is space-consuming because the heat transfer bad because of the small area of the heating elements is and therefore the heating zone is relatively long must and there the filter body because of its round cross-section and their distances from each other the cross section use the filter housing insufficiently.
  • the direct segmental heating of the filter body according to WO 93/13303 limits the choice of material for the Filter body as it is made of an electrically conductive Ceramics must exist. In addition, the heating is uneven.
  • the invention has for its object a filter device of the type mentioned in such a way that an effective partial regeneration of the filter body without large heat losses achieved in a small space becomes.
  • the radiator made of ceramic material ensures due the large number of flow channels and thus one large heat transfer surface for intensive heat transfer, so that the axial extent of the radiator is low can be held. Because the filter housing filter body and can surround the radiator closely the space enclosed by the filter housing is optimally used, d. H. the entire filter device builds a lot small.
  • the basic idea of the invention is not limited to any one Limited external shape of heating and filter body, d. H. the division according to the invention can also rectangular (square) or polygonal cross sections be made. To avoid warping However, a round or oval outer surface is recommended Cross-section. Furthermore, it is useful if the Distribution of heating and filter bodies by means of common Partitions takes place, so the partitions both through the radiator as well as through the filter body extend.
  • the material for the radiator is electrical conductive SiC, such as in the EP 0 796 830 A1.
  • the same or similar Material can also be used for the filter body but not the electrical design Conductivity must take into account.
  • radiator and filter body are spaced, whereby the distance advantageously does not exceed 70 mm, is preferably in the range between 25 to 50 mm. On this way there will be electrical contact between the radiators and filter body avoided.
  • partition walls are electrical are insulated so that there is no heating of the neighboring segments in the radiator. Further it is useful if the partition walls are additional are provided with thermal insulation to prevent heat loss to keep low.
  • the partition walls suitably exist made of the same material as the housing, for this purpose especially stainless steel with thermal and electrical insulation is appropriate.
  • the division is expedient in such a way that filter or Radiator segments result. However, this does not exclude out to make the division so that different large segments emerge.
  • the filter body with a lowering the ignition temperature Catalyst coating is provided.
  • Such Coating leaves lower temperatures of the radiator segments and reduces the electricity requirement.
  • the catalyst coating such as rhodium, iridium, palladium or Platinum in question.
  • the radiator expediently has parallel, in Flow direction extending, preferably rectangular Cross-sectional flow channels on how this for example from the radiator according to the US 4,505,107 is known. But also other cross-sectional shapes are conceivable.
  • the filter body is advantageously of the type at the side by side and alternating inflow channels and Outflow channels are present through porous, filter-effective Longitudinal walls are separated, the inflow channels open on the inflow side and closed on the outflow side and the outflow channels are closed on the inflow side and are designed to be open on the outflow side.
  • This does not rule out using filter bodies like them are known for example from WO 93/13303 and the have no defined flow channels.
  • the filter device 1 shown in FIG. 1 has a in cross section oval filter housing 2, which is on the outlet side tapered and ends in a flange 3. About this flange 3, the filter device 1 with an adjoining exhaust pipe.
  • the input part of the filter housing 2 is here cut away. It is designed similarly to the output side Part and has a flange at the end, with which he attached to the engine-side section of the exhaust pipe can be connected.
  • radiator 4 and filter body 5 have an identical oval cross section, adapted to the cross section of the filter housing 2 is. They are spaced apart in the flow direction.
  • the heater 4 is made of electrically conductive ceramic material and has a grid-like cross-section, so that a variety of themselves in the axial direction extending, open flow channels - exemplary designated 6 - result.
  • the filter body 5 is similarly shaped like a lattice in cross section. however are part of the channels on the inlet side like a chessboard closed, so that alternately and side by side inlet channels open on the inlet side - exemplary with 7 designated - and outlet channels closed on the inlet side - designated by way of example with 8 - result.
  • the inflow channels 7 are closed on the outlet side and the outflow channels 8 designed to be open on the outlet side. Between inflow channels 7 and outflow channels 8 are porous, filter-effective longitudinal walls - designated 9 by way of example.
  • the radiator 4 is by cross-shaped partition walls 10, 11, 12, 13 in four equal radiator segments 14, 15, 16, 17 divided.
  • the partitions 10, 11, 12, 13 extend radially to the inner wall of the filter housing 2. They insulate the radiator segments 14, 15, 16, 17 electrically and also thermally.
  • the Partitions 10, 11, 12, 13 set axially in the direction Outlet and also pass through the filter body 5 over its entire axial length, so that the filter body 5 is also divided accordingly, namely in four filter body segments 18 of equal size, of which here only one can be seen.
  • Each radiator segment 14, 15, 16, 17 is a pair of on the outside of the filter housing 2 arranged electrical connections 19, 20 assigned to the inside corresponding electrodes with the respective associated Radiator segment 14, 15, 16, 17 are connected.
  • each Pair of electrical connections 19, 20 is with a control device connected, which are not shown here is.
  • the radiator segments can be controlled via the control device 14, 15, 16, 17 separately from each other with electrical Electricity can be applied.
  • the electrical conductivity the radiator segments 14, 15, 16, 17 is set so that it turns on when current is applied heat a high temperature. This makes the one Part of the exhaust gas flow that is the heated radiator segment 14, 15, 16 and 17 flows to a temperature heated above the ignition temperature of the in the filter body 5 deposited soot.
  • the filter body segment 18 consequently burns off the soot and thus regenerates the filter body segment 18.
  • the other filter body segments can also be used in succession 18 by appropriate current application of the respective aligned radiator segment 14, 15, 16 and 17 regenerated become.
  • a heater 31 is shown by a only partially shown filter housing 33 surrounded is.
  • the heater 31 is separated by partitions 34, 35, 36, 37 into four equally large radiator segments 38, 39, 40, 41 divided.
  • the partition walls 34, 35, 36, 37 are however not - as in the embodiment according to FIG 1 - straight stretched, but have wave shape. It is understood that this waveform is in continues the filter body, not shown here, so that the filter body accordingly in filter body segments is divided.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtereinrichtung (1), insbesondere als Rußfilter für Dieselmotorabgase, mit einem Filtergehäuse (2, 33), das einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß hat und in dem ein Filterkörper (5) aus wenigstens teilweise porösem Keramikmaterial und einlaßseitig davor ein mit Durchströmkanälen (6) versehener Heizkörper (4, 31) aus elektrisch leitfähigem Keramikmaterial angeordnet ist, wobei der Heizkörper (4, 31) mit mehreren elektrischen Anschlüssen (19, 20) für eine segmentweise elektrische Aufheizung versehen ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß Filterkörper (5) und Heizkörper (4, 31) mittels Trennwandungen (10, 11, 12, 13) in zueinander fluchtende Filterkörpersegmente (18) und Heizkörpersegmente (14, 15, 16, 17; 38, 39, 40, 41) aufgeteilt sind und daß die Heizkörpersegmente (14, 15, 16, 17; 38, 39, 40, 41) jeweils mit eigenen elektrischen Anschlüssen (19, 20) versehen sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung, insbesondere als Rußfilter für Dieselmotorabgase mit einem Filtergehäuse, das einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß hat und in dem ein Filterkörper aus wenigstens teilweise porösem Keramikmaterial und einlaßseitig davor ein mit Durchströmkanälen versehener Heizkörper aus elektrisch leitfähigem Keramikmaterial angeordnet ist, wobei der Heizkörper mit mehreren elektrischen Anschlüssen für eine segmentweise elektrische Aufheizung versehen ist.
Für die Heißgasfiltration, beispielsweise die Filtration von Dieselmotorabgasen, werden zunehmend Filterkörper aus porösem Keramikmaterial verwendet, wobei sich hier insbesondere SiC-Keramikmaterial bewährt, wie es beispielsweise in der EP 0 796 830 A1 beschrieben ist. Die Filterkörper können kreisrunden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt haben.
Bei einer Ausführungsform weisen die Filterkörper eine Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden Kanälen auf, die abwechselnd eintrittsseitig oder austrittsseitig gasundurchlässig verschlossen sind. Das zu reinigende Gas kann eintrittsseitig in die dort offenen Einströmkanäle eintreten. Da diese austrittsseitig geschlossen sind, ist das Gas gezwungen, durch die porösen Längswandungen der Kanäle hindurchzuströmen und über die jeweils benachbarten und austrittsseitig offenen Austrittskanäle auszuströmen. An und in den Längswandungen setzen sich die Rußpartikel ab. Solche Filterkörper werden in Filtergehäusen mit einem Gaseinlaß und einem Gasauslaß eingesetzt und im wesentlichen axial in der vorbeschriebenen Weise durchströmt (vgl. EP 0 336 883; US 4 897 096).
Bei einer anderen Ausführungsform weisen die Keramikkörper keine Ein- oder Ausströmkanäle auf, sondern bilden insgesamt poröse Filterkörper, deren Poren axial durchströmt werden (vgl. WO 93/13303; US 4 505 107; US 4 535 589).
Für den Einsatz an Dieselmotoren ist es wichtig, daß die sich am oder im Filterkörper abgelagerten Rußteilchen in regelmäßigen Abständen entfernt werden, damit der Durchströmwiderstand insbesondere in den filterwirksamen Wandungen des Filterkörpers nicht zu hoch wird. Eine bekannte Abreinigungsmethode besteht darin, den Filterkörper durch Anlegen eines elektrischen Stromes so stark aufzuheizen, daß sich die Rußteilchen entzünden und abbrennen (vgl. WO 93/13303; EP 0 943 593 A1; US 5 423 904). Für diesen Zweck wird dem Keramikmaterial ein geeigneter elektrischer Widerstand gegeben (EP 0 796 830 A1). Damit ein möglichst widerstandsarmer Stromübergang gewährleistet ist, sind besondere elektrische Anschlüsse erforderlich, wie sie beispielsweise in der EP 0 943 593 A1 beschrieben sind.
In der US 4 535 589 und US 4 505 107 sind Filtereinrichtungen beschrieben, die in einem Filtergehäuse einen Filterkörper aus porösem Keramikschaum enthalten. An deren einlaßseitigen Stirnseiten ist ein Heizkörper aus einem elektrisch leitfähigen Keramikmaterial angeordnet, das eine Vielzahl von axialen Durchströmkanälen aufweist und mit elektrischen Anschlüssen versehen ist, die an einen Stromkreis angeschlossen sind. Auf diese Weise kann der Heizkörper und damit das ihn durchsströmende Gas auf eine solche Temperatur erhitzt werden, daß die Rußpartikel in dem Filterkörper abbrennen, der Filterkörper also regeneriert wird. Bei der gattungsgemäßen US 4 505 107 sind über den Umfang des Heizkörpers verteilt mehrere Paare von elektrischen Anschlüssen vorhanden, wobei jeweils zwei Anschlüsse an einem Stromkreis liegen. Auf diese Weise kann der Heizkörper sektionsweise mit Strom beaufschlagt und damit erhitzt werden. Entsprechendes ist auch bei dem Heizkörper nach der US 4 535 589 vorgesehen.
Daneben ist es bekannt, das Gas mittels sich in axialer Richtung erstreckenden Heizspulen (vgl. US 4 897 096) oder Heizstäben (vgl. DE 42 30 667 C1) zu erhitzen. Bei dem Heizkörper gemäß der US 4 897 096 erstrecken sich die Heizspulen innerhalb der Einströmkanäle. Bei der Filtereinrichtung gemäß der DE 42 30 667 C1 ragen die Heizstäbe in voneinander getrennte Durchströmkanäle hinein, in die auslaßseitig jeweils ein Filterkörper eingesetzt ist. Die Heizstäbe können unabhängig voneinander und zeitlich nacheinander mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, so daß die Filterkörper regeneriert werden können, indem das jeweils in die Durchströmkanäle einströmende Gas durch den zugehörigen Heizstab auf die Zündtemperatur der in dem Filterkörper abgelagerten Rußpartikel erhitzt wird.
Um den Stromverbrauch bei der Regenerierung der Filtereinrichtung begrenzt zu halten, gibt man heute der nur teilweisen Aufheizung des einströmenden Gases auf Zündtemperatur den Vorzug, wie dies bei den Filtereinrichtungen nach der WO 93/13303, US 4 505 107, US 4 535 589 und DE 42 30 667 C1 verwirklicht ist. Es konnten insoweit jedoch noch keine überzeugenden Lösungen gefunden werden. So hat die Lösung nach der US 4 505 107 und 4 535 589 den Nachteil, daß der Heizkörper wie auch der Filterkörper bei segmentweiser Aufheizung des Heizkörpers starken Wärmespannungen und damit der Gefahr der Rißbildung ausgesetzt ist. Außerdem entstehen hohe Wärmeverluste, da die Heizzone nicht scharf begrenzt werden kann. Die Lösung nach der DE 42 30 667 C1 ist raumaufwendig, da der Wärmeübergang wegen der geringen Fläche der Heizstäbe schlecht ist und deshalb die Heizzone relativ lang ausgebildet sein muß und da die Filterkörper wegen ihres runden Querschnitts und ihrer Abstände zueinander den Querschnitt des Filtergehäuses nur unzureichend ausnutzen. Die direkte, segmentweise Aufheizung des Filterkörpers gemäß WO 93/13303 schränkt die Auswahl des Materials für den Filterkörper ein, da er aus einer elektrisch leitfähigen Keramik bestehen muß. Außerdem ist die Aufheizung ungleichmäßig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine wirksame Teilregenerierung des Filterkörpers ohne große Wärmeverluste bei geringem Raumaufwand erzielt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Filterkörper und Heizkörper mittels Trennwandungen in zueinander fluchtende Filterkörpersegmente und Heizkörpersegmente aufgeteilt sind und daß die Heizkörpersegmente jeweils mit eigenen elektrischen Anschlüssen zur separaten Aufheizung versehen sind. Grundgedanke der Erfindung ist es also, die Aufheizung des einströmenden Gases durch einen separaten Heizkörper zu bewirken und sowohl Heizkörper als auch Filterkörper ohne Änderung ihrer Grundform in Heizkörpersegmente und Filterkörpersegmente aufzuteilen, wobei die Aufteilung mittels Trennwandungen erfolgt. Aufgrund der Trennwandungen wird der Gasstrom segmentweise aufgeteilt, so daß die Regeneration unter Vermeidung größerer Wärmeverluste auf jeweils ein Segment begrenzt werden kann, indem nur dieses Segment des Heizkörpers mit elektrischem Strom beaufschlagt wird. Dabei sorgt der aus Keramikmaterial bestehende Heizkörper aufgrund der Vielzahl der Durchströmkanäle und damit einer großen Wärmeübergangsfläche für einen intensiven Wärmeübergang, so daß die Axialerstreckung des Heizkörpers gering gehalten werden kann. Da das Filtergehäuse Filterkörper und Heizkörper eng anliegend umgeben kann, wird der von dem Filtergehäuse umschlossene Raum optimal genutzt, d. h. die gesamte Filtereinrichtung baut sehr klein.
Der Grundgedanke der Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Außenform von Heiz- und Filterkörper beschränkt, d. h. die erfindungsgemäße Aufteilung kann auch bei rechteckigen (quadratischen) oder polygonen Querschnitten vorgenommen werden. Zur Vermeidung der Verwerfung von Außenflächen empfiehlt sich jedoch ein runder oder ovaler Querschnitt. Des weiteren ist es zweckmäßig, wenn die Aufteilung von Heiz- und Filterkörper mittels gemeinsamer Trennwandungen erfolgt, sich die Trennwandungen also sowohl durch den Heizkörper als auch durch den Filterkörper erstrecken.
Als Material für den Heizkörper eignet sich elektrisch leitfähiges SiC, wie es beispielsweise in der EP 0 796 830 A1 beschrieben ist. Gleiches oder ähnliches Material kann auch für den Filterkörper verwendet werden, wobei man jedoch bei der Auslegung nicht die elektrische Leitfähigkeit berücksichtigen muß.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß Heizkörper und Filterkörper beabstandet sind, wobei der Abstand zweckmäßigerweise 70 mm nicht überschreitet, vorzugsweise im Bereich zwischen 25 bis 50 mm liegt. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kontakt zwischen Heizkörper und Filterkörper vermieden.
Ferner ist vorgesehen, daß die Trennwandungen elektrisch isolierend ausgebildet sind, damit es nicht zu einer Aufheizung der Nachbarsegmente in dem Heizkörper kommt. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Trennwandungen zusätzlich mit einer Wärmeisolierung versehen sind, um den Wärmeverlust gering zu halten. Entsprechendes gilt für das Filtergehäuse. Die Trennwandungen bestehen zweckmäßigerweise aus dem gleichen Material wie das Gehäuse, wobei hierfür vor allem Edelstahl mit thermischer und elektrischer Isolation zweckmäßig ist.
Besonders bevorzugt ist ein Aufteilung von Heizkörper und Filterkörper in der Weise, daß sich die Trennwandungen im Querschnitt von einem Mittelpunkt radial nach außen erstrecken, wobei die Trennwandungen radial gerade oder auch gewellt ausgebildet sein können. Dabei bietet sich ein kreuzförmiger Querschnitt an, so daß Heizkörper und Filterkörper in vier gleich große Segmente aufgeteilt werden. Selbstverständlich kann die Anzahl der Segmente auch geringer oder größer sein. Zweckmäßig ist die Aufteilung in der Weise, daß sich gleich große Filter- bzw. Heizkörpersegmente ergeben. Dies schließt jedoch nicht aus, die Aufteilung so vorzunehmen, daß unterschiedlich große Segmente entstehen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Filterkörper mit einer die Zündtemperatur herabsetzenden Katalysatorbeschichtung versehen ist. Eine solche Beschichtung läßt geringere Temperaturen der Heizkörpersegmente zu und reduziert den Strombedarf. Als Materialien für die Katalysatorbeschichtung kommen Edelmetalle, wie beispielsweise Rhodium, Iridium, Palladium oder Platin in Frage.
Der Heizkörper weist zweckmäßigerweise parallele, sich in Durchströmrichtung erstreckende, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt aufweisende Durchströmkanäle auf, wie dies beispielsweise von dem Heizkörper nach der US 4 505 107 bekannt ist. Aber auch andere Querschnittsformen sind denkbar.
Der Filterkörper ist vorteilhafterweise von dem Typ, bei dem nebeneinander und sich abwechselnd Einströmkanäle und Ausströmkanäle vorhanden sind, die durch poröse, filterwirksame Längswandungen getrennt sind, wobei die Einströmkanäle einströmseitig offen und ausströmseitig geschlossen und die Ausströmkanäle einströmseitig geschlossen und ausströmseitig offen ausgebildet sind. Dies schließt nicht aus, Filterkörper zu verwenden, wie sie beispielsweise aus der WO 93/13303 bekannt sind und die keine definierten Strömungskanäle aufweisen.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1
eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung mit Teilschnitten;
Fig. 2
einen Heizkörper für die Filtereinrichtung gemäß Fig. 1.
Die in Figur 1 dargestellte Filtereinrichtung 1 hat ein im Querschnitt ovales Filtergehäuse 2, das sich auslaßseitig konisch verjüngt und in einem Flansch 3 endet. Über diesen Flansch 3 kann die Filtereinrichtung 1 mit einem sich anschließenden Auspuffrohr verbunden werden. Der eingangsseitige Teil des Filtergehäuses 2 ist hier weggeschnitten. Er ist ähnlich gestaltet wie der ausgangsseitige Teil und weist endseitig einen Flansch auf, mit dem er an den motorseitigen Abschnitt des Auspuffsrohrs angeschlossen werden kann.
In dem Filtergehäuse 2 sind einlaßseitig ein Heizkörper 4 und auslaßseitig ein Filterkörper 5 angeordnet. Heizkörper 4 und Filterkörper 5 haben identischen ovalen Querschnitt, der an den Querschnitt des Filtergehäuses 2 angepaßt ist. Sie sind in Durchströmrichtung beabstandet.
Der Heizkörper 4 besteht aus elektrisch leitfähigem Keramikmaterial und ist im Querschnitt gitterförmig gestaltet, so daß sich eine Vielzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden, offenen Durchströmkanälen - beispielhaft mit 6 bezeichnet - ergeben. Der Filterkörper 5 ist im Querschnitt ähnlich gitterförmig gestaltet. Jedoch sind einlaßseitig schachbrettartig ein Teil der Kanäle geschlossen, so daß sich abwechselnd und nebeneinander einlaßseitig offene Einströmkanäle - beispielhaft mit 7 bezeichnet - und einlaßseitig geschlossene Ausströmkanäle - beispielhaft mit 8 bezeichnet - ergeben. Die Einströmkanäle 7 sind auslaßseitig geschlossen und die Ausströmkanäle 8 auslaßseitig offen ausgebildet. Zwischen Einströmkanälen 7 und Ausströmkanälen 8 verlaufen poröse, filterwirksame Längswandungen - beispielhaft mit 9 bezeichnet. Damit das Gas von den Einströmkanälen 7 in die Ausströmkanäle 8 gelangen kann, muß es die Längswandungen 9 durchströmen. Bei diesem Vorgang werden die Rußpartikel an und in den Längswandungen 9 abgelagert, und aus dem Ausströmkanälen 8 tritt entsprechend gereinigtes Abgas aus. Entsprechende Filterkörper sind beispielsweise der Figur 5 der EP 0 336 883 A1 und der US 4 897 096 zu entnehmen.
Der Heizkörper 4 ist durch kreuzförmig angeordnete Trennwandungen 10, 11, 12, 13 in vier gleich große Heizkörpersegmente 14, 15, 16, 17 aufgeteilt. Die Trennwandungen 10, 11, 12, 13 erstrecken sich radial bis zur Innenwand des Filtergehäuses 2. Sie isolieren die Heizkörpersegmente 14, 15, 16, 17 elektrisch und auch thermisch. Die Trennwandungen 10, 11, 12, 13 setzen sich axial in Richtung Auslaß fort und durchsetzen auch den Filterkörper 5 über seine gesamte axiale Länge, so daß der Filterkörper 5 ebenfalls entsprechend aufgeteilt wird, und zwar in vier gleich große Filterkörpersegmente 18, von denen hier nur eines zu sehen ist.
Jedem Heizkörpersegment 14, 15, 16, 17 ist ein Paar von an der Außenseite des Filtergehäuses 2 angeordneten Elektroanschlüssen 19, 20 zugeordnet, die innenseitig über entsprechende Elektroden mit dem jeweils zugehörigen Heizkörpersegment 14, 15, 16, 17 verbunden sind. Jedes Paar von Elektroanschlüssen 19, 20 ist mit einer Steuereinrichtung verbunden, die hier nicht näher dargestellt ist. Über die Steuereinrichtung können die Heizkörpersegmente 14, 15, 16, 17 getrennt voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagt werden. Die elektrische Leitfähigkeit der Heizkörpersegmente 14, 15, 16, 17 ist so eingestellt, daß sie sich bei der Strombeaufschlagung auf eine hohe Temperatur erhitzen. Hierdurch wird derjenige Teil des Abgasstroms, der das aufgeheizte Heizkörpersegment 14, 15, 16 bzw. 17 durchströmt, auf eine Temperatur erhitzt, die oberhalb der Zündtemperatur des in dem Filterkörper 5 abgelagerten Rußes liegt. In dem mit dem aufgeheizten Heizkörpersegment 14, 15, 16 bzw. 17 fluchtenden Filterkörpersegment 18 wird folglich der Ruß abgebrannt und somit das Filterkörpersegment 18 regeneriert. Nacheinander können auch die anderen Filterkörpersegmente 18 durch entsprechende Strombeaufschlagung des jeweils fluchtenden Heizkörpersegmentes 14, 15, 16 bzw. 17 regeneriert werden.
In Figur 2 ist ein Heizkörper 31 dargestellt, der von einem nur teilweise dargestellten Filtergehäuse 33 umgeben ist. Der Heizkörper 31 ist durch Trennwandungen 34, 35, 36, 37 in vier gleich große Heizkörpersegmente 38, 39, 40, 41 aufgeteilt. Die Trennwandungen 34, 35, 36, 37 sind jedoch nicht - wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 - gerade gestreckt ausgebildet, sondern haben Wellenform. Es versteht sich, daß diese Wellenform sich in dem hier nicht gezeigten Filterkörper fortsetzt, so daß der Filterkörper entsprechend in Filterkörpersegmente aufgeteilt wird.

Claims (15)

  1. Filtereinrichtung (1), insbesondere als Rußfilter für Dieselmotorabgase, mit einem Filtergehäuse (2, 33), das einen Gaseinlaß und einen Gasauslaß hat und in dem ein Filterkörper (5) aus wenigstens teilweise porösem Keramikmaterial und einlaßseitig davor ein mit Durchströmkanälen (6) versehener Heizkörper (4, 31) aus elektrisch leitfähigem Keramikmaterial angeordnet ist, wobei der Heizkörper (4, 31) mit mehreren elektrischen Anschlüssen (19, 20) für eine segmentweise elektrische Aufheizung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Filterkörper (5) und Heizkörper (4, 31) mittels Trennwandungen (10, 11, 12, 13) in zueinander fluchtende Filterkörpersegmente (18) und Heizkörpersegmente (14, 15, 16, 17; 38, 39, 40, 41) aufgeteilt sind und daß die Heizkörpersegmente (14, 15, 16, 17; 38, 39, 40, 41) jeweils mit eigenen elektrischen Anschlüssen (19, 20) versehen sind.
  2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Filterkörper (5) und Heizkörper (4, 31) einen runden oder ovalen Querschnitt haben.
  3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Filterkörper (5) und Heizkörper (4, 31) mittels gemeinsamer Trennwandungen (10, 11, 12, 13) aufgeteilt sind.
  4. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (4, 31) aus SiC besteht.
  5. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (5) aus SiC besteht.
  6. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Heizkörper (4, 31) und Filterkörper (5) beabstandet sind.
  7. Filtereinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Heizkörper (4, 31) und Filterkörper (5) nicht größer als 70 mm ist, vorzugsweise zwischen 25 und 50 mm liegt.
  8. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwandungen (10, 11, 12, 13; 34, 35, 36, 37) elektrisch isolierend ausgebildet sind.
  9. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwandungen (10, 11, 12, 13; 34, 35, 36, 37) mit einer Wärmeisolierung versehen sind.
  10. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Trennwandungen (10, 11, 12, 13; 34, 35, 36, 37) von einem Mittelpunkt radial nach außen erstrecken.
  11. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Filterkörper (5) und Heizkörper (4) in gleich große Filterkörpersegmente (18) bzw. Heizkörpersegmente (14, 15, 16, 17; 38, 39, 40, 41) aufgeteilt sind.
  12. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (5) mit einer die Zündtemperatur herabsetzenden Katalysatorbeschichtung versehen ist.
  13. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper (4, 31) parallele, sich in Durchströmrichtung erstreckende Durchströmkanäle (6) aufweist.
  14. Filtereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmkanäle (6) rechteckigen Querschnitt haben.
  15. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkörper (5) nebeneinander und sich abwechselnd Einströmkanäle (7) und Ausströmkanäle (8) hat, die durch poröse, filterwirksame Längswandungen (9) getrennt sind, wobei die Einströmkanäle (7) einströmseitig offen und ausströmseitig geschlossen und die Ausströmkanäle (8) einströmseitig geschlossen und ausströmseitig offen ausgebildet sind.
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