EP2625415A1 - Abgasrückführfilter, brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasrückführfilter, brennkraftmaschine

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Publication number
EP2625415A1
EP2625415A1 EP11763709.0A EP11763709A EP2625415A1 EP 2625415 A1 EP2625415 A1 EP 2625415A1 EP 11763709 A EP11763709 A EP 11763709A EP 2625415 A1 EP2625415 A1 EP 2625415A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exhaust gas
gas recirculation
filter
exhaust
filter according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11763709.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Sauter
Bernhard Schwalk
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.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP2625415A1 publication Critical patent/EP2625415A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/35—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for cleaning or treating the recirculated gases, e.g. catalysts, condensate traps, particle filters or heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
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    • F02M26/14—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system
    • F02M26/15—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories in relation to the exhaust system in relation to engine exhaust purifying apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23—Layout, e.g. schematics
    • F02M26/28—Layout, e.g. schematics with liquid-cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas recirculation filter for installation in an external exhaust gas recirculation line of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1 and an internal combustion engine equipped therewith.
  • An internal combustion engine which is used in particular in a motor vehicle, usually has a fresh air line for supplying fresh air to cylinders of the internal combustion engine and an exhaust pipe for discharging exhaust gas from the cylinders.
  • a fresh air line for supplying fresh air to cylinders of the internal combustion engine
  • an exhaust pipe for discharging exhaust gas from the cylinders.
  • Exhaust gas recirculation line may be provided which the exhaust pipe with the
  • Fresh air line fluidly connects and thus returns exhaust gas from the exhaust pipe to the fresh air line.
  • an exhaust gas recirculation cooler in the exhaust gas recirculation line in order to cool the recirculated exhaust gas.
  • Exhaust gas recirculation line runs outside the internal combustion engine, it is an external exhaust gas recirculation line.
  • an external exhaust gas recirculation it may be appropriate to connect the exhaust gas recirculation line downstream of a catalyst and / or a particulate filter to the exhaust pipe to
  • the problem here is that conventional catalysts and particulate filter have ceramic substrates and secrete due to aging effects particles that are carried in the exhaust gas flow.
  • the vibrations and vibrations occurring during operation of an internal combustion engine produce a certain amount of abrasion on a ceramic catalyst element.
  • This abrasion forms particles that can be carried along by the exhaust gas flow.
  • Metallic particles, such as welding beads, can occur which, for example, can be detached from the welded assembly exhaust pipe by vibration. Such particles can damage the internal combustion engine as well as a charge device optionally arranged in the fresh air line.
  • an exhaust gas recirculation filter which can be installed in such an external exhaust gas recirculation line.
  • Such an exhaust gas recirculation filter has a filter housing in which a filter element is arranged, which filters out particles which are entrained in the recirculated exhaust gas. This effectively prevents damage to the
  • the known exhaust gas recirculation filter is provided for installation upstream of the exhaust gas recirculation cooler in the exhaust gas recirculation line in order to protect the exhaust gas recirculation cooler from exposure to particles.
  • Exhaust gas turbocharger is connected to the fresh air line.
  • the present invention deals with the problem for a
  • the invention is initially based on the general idea, the filter element or the exhaust gas recirculation filter in the return line downstream of the
  • Temperature dependence of the flow resistance is so strong that by the arrangement of the filter element or the exhaust gas recirculation filter downstream of the exhaust gas recirculation cooler, the flow resistance, for example.
  • the flow resistance for example.
  • Exhaust gas recirculation cooler can be used cheaper materials for the production of the exhaust gas recirculation filter or the filter element.
  • a filter housing of the exhaust gas recirculation filter, in which the filter element is arranged are now made of plastic, while in a conventional arrangement on the hot side of the exhaust gas recirculation cooler must necessarily be made of metal or ceramic.
  • a mist eliminator may be provided downstream of the exhaust gas recirculation filter or the filter element.
  • a droplet can liquid droplet, in particular water droplets, which are carried in the exhaust gas flow, from the exhaust gas flow are excreted.
  • Such drops of liquid can arise in and downstream of the exhaust gas recirculation cooler, especially by condensation.
  • the drops are predominantly formed on the cold walls of the radiator.
  • the filter element a
  • Such droplets can represent a comparatively high mechanical load for a compressor of an exhaust gas turbocharger, which can lead to abrasion and corrosion of a compressor wheel or a compressor housing.
  • the arrangement of the mist eliminator downstream of the filter element can reduce such a risk of damaging the compressor.
  • the exhaust gas recirculation filter with integrated droplet separator can be arranged particularly simply downstream of the exhaust gas recirculation filter in the exhaust gas recirculation line.
  • a sump for collecting separated liquid may also be formed in the filter housing.
  • the separated liquid for operating phases of the internal combustion engine in which condensate is obtained in the recirculated exhaust gas be collected or stored to later in operating phases in which no condensation, but rather an evaporation or a
  • the sump forms a within the filter housing
  • the separated liquid can also be actively evaporated, for example.
  • the sump can be designed comparatively small with regard to its collecting volume.
  • the exhaust gas recirculation filter for the evaporation or evaporation of the liquid collected in the sump is not dependent on an operating phase of the internal combustion engine, which also provides sufficient heat for evaporating the stored in the sump condensate in the exhaust downstream of the exhaust gas recirculation cooler.
  • said heater may comprise at least one PTC element, wherein PTC stands for Positive Temperature Coefficient.
  • PTC Positive Temperature Coefficient
  • the heater can heat a lying in the installed position of the exhaust gas recirculation filter in the direction of gravity bottom bottom of the sump. This results in a particularly effective heat coupling between heating and condensate.
  • the heater may also be configured as a separate component, which is installed in a filter housing formed on the heating receptacle. Especially Thus, the heater can be manufactured as a separate unit and installed as such unit in the filter housing.
  • a wick may be provided, which projects on the one hand into the sump and on the other hand is exposed to a gas flow.
  • the wick can be laid so that it is exposed to the exhaust gas flow in the exhaust pipe or in the exhaust gas recirculation line or that it is exposed to the fresh air flow in the fresh air line.
  • a drain opening may be provided which is fluidly connected to the sump to the accumulated in the sump liquid from the filter housing
  • This drain opening can expediently be arranged in the region of the filter element, in particular radially thereto.
  • a dividing wall can be arranged between the drain opening and the filter element, in order to avoid a direct flow of the drain opening and an arrival or flow through the
  • the mist eliminator a transverse wall prevents direct flow of the inlet region of the drain opening and thus supports an arrival or flow through the droplet, which improves its efficiency.
  • the mist eliminator a
  • the sump may be formed by a formed in the interior of the filter housing, in particular trough-shaped depression, which is arranged in the installed position of the exhaust gas recirculation filter in the direction of gravity below the Tropfenabscheiders and open at the top.
  • the sump has a particularly simple geometric shape, whereby it is also particularly simple and inexpensive to implement within the filter housing.
  • the filter housing may have, downstream of the drop separator, a guide collar projecting counter to the exhaust gas flow direction, which collects liquid moving along an inner side of the filter housing in the exhaust gas flow direction and discharges in the direction of the sump. Because the
  • the sump can also extend over a substantial portion of the filter element, that is, clearly opposite to the exhaust gas flow direction away from the mist eliminator. As a result, the collecting volume of the sump can be increased accordingly.
  • the mist eliminator can be configured as a lamella separator, which several more parallel to each other has extending and arranged in the flow path of the exhaust gas flow slats.
  • Such fins may have a wave profile, in particular in the exhaust gas flow direction.
  • each lamella can have at least one collecting channel oriented in the direction of the gravitational force, which discharges the separated liquid, in particular to a drainage device of the droplet separator.
  • the drainage device can supply the separated liquid to the aforementioned sump.
  • the slats have a slat longitudinal direction, with which they in the
  • Exhaust flow direction are oriented, and a lamella transverse direction, with which they protrude into the flow path of the exhaust gas.
  • the slats are arranged with their slats transverse direction with respect to the direction of gravity inclined, in particular
  • the lamellae are inclined with respect to the direction of gravity in such a way that they come from or to the filter element in the
  • Exhaust flow direction are inclined.
  • Liquid droplets in any case meet against such a blade and attach to it, while the inclination in the transverse direction causes the exhaust gas flow along the lamella deposited liquid droplets along the slat transverse direction drives and thus supports the discharge of the separated liquid.
  • the slats can extend into the aforementioned sump, resulting in a particularly simple structure.
  • the lamellae it is possible for the lamellae to be designed as a monolithic lamella block which comprises a lamella carrier connecting the lamellae to one another.
  • the slats can be particularly simple, namely use as a unit in the form of the fins block in the filter housing.
  • the monolithic lamella block may comprise the aforementioned partition wall and / or the likewise aforementioned transverse wall.
  • the filter housing is made of plastic.
  • the exhaust gas recirculation filter is particularly inexpensive.
  • the filter element preferably has a filter material of a lattice structure. Preference is given to a woven grid structure. A mesh size of the lattice structure is preferably less than 100 pm, so that solid particles larger than 100 pm can be reliably filtered out of the exhaust gas flow.
  • the filter housing may have an exhaust gas inlet and axially aligned therewith an exhaust gas outlet.
  • the filter element can be arranged coaxially with the exhaust gas inlet and exhaust gas outlet, which likewise favors a low flow resistance.
  • the filter housing can be a monolithic inlet block having a Has exhaust inlet, and having a monolithic exhaust block having an exhaust outlet, which simplifies the structure of the filter housing.
  • a monolithic intermediate block may be provided, which is arranged axially between the inlet block and the outlet block.
  • the intermediate block between the inlet block and the outlet block can be axially braced, whereby the intermediate block by this tension on
  • Filter housing is attached or integrated therein.
  • the above-mentioned drain opening may be formed in the intermediate block.
  • the droplet separator can be arranged in a separation chamber of the filter housing, which merges via a cross-sectional reduction into an exhaust gas outlet.
  • the flow-through cross-section can be kept substantially constant despite the filter element and droplet separator within the filter housing in order to avoid excessive pressure increase in the flow through the exhaust gas recirculation filter.
  • at least one pressure relief opening can now be provided, which the
  • Separating chamber through the cross-section reduction fluidly connects with the exhaust gas outlet.
  • the filter element is expediently configured as a mechanically filtering filter element, that is, by a mesh size or pore size of its
  • the filter element may comprise a filter material of lattice structure secured to an annular flange by which the filter element is secured to the filter housing, wherein it may be provided in particular that the annular flange axially braces axially between the aforesaid intermediate block and said inlet block and thereby is attached to the filter housing.
  • the engine equipped with such an exhaust gas recirculation filter can preferably be designed as a supercharged internal combustion engine having a charging device in the fresh air line. The exhaust gas recirculation line is then connected upstream of the charging device to the fresh air line.
  • the charging device may be formed by a compressor of an exhaust gas turbocharger whose turbine is arranged in the exhaust pipe, in which case the exhaust gas recirculation line is connected downstream of the turbine to the exhaust pipe.
  • a droplet separator can be arranged in the exhaust pipe downstream of the filter element, which is preferably arranged in the filter housing, which also contains the filter element.
  • Exhaust gas recirculation filter is installed in the exhaust gas recirculation line so that the
  • Exhaust gas flow direction in the filter housing runs perpendicular to the direction of gravity. This makes it possible to use the gravity for discharging or for driving the deposited condensate, for example. To supply the condensate to the sump.
  • Fig. 1 is a greatly simplified schematic diagram of a schematic
  • 3 to 5 each show an isometric longitudinal section of the exhaust gas recirculation cooler, but other embodiments.
  • an internal combustion engine 1 which in a
  • Motor vehicle may be arranged, an engine block 2, the more
  • combustion chambers 3 Contains combustion chambers 3.
  • four combustion chambers 3 are shown without limiting the generality.
  • the combustion chambers 3 are each located in a cylinder 4, in which a piston, not shown, is arranged adjustable in stroke.
  • the internal combustion engine 1 is a piston engine, which may be designed as a diesel engine or as a gasoline engine. Shown is a series engine. Likewise, a V-engine or a W-motor or a boxer engine is conceivable.
  • the internal combustion engine 1 has a fresh air system 5, passes through the fresh air to the combustion chambers 3.
  • the fresh air system 5 has in the example a fresh air line 6, in which an air filter 7 is arranged and to a Fresh air manifold 8 leads, which supplies the fresh air via individual tubes 9 to the individual combustion chambers 3.
  • the fresh air system 5 can also be designed with two columns, ie have two parallel fresh air lines 6.
  • the internal combustion engine 1 has an exhaust system 10, via which exhaust gas is discharged from the combustion chambers 3.
  • the exhaust system 10 has z. Ex. An exhaust pipe 1 1, which goes off from an exhaust manifold 12, which in turn is connected via individual tubes 13 to the combustion chambers 3. Likewise, it is possible to design the exhaust system 10 in two columns, so that it then has two mutually parallel exhaust pipes 1 1.
  • the exhaust system 10 may include a particulate filter 14 which is disposed in the exhaust pipe 11.
  • the exhaust system 10 further exhaust purification devices, such. For example, an SCR catalyst, which is usually arranged downstream of the particulate filter 14, and an oxidation catalyst, not shown, which is usually arranged upstream of the particulate filter 14.
  • the particle filter 14 is expediently arranged downstream of a turbine 24 so that the turbine 24 has as much exhaust gas enthalpy as possible.
  • muffler devices may be present.
  • the internal combustion engine 1 is also equipped with an exhaust gas recirculation system 15, which is also referred to below as the EGR system 15. It serves to recirculate exhaust gas from the exhaust system 10 to the fresh air system 5.
  • the EGR system 15 an exhaust gas recirculation line 16, which in the
  • the EGR line 16 is connected via an extraction point 17 to the exhaust system 10 and to the exhaust pipe 1 1 and connected via a discharge point 18 to the fresh air system 5 and at the fresh air line 6.
  • the removal point 17 is positioned downstream of the particle filter 14.
  • the discharge point 18 is positioned downstream of the air filter 7.
  • the EGR system 15 contains in the EGR line 16 an exhaust gas recirculation cooler 19, which is also referred to below as an EGR cooler 19 becomes.
  • the EGR cooler 19 may, for example, be connected to a cooling circuit 20, which in turn may be coupled to a cooling circuit, not shown, of the internal combustion engine 1 for cooling the engine block 2 heat transfer or may form part of it.
  • the EGR system 15 has a
  • Exhaust gas recirculation valve 21, which can also be referred to as EGR valve 21 below.
  • the EGR valve 21 is disposed in the EGR passage 16 upstream of the EGR cooler 19. It is also possible to arrange the EGR valve 21 downstream of the EGR cooler 19 in the EGR passage 16.
  • the EGR valve 21 may also be integrated in the EGR cooler 19 on the input side or on the output side.
  • the internal combustion engine 1 shown here is charged.
  • it has a charging device 22, which in the preferred example shown by a
  • Exhaust gas turbocharger is formed, which is also referred to below with 22.
  • the charging device 22 and the exhaust gas turbocharger 22 With the help of the charging device 22 and the exhaust gas turbocharger 22, the
  • the charging device is configured as an exhaust gas turbocharger 22, which has a compressor 23 arranged in the fresh air system 5 or in its fresh air line 6 and a turbine 24 connected thereto which is arranged in the exhaust system 10 or in the exhaust pipe 11 thereof.
  • the compressor 23 arranged in the fresh air system 5 or in its fresh air line 6 and a turbine 24 connected thereto which is arranged in the exhaust system 10 or in the exhaust pipe 11 thereof.
  • the fresh air system 5 or in the fresh air line 6 may optionally downstream of the compressor 23 a
  • Intercooler 25 may be arranged, which is preferably connected to a cooling circuit 26.
  • this cooling circuit 26 may, for example, be coupled to the aforementioned cooling circuit of the internal combustion engine 1 for cooling the engine block 2 heat transfer or form part of it.
  • a purely exemplary throttle valve 27 is shown in the fresh air system 5 z. Ex. In the fresh air line 6 is arranged, downstream of the charge air cooler 25 and upstream of the fresh air manifold 8. Likewise, the throttle 27 may be integrated on the input side into the fresh air manifold 8. Furthermore, in principle, a throttle-free design of the
  • the exhaust system 10 optionally has an exhaust throttle 28, which is arranged in the exhaust pipe 11 downstream of the removal point 17. With the help of such an exhaust throttle 28, if necessary, the pressure in the exhaust gas upstream of the exhaust throttle 28 can be increased to the pressure difference between
  • Extraction point 17 and discharge point 18 to enlarge. This pressure difference drives the recirculated exhaust gas.
  • the internal combustion engine 1 is also equipped with a filter element 29 which serves to filter out particles entrained in the recirculated exhaust gas.
  • This filter element 29 is arranged in the EGR line 16 downstream of the EGR cooler 19. Thus, the filter element 29 is only cooled
  • the filter element 29 has a comparatively low flow resistance for a relatively cold exhaust gas flow, while it has a comparatively high flow resistance for a relatively hot exhaust gas flow.
  • a mist eliminator 30 is arranged downstream of the filter element 29 in the EGR line 16 downstream of the filter element 29, with the aid of drops or Droplets can be separated from the exhaust gas flow. Droplets can be generated in the exhaust gas flow, especially downstream of the EGR cooler 19 by condensation, the filter element 29 being particularly suitable for forming condensate and bringing it together to form droplets.
  • Fig. 1 also shows a preferred embodiment in which the
  • Filter element 29 and the droplet 30 are arranged in a common housing 31, namely in a filter housing 31 of an exhaust gas recirculation filter 32.
  • This exhaust gas recirculation filter 32 will be explained in more detail below with reference to FIG. 2 and may also be referred to below as EGR filter 32.
  • the EGR filter 32 is installed in the EGR passage 16 so that in this installation state
  • Exhaust gas flow or its exhaust gas flow direction, which is indicated in Fig. 2 by an arrow 33, in the filter housing 31 is perpendicular to the direction of gravity, which is indicated in Fig. 2 by an arrow 34.
  • the EGR filter 32 accordingly has the filter housing 31, in which the filter element 29 and downstream thereof
  • Droplet 30 are arranged.
  • the filter housing 31 according to Flg. 2 an inlet flange 35 and an outlet flange 36, with which the filter housing 31 can be screwed to corresponding mating flanges of the EGR line 16.
  • corresponding screw bushes 37 may be provided on the respective flange 35, 36, of which in Fig. 2, however, only one is recognizable.
  • the flanges 35, 36 are equipped with seals 38.
  • a sump 39 is also formed in the filter housing 31. The sump 39 is in the installed state with respect to
  • the EGR filter 32 shown in FIG. 2 is equipped with a heater 40, by means of which the sump 39 or at least the liquid collected in the sump 39 can be heated. With the help of the heater 40, the liquid collected in the sump 39 can be heated as needed so far that it again evaporated and entrained with the exhaust gas flow 33 or from the
  • Filter housing 31 can be removed.
  • the heater 40 has at least one PTC element 41.
  • Target temperature is largely accurately adjustable, without requiring a complex control of the PTC element 41 supplied current is required. The closer the PTC element 41 approaches the target temperature to be set, the greater will be its electrical resistance and the lower will be
  • the heater 40 is arranged on the filter housing 31 so that it is a bottom 42 of the sump 39 can be heated, which is in the installation position of the EGR filter 32 shown below. 2 shows a preferred embodiment in which the heater 40 with respect to the rest of the EGR filter 32, a separate component or
  • Assembly forms which is attached to the filter housing 31.
  • the filter housing 31 has a heater receptacle 43, in which the heater 40 is installed.
  • the embodiments of the EGR filter 32 shown in FIGS. 3 to 5 can also optionally be equipped with such a heater 40.
  • the mist eliminator 30 is equipped in the example of FIG. 2 with a drainage device 44.
  • the drainage device 44 is formed by a with respect to the direction of gravity 34 at the lower end of the Tropfenabscheiders 30 arranged curved, in particular cylinder-segment-shaped, wall containing a plurality of passage openings 45, with respect to the
  • the embodiments of the EGR filter 32 shown in FIGS. 3 to 5 can also optionally be equipped with such a drainage device 44.
  • the sump 39 is formed by a trough-shaped recess 46, which is formed in the interior of the filter housing 31 and which is open with respect to the direction of gravity 34 upwards and disposed below the Tropfenabscheiders 30.
  • the depression 46 or the sump 39 is dimensioned in the opposite direction to the exhaust gas flow direction 33 via the droplet separator 30, so that the sump 39 or the depression 46 also extends over a substantial portion of the filter element 29.
  • the filter element 29 may have at its, the droplet 30 facing the axial end of a bottom 49, for example, for the
  • Exhaust gas flow 33 may be configured impermeable, so that the
  • Filter element 29 must flow radially to flow through the filter element 29. This results in a direct flow admission to an inner side 48 of the filter housing 31, as a result of which droplet formation can also be observed on this inner side 48. Likewise, the filter element 29 at its the muck 30 facing bottom 49 for the
  • Exhaust gas flow 33 be permeable.
  • a guide collar 50 which protrudes axially against the exhaust gas flow direction 33 from the filter housing 31.
  • the guide collar 50 is preferably in the circumferential direction
  • Filter housing 31 is positioned so that liquid, which moves along the inside 48 of the filter housing 31 in the exhaust gas flow direction 33, collects on the guide collar 50 and is discharged in the direction of the sump 39.
  • the guide collar 50 forms between itself and the inside 48 of the
  • Filter housing 31 an annular groove in which the liquid can collect and flows due to gravity to the sump 39 out.
  • the mist eliminator 30 is designed as a lamella separator, which is arranged parallel to one another and perpendicular to the one in FIG. 2
  • Exhaust flow direction 33 arranged fins 51 has.
  • the fins 51 have at least in the embodiments of FIGS. 2 and 3 in the exhaust gas flow direction 33, a wave profile 52, which the recording and Deposition of liquid drops favors.
  • each louver 51 has at least one collecting channel 53 which extends in the direction of gravity 34 and which leads the separated liquid to the drainage device 44 in the embodiment shown in FIG. 2 and directly to the sump in the embodiments shown in FIGS. 3 to 5 39 feeds.
  • Collecting channel 53 is in this case formed in each case by an L-shaped or V-shaped profile body, which is opposite to the respective lamella 51
  • the filter housing 31 is made of plastic. This is possible since it is located downstream of the exhaust gas recirculation cooler 19 and is therefore exposed to comparatively cool exhaust gases.
  • the filter element 29 has a filter material, which preferably consists of a
  • Lattice structure exists whose mesh size can be less than 100 pm. It may be a metallic lattice structure or a lattice structure made of plastic.
  • a drain opening 54 which is fluidly connected to the sump 39 to lead out the accumulated in the sump 39 liquid from the filter housing 31, for example directly into an environment of the exhaust system, optionally in conjunction with a suitable valve device.
  • This drain opening 54 may be expediently arranged in the region of the filter element 29, in particular radially thereto.
  • a partition 55 may be arranged to provide a direct flow of the
  • a transverse wall 56 may divide the sump 39 into a drainage space 57 fluidly connected to the drainage opening 54 and a collecting space 58.
  • Transverse wall 56 is designed to be permeable to the separated liquid, for example by means of at least one passage opening 59 which the
  • Drainage space 57 fluidly connects through the transverse wall 56 with the collecting space 58. Also, this transverse wall 56 prevents direct flow of the inlet region of the drain opening 54 and thus supports an arrival or flow through the Tropfenabscheiders 30, which improves its efficiency.
  • the fins 51 have a direction indicated by a double arrow
  • the lamellae 51 are arranged with their lamella transverse direction 61 inclined relative to the direction of gravity 34, wherein it can be seen in the examples that the lamellae 51 are inclined with respect to the direction of gravity 34 in such a way that they come from or to the filter element 29, namely, with respect to the bottom 49 thereof have a distance 62 which is measured in the Abgaströmungscardi 33 and which increases in the direction of gravity 34.
  • the fins 51 are inclined with their slats longitudinal direction 60 relative to the exhaust gas flow direction 33. The inclination or setting of the fins 51 with respect to the exhaust gas flow direction 33 with respect to their longitudinal direction 60 or
  • Transverse direction 61 favors the separation effect, since the employment in the longitudinal direction 60 inevitably to a deflection or deflection of the Exhaust gas flow leads to the respective blade 51, so that entrained
  • Liquid droplets in any case meet against such a blade 51 and accumulate on it, while the inclination in the transverse direction 61 causes the exhaust gas flow drives the attached to the fins 51 liquid droplets along the lamella transverse direction 61 and so the discharge of
  • the fins 51 may extend according to the embodiment shown in FIG. 5 into the sump 39, resulting in a
  • FIGS. 2 to 5 are identical to each other. Furthermore, in all embodiments shown here, FIGS. 2 to 5 are identical to each other.
  • the slats 51 are configured as a monolithic slat block 63, the one connecting the slats 51 together
  • Plate carrier 64 includes.
  • the slats 51 can be inserted into the filter housing 31 in a particularly simple manner, namely as a unit in the form of the slat block 63.
  • Lamella block 63, the partition 55 and / or the transverse wall 56 include.
  • the filter housing 31 can have an exhaust gas inlet 65 and axially aligned with an exhaust gas outlet 66.
  • the filter element 29 may be arranged coaxially with the exhaust gas inlet 65 and the exhaust gas outlet 66, which likewise favors a low flow resistance.
  • the filter housing 32 as a whole is configured as a monolith, preferably of plastic, from the inlet 65 to the outlet 66.
  • the filter housing 32 has a monolithic inlet block 67, which has the exhaust gas inlet 65 and can be made in particular of plastic, and a monolithic outlet block 68, which has the exhaust gas outlet 66 and in particular Plastic can be made.
  • a monolithic inlet block 67 which has the exhaust gas inlet 65 and can be made in particular of plastic
  • a monolithic outlet block 68 which has the exhaust gas outlet 66 and in particular Plastic can be made.
  • the inlet block 67 is directly on
  • Outlet block 68 attached and in contact with this. A corresponding
  • an additional monolithic intermediate block 69 is provided, which is arranged axially between the inlet block 67 and the outlet block 68.
  • the intermediate block 69 between the inlet block 67 and the outlet block 68 may be axially braced, whereby the intermediate block 69 is fixed by this tension on the filter housing 32 and is integrated therein.
  • the aforesaid drainage opening 54 may be formed in the intermediate block 69 (FIGS. 3 and 4) or in the inlet block (FIG. 5). Corresponding grooves and associated axial seals are not specified.
  • the droplet separator 30 may be arranged in a separation chamber 70 of the filter housing 31, which merges via a cross-sectional reduction 71 into the exhaust gas outlet 66. In this way, can be kept substantially constant despite filter element 29 and droplet 30 within the filter housing 31 of the flow-through bare section in order to avoid an excessive pressure increase in the flow through the EGR filter 32.
  • at least one pressure relief opening 72 can now be provided, which the Separating chamber 70 through the cross-section reduction 71 fluidly connects to the exhaust gas outlet 66. It bypasses the respective
  • the filter element 29 is expediently designed as a mechanically filtering filter element 29, that is, by a mesh size or pore size of his
  • the filter element 29 may comprise a filter material of a grid structure 73 which is attached to an annular flange 74, via which the filter element 29 is attached to the filter housing 31. It can be provided according to FIGS. 3 and 4, that the annular flange 74 axially braced axially between the intermediate block 69 and the inlet block 67 and thereby secured to the filter housing 31.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer Frischluftleitung (6) zum Zuführen von Frischluft zu Zylindern (4) der Brennkraftmaschine (1), mit mindestens einer Abgasleitung (11) zum Abführen von Abgas von den Zylindern (4), mit mindestens einer Abgasrückführleitung (16), welche die Abgasleitung (11) mit der Frischluftleitung (6) fluidisch verbindet, mit einem in der Abgasrückführleitung (16) angeordneten Abgasrückführkühler (19), und mit einem in der Abgasrückführleitung (16) angeordneten Filterelement (29) zum Herausfiltern von im rückgeführten Abgas mitgeführten Partikeln. Die Effizienz der Abgasrückführung lässt sich verbessern, wenn das Filterelement (29) in der Abgasrückführleitung (16) stromab des Abgasrückführkühlers (19) angeordnet ist.

Description

Abgasrückführfilter, Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasrückführfilter zum Einbau in eine externe Abgasrückführleitung einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine damit ausgestattete Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine, die insbesondere in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, weist üblicherweise eine Frischluftleitung zum Zuführen von Frischluft zu Zylindern der Brennkraftmaschine sowie eine Abgasleitung zum Abführen von Abgas von den Zylindern auf. Darüber hinaus kann bei einer modernen
Brennkraftmaschine zur Reduzierung der Schadstoffemissionen eine
Abgasrückführleitung vorgesehen sein, welche die Abgasleitung mit der
Frischluftleitung fluidisch verbindet und somit Abgas von der Abgasleitung zur Frischluftleitung rückführt. Um hierbei die Aufladung der Brennkraftmaschine zu verbessern, ist es üblich, in der Abgasrückführleitung einen Abgasrückführkühler vorzusehen, um das rückgeführte Abgas zu kühlen. Sofern eine derartige
Abgasrückführleitung außerhalb der Brennkraftmaschine verläuft, handelt es sich um eine externe Abgasrückführleitung. Bei einer externen Abgasrückführung kann es zweckmäßig sein, die Abgasrückführleitung stromab eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters an die Abgasleitung anzuschließen, um
nachbehandelte bzw. gereinigte Abgase rückführen zu können. Problematisch ist hierbei, dass übliche Katalysatoren und Partikelfilter keramische Substrate besitzen und aufgrund von Alterungseffekten Partikel absondern, die in der Abgasströmung mitgeführt werden. Beispielsweise erzeugen die im Betrieb einer Brennkraftmaschine auftretenden Vibrationen und Erschütterungen einen gewissen Abrieb an einem keramischen Katalysatorelement. Dieser Abrieb bildet dabei Partikel, die von der Abgasströmung mitgeführt werden können. Außerdem können metallische Partikel, z.B. Schweißperlen, auftreten, welche sich z.B. durch Vibration von der Schweißbaugruppe Abgasstrang lösen können. Derartige Partikel können die Brennkraftmaschine sowie eine gegebenenfalls in der Frischluftleitung angeordnete Ladeeinrichtung beschädigen.
Aus der DE 10 2008 038 235 A1 ist ein Abgasrückführfilter bekannt, das in eine solche externe Abgasrückführleitung eingebaut werden kann. Ein derartiges Abgasrückführfilter weist ein Filtergehäuse auf, in dem ein Filterelement angeordnet ist, welches Partikel, die im rückgeführten Abgas mitgeführt sind, herausfiltert. Hierdurch lässt sich effektiv eine Beschädigung der
Brennkraftmaschine aufgrund derartiger Partikel vermeiden. Das bekannte Abgasrückführfilter ist dabei für einen Einbau stromauf des Abgasrückführkühlers in der Abgasrückführleitung vorgesehen, um auch den Abgasrückführkühler vor einer Beaufschlagung mit Partikeln zu schützen.
Es hat sich gezeigt, dass ein derartiges Abgasrückführfilter einen vergleichsweise hohen Strömungswiderstand aufweist, was die Rückführung von Abgasen erschwert. Insbesondere wird dadurch eine so genannte Niederdruck- Abgasrückführung erschwert, bei welcher die Abgasrückführleitung abgasseitig stromab einer Turbine eines Abgasturboladers an die Abgasleitung
angeschlossen ist und frischluftseitig stromauf eines Verdichters des
Abgasturboladers an die Frischluftleitung angeschlossen ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine
Brennkraftmaschine bzw. für ein Abgasrückführfilter der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine effiziente Abgasrückführung auszeichnet. Ferner soll insbesondere eine
Niederdruck Abgasrückführung realisiert werden. Außerdem soll optional der Schutz vor im Abgas mitgeführten Partikeln verbessert werden. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der
unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht zunächst auf dem allgemeinen Gedanken, das Filterelement bzw. das Abgasrückführfilter in der Rückführleitung stromab des
Abgasrückführkühlers anzuordnen. Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, dass der Durchströmungswiderstand des Filterelements eine signifikante
Abhängigkeit von der Temperatur des zu filternden Abgases besitzt. Die
Temperaturabhängigkeit des Durchströmungswiderstands ist dabei so stark, dass durch die Anordnung des Filterelements bzw. des Abgasrückführfilters stromab des Abgasrückführkühlers der Durchströmungswiderstand bspw. um den Faktor 10 reduziert werden kann im Vergleich zu einer Anordnung desselben
Filterelements bzw. desselben Abgasrückführfilters stromauf des
Abgasrückführkühlers. Darüber hinaus ergeben sich durch die vorgeschlagene Anordnung weitere Vorteile. Durch die vorgeschlagene Positionierung des
Filterelements bzw. des Abgasrückführfilters auf der Kaltseite des
Abgasrückführkühlers lassen sich preiswertere Materialien für die Herstellung des Abgasrückführfilters bzw. des Filterelements verwenden. Beispielsweise kann ein Filtergehäuse des Abgasrückführfilters, in dem das Filterelement angeordnet ist, nunmehr aus Kunststoff hergestellt werden, während es bei einer herkömmlichen Anordnung an der Heißseite des Abgasrückführkühlers zwingend aus Metall oder Keramik hergestellt werden muss.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann stromab des Abgasrückführfilters bzw. des Filterelements ein Tropfenabscheider vorgesehen sein. Mit Hilfe eines derartigen Tropfenabscheiders können Flüssigkeitstropfen, insbesondere Wassertropfen, die in der Abgasströmung mitgeführt werden, aus der Abgasströmung ausgeschieden werden. Derartige Flüssigkeitstropfen können im und stromab des Abgasrückführkühlers vor allem durch Kondensation entstehen. Insbesondere entstehen die Tropfen überwiegend an den kalten Wänden des Kühlers. Beispielsweise kann sich am Filterelement ein
Niederschlag kondensierender Flüssigkeit bilden, der bei fortschreitender
Kondensation zu einer Abgabe von Tröpfchen an die Abgasströmung führt.
Derartige Tröpfchen können für einen Verdichter eines Abgasturboladers eine vergleichsweise hohe mechanische Belastung darstellen, die zu Abrasion und Korrosion eines Verdichterrads bzw. eines Verdichtergehäuses führen kann. Durch die Anordnung des Tropfenabscheiders abströmseitig des Filterelements lässt sich eine derartige Gefahr einer Beschädigung des Verdichters reduzieren.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der
Tropfenabscheider in ein Filtergehäuse, in dem auch das Filterelement
angeordnet ist, integriert werden. Hierdurch wird eine kompakte Bauform für ein Abgasrückführfilter geschaffen, das in seinem Filtergehäuse stromab des
Filterelements den Tropfenabscheider enthält. Auf diese Weise lässt sich das Abgasrückführfilter mit integriertem Tropfenabscheider besonders einfach stromab des Abgasrückführfilters in der Abgasrückführleitung anordnen.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann im Filtergehäuse außerdem ein Sumpf zum Sammeln abgeschiedener Flüssigkeit ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die abgeschiedene Flüssigkeit für Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen Kondensat im rückgeführten Abgas anfällt, gesammelt bzw. bevorratet werden, um später bei Betriebsphasen, bei denen keine Kondensatbildung, sondern vielmehr eine Verdunstung bzw. eine
Verdampfung der Flüssigkeit erfolgt, die gesammelte bzw. gespeicherte
Flüssigkeit wieder verdunsten bzw. verdampfen und so aus dem Sumpf abführen zu können. Somit bildet der Sumpf innerhalb des Filtergehäuses einen
Zwischenspeicher für Kondensat.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann außerdem eine Heizung zum Beheizen des Sumpfes bzw. der im Sumpf gesammelten
Flüssigkeit vorgesehen sein. In diesem Fall kann die abgeschiedene Flüssigkeit auch aktiv verdampft werden, bspw. um eine Überfüllung bzw. ein Überlaufen des Sumpfes zu vermeiden. Durch diese Maßnahme kann der Sumpf hinsichtlich seines Sammelvolumens vergleichsweise klein konzipiert werden. Ferner ist das Abgasrückführfilter für die Verdunstung bzw. Verdampfung der im Sumpf gesammelten Flüssigkeit nicht auf eine Betriebsphase der Brennkraftmaschine angewiesen, die auch stromab des Abgasrückführkühlers ausreichend Wärme zum Verdampfen des im Sumpf bevorrateten Kondensats im Abgas bereitstellt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann besagte Heizung zumindest ein PTC-Element aufweisen, wobei PTC für Positive Temperature Coefficient steht. Hierdurch kann die für die Beheizung des Sumpfes gewünschte Temperatur besonders einfach eingestellt werden, da ein derartiges PTC- Element hinsichtlich einer vorbestimmten Zieltemperatur bekanntlich
selbstregelnd ist.
Zweckmäßig kann die Heizung einen in Einbaulage des Abgasrückführfilters in der Schwerkraftrichtung unten liegenden Boden des Sumpfes beheizen. Somit ergibt sich eine besonders effektive Wärmekopplung zwischen Heizung und Kondensat.
Die Heizung kann ferner als separate Komponente ausgestaltet sein, die in eine am Filtergehäuse ausgebildete Heizungsaufnahme eingebaut ist. Insbesondere lässt sich somit die Heizung als separate Einheit fertigen und als solche Einheit in das Filtergehäuse einbauen.
Um die Verdunstung bzw. den Abtransport des Kondensats aus dem Sumpf zu begünstigen, kann auch ein Docht vorgesehen sein, der einerseits in den Sumpf hineinragt und andererseits einer Gasströmung ausgesetzt ist. Dabei kann der Docht so verlegt werden, dass er der Abgasströmung in der Abgasleitung oder in der Abgasrückführleitung ausgesetzt ist oder dass er der Frischluftströmung in der Frischluftleitung ausgesetzt ist.
Zusätzlich oder alternativ können weitere vorteilhafte Ausführungsformen in beliebiger Kombination die folgenden Merkmale aufweisen. Beispielsweise kann eine Ablauföffnung vorgesehen sein, die mit dem Sumpf fluidisch verbunden ist, um die im Sumpf angesammelte Flüssigkeit aus dem Filtergehäuse
herauszuführen, z.B. unmittelbar in eine Umgebung der Abgasanlage,
gegebenenfalls in Verbindung mit einer geeigneten Ventileinrichtung. Diese Ablauföffnung kann zweckmäßig im Bereich des Filterelements, insbesondere radial dazu, angeordnet sein. Optional kann zwischen der Ablauföffnung und dem Filterelement eine Trennwand angeordnet sein, um eine direkte Anströmung der Ablauföffnung zu vermeiden und eine An- bzw. Durchströmung des
Tropfenabscheiders zu begünstigen. Ferner kann eine Querwand den Sumpf in einen mit der Ablauföffnung fluidisch verbundenen Ablaufraum und einen
Sammelraum unterteilen, wobei die Querwand für die abgeschiedene Flüssigkeit durchlässig ausgestaltet ist, beispielsweise mittels wenigstens einer
Durchtrittsöffnung, die den Ablaufraum durch die Querwand hindurch fluidisch mit dem Sammelraum verbindet. Auch diese Querwand verhindert eine unmittelbare Anströmung des Eintrittsbereichs der Ablauföffnung und unterstützt so eine An- bzw. Durchströmung des Tropfenabscheiders, was dessen Effizienz verbessert. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Tropfenabscheider eine
Drainageeinrichtung aufweisen, die abgeschiedene Flüssigkeit dem Sumpf zuführt. Auf diese Weise wird die Effizienz des Tropfenabscheiders verbessert. Ebenso wird die Wirkung des Sumpfes optimiert.
Zweckmäßig kann der Sumpf durch eine im Inneren des Filtergehäuses ausgebildete, insbesondere wannenförmige, Vertiefung gebildet sein, die in Einbaulage des Abgasrückführfilters in der Schwerkraftrichtung unterhalb des Tropfenabscheiders angeordnet und nach oben offen ist. Hierdurch besitzt der Sumpf eine besonders einfache geometrische Gestalt, wodurch er auch besonders einfach und kostengünstig innerhalb des Filtergehäuses realisierbar ist.
Das Filtergehäuse kann stromab des Tropfenabscheiders einen entgegen der Abgasströmungsrichtung abstehenden Führungskragen aufweisen, der sich entlang einer Innenseite des Filtergehäuses in der Abgasströmungsrichtung bewegende Flüssigkeit sammelt und in Richtung Sumpf abführt. Da die
Kondensation nicht ausschließlich am Filterelement stattfindet, sondern auch an der Innenseite des Filtergehäuses erfolgen kann, kann mit Hilfe des
Führungskragens ein Austritt dieses Kondensats aus dem Filtergehäuse behindert werden.
Der Sumpf kann sich auch über einen wesentlichen Abschnitt des Filterelements erstrecken, also deutlich entgegen der Abgasströmungsrichtung weg vom Tropfenabscheider. Hierdurch kann das Sammelvolumen des Sumpfes entsprechend vergrößert werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Tropfenabscheider als Lamellenabscheider ausgestaltet sein, der mehrere parallel zueinander verlaufende und im Strömungsweg der Abgasströmung angeordnete Lamellen besitzt. Derartige Lamellen können insbesondere in der Abgasströmungsrichtung ein Wellenprofil aufweisen. Optional kann jede Lamelle zumindest eine in der Schwerkraftrichtung orientierte Auffangrinne aufweisen, die die abgeschiedene Flüssigkeit, insbesondere zu einer Drainageeinrichtung des Tropfenabscheiders, abführt.
Sofern eine Drainageeinrichtung vorgesehen ist, kann die Drainageeinrichtung die abgeschiedene Flüssigkeit dem zuvor genannten Sumpf zuführen.
Die Lamellen besitzen eine Lamellenlängsrichtung, mit der sie in der
Abgasströmungsrichtung orientiert sind, und eine Lamellenquerrichtung, mit der sie in den Strömungsweg des Abgases hineinragen. Zweckmäßig kann nun vorgesehen sein, dass die Lamellen mit ihrer Lamellenquerrichtung gegenüber der Schwerkraftrichtung geneigt angeordnet sind, wobei insbesondere
vorgesehen sein kann, dass die Lamellen gegenüber der Schwerkraftrichtung so geneigt sind, dass sie vom bzw. zum Filterelement einen in der
Schwerkraftrichtung zunehmenden Abstand aufweisen. Zusätzlich oder alternativ zur Neigung der Lammellenquerrichtung kann vorgesehen sein, dass die
Lamellen mit ihrer Lamellenlängsrichtung gegenüber der
Abgasströmungsrichtung geneigt sind. Die Neigung bzw. Anstellung der Lamellen bezüglich der Abgasströmungsrichtung hinsichtlich ihrer Längs- bzw.
Querrichtung begünstigt die Abscheidewirkung, da die Anstellung in der
Längsrichtung zwangsläufig zu einer Umlenkung bzw. Ablenkung der
Abgasströmung an der jeweiligen Lamelle führt, so dass mitgeführte
Flüssigkeitströpfchen in jedem Fall gegen eine solche Lamelle treffen und sich daran anlagern, während die Neigung in der Querrichtung dazu führt, dass die Abgasströmung die an den Lamellen angelagerten Flüssigkeitströpfchen entlang der Lamellenquerrichtung antreibt und so das Abführen der abgeschiedenen Flüssigkeit unterstützt.
Zweckmäßig können sich die Lamellen bis in den vorgenannten Sumpf hinein erstrecken, was zu einem besonders einfachen Aufbau führt. Ferner ist es möglich, dass die Lamellen als monolithischer Lamellenblock ausgestaltet sind, der einen die Lamellen miteinander verbindenden Lamellenträger umfasst. Hierdurch lassen sich die Lamellen besonders einfach, nämlich als Einheit in Form des Lamellenblocks in das Filtergehäuse einsetzen. Optional kann der monolithische Lamellenblock die zuvor genannte Trennwand und/oder die ebenfalls zuvor genannte Querwand umfassen.
Bevorzugt ist das Filtergehäuse aus Kunststoff hergestellt. Hierdurch wird das Abgasrückführfilter besonders preiswert.
Das Filterelement weist bevorzugt ein Filtermaterial aus einer Gitterstruktur auf. Bevorzugt ist dabei eine gewebte Gitterstruktur. Eine Maschenweite der Gitterstruktur ist bevorzugt kleiner als 100 pm, so dass feste Partikel größer als 100 pm sicher aus der Abgasströmung herausgefiltert werden können.
Entsprechend weiteren vorteilhaften Ausführungsformen, die beliebig mit den vorgenannten Ausführungsformen kombinierbar sind, können auch die nachfolgenden Merkmale in beliebiger Kombination verwirklicht werden.
Beispielsweise kann das Filtergehäuse einen Abgaseinlass und axial fluchtend dazu einen Abgasauslass aufweisen. Hierdurch erhält das Abgasrückführfilter einen vergleichsweise geringen Durchströmungswiderstand. Dabei kann das Filterelement koaxial zu Abgaseinlass und Abgasauslass angeordnet sein, was ebenfalls einen niedrigen Durchströmungswiderstand begünstigt. Vorzugsweise kann das Filtergehäuse einen monolithischen Einlassblock, der einen Abgaseinlass aufweist, und einen monolithischen Auslassblock aufweisen, der einen Abgasauslass aufweist, was den Aufbau des Filtergehäuses vereinfacht. Optional kann dann ein monolithischer Zwischenblock vorgesehen sein, der axial zwischen dem Einlassblock und dem Auslassblock angeordnet ist. Außerdem kann der Zwischenblock zwischen dem Einlassblock und dem Auslassblock axial verspannt sein, wodurch der Zwischenblock durch diese Verspannung am
Filtergehäuse befestigt ist bzw. darin integriert ist. Zweckmäßig kann die vorstehend genannte Ablauföffnung im Zwischenblock ausgebildet sein.
Unabhängig davon kann ferner der Tropfenabscheider in einem Abscheideraum des Filtergehäuses angeordnet sein, der über eine Querschnittsreduzierung in einen Abgasauslass übergeht. Hierdurch kann innerhalb des Filtergehäuses der durchströmbare Querschnitt trotz Filterelement und Tropfenabscheider weitgehend konstant gehalten werden, um einen übermäßigen Druckanstieg bei der Durchströmung des Abgasrückführfilters zu vermeiden. Zweckmäßig kann nun wenigstens eine Druckentlastungsöffnung vorgesehen sein, die den
Abscheideraum durch die Querschnittsreduzierung hindurch fluidisch mit dem Abgasauslass verbindet.
Das Filterelement ist zweckmäßig als mechanisch filterndes Filterelement ausgestaltet, das also durch eine Maschenweite oder Porengröße seines
Filtermaterials für das Abgas durchlässig und für die abzuscheidenden Partikel undurchlässig ist. Beispielsweise kann das Filterelement ein Filtermaterial aus einer Gitterstruktur aufweist, die an einem Ringflansch befestigt ist, über den das Filterelement am Filtergehäuse befestigt ist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass der Ringflansch axial zwischen dem vorstehend genannten Zwischenblock und dem besagten Einlassblock axial verspannt und dadurch am Filtergehäuse befestigt ist. Die mit einem derartigen Abgasrückführfilter ausgestattete Brennkraftmaschine kann bevorzugt als aufgeladene Brennkraftmaschine ausgestaltet sein, die in der Frischluftleitung eine Ladeeinrichtung besitzt. Die Abgasrückführleitung ist dann stromauf der Ladeeinrichtung an die Frischluftleitung angeschlossen.
Insbesondere kann bei einer bevorzugten Ausführungsform die Ladeeinrichtung durch einen Verdichter eines Abgasturboladers gebildet sein, dessen Turbine in der Abgasleitung angeordnet ist, wobei dann die Abgasrückführleitung stromab der Turbine an die Abgasleitung angeschlossen ist. Hierdurch wird letztlich eine Niederdruck-Abgasrückführung realisiert.
Wie bereits erläutert, kann in der Abgasleitung stromab des Filterelements ein Tropfenabscheider angeordnet sein, der bevorzugt im Filtergehäuse angeordnet ist, das auch das Filterelement enthält.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausführungsform, bei welcher das
Abgasrückführfilter in der Abgasrückführleitung so eingebaut ist, dass die
Abgasströmungsrichtung im Filtergehäuse senkrecht zur Schwerkraftrichtung verläuft. Hierdurch ist es möglich, die Schwerkraft zum Abführen bzw. zum Antreiben des abgeschiedenen Kondensats zu nutzen, bspw. um das Kondensat dem Sumpf zuzuführen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer
Brennkraftmaschine,
Fig. 2 einen isometrischen Längsschnitt eines Abgasrückführfilters,
Fig. 3 bis 5 jeweils einen isometrischen Längsschnitt des Abgasrückführkühlers, jedoch anderer Ausführungsformen.
Entsprechend Fig. 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 , die in einem
Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, einen Motorblock 2, der mehrere
Brennräume 3 enthält. Im Beispiel sind ohne Beschränkung der Allgemeinheit vier Brennräume 3 gezeigt. Die Brennräume 3 befinden sich jeweils in einem Zylinder 4, in dem ein nicht gezeigter Kolben hubverstellbar angeordnet ist.
Insoweit handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 1 um einen Kolbenmotor, der als Dieselmotor oder als Benzinmotor ausgestaltet sein kann. Gezeigt ist ein Reihenmotor. Ebenso ist ein V-Motor oder ein W-Motor oder ein Boxermotor denkbar. Die Brennkraftmaschine 1 weist eine Frischluftanlage 5 auf, über die Frischluft zu den Brennräumen 3 gelangt. Die Frischluftanlage 5 weist im Beispiel eine Frischluftleitung 6 auf, in der ein Luftfilter 7 angeordnet ist und die zu einem Frischluftverteiler 8 führt, der die Frischluft über Einzelrohre 9 den einzelnen Brennräumen 3 zuführt. Grundsätzlich kann die Frischluftanlage 5 auch zweiflutig ausgestaltet sein, also zwei parallel verlaufende Frischluftleitungen 6 aufweisen. Ferner weist die Brennkraftmaschine 1 eine Abgasanlage 10 auf, über die Abgas von den Brennräumen 3 abgeführt wird. Die Abgasanlage 10 weist z. Bsp. eine Abgasleitung 1 1 auf, die von einem Abgassammler 12 abgeht, der seinerseits über Einzelrohre 13 an die Brennräume 3 angeschlossen ist. Ebenso ist es möglich, die Abgasanlage 10 zweiflutig auszugestalten, so dass sie dann zwei parallel zueinander verlaufende Abgasleitungen 1 1 besitzt. Die Abgasanlage 10 kann ein Partikelfilter 14 enthalten, das in der Abgasleitung 1 1 angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Abgasanlage 10 weitere Abgasreinigungseinrichtungen, wie z. Bsp. einen SCR-Katalysator, der üblicherweise stromab des Partikelfilters 14 angeordnet ist, sowie einen nicht gezeigten Oxidationskatalysator aufweisen, der üblicherweise stromauf des Partikelfilters 14 angeordnet ist. Das Partikelfilter 14 ist zweckmäßig stromab einer Turbine 24 angeordnet, so dass der Turbine 24 möglichst viel Abgasenthalpie zur Verfügung steht. Darüber hinaus können Schalldämpfereinrichtungen vorhanden sein.
Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Abgasrückführanlage 15 ausgestattet, die im Folgenden auch als AGR-Anlage 15 bezeichnet wird. Sie dient zum Rückführen von Abgas von der Abgasanlage 10 zur Frischluftanlage 5. Hierzu weist die AGR-Anlage 15 eine Abgasrückführleitung 16 auf, die im
Folgenden auch als AGR-Leitung 16 bezeichnet wird. Die AGR-Leitung 16 ist über eine Entnahmestelle 17 an die Abgasanlage 10 bzw. an deren Abgasleitung 1 1 angeschlossen und über eine Einleitstelle 18 an die Frischluftanlage 5 bzw. an deren Frischluftleitung 6 angeschlossen. Die Entnahmestelle 17 ist dabei stromab des Partikelfilters 14 positioniert. Die Einleitstelle 18 ist dabei stromab des Luftfilters 7 positioniert. Die AGR-Anlage 15 enthält in der AGR-Leitung 16 einen Abgasrückführkühler 19, der im Folgenden auch als AGR-Kühler 19 bezeichnet wird. Der AGR-Kühler 19 kann bspw. an einen Kühlkreis 20 angeschlossen sein, der seinerseits mit einem nicht gezeigten Kühlkreis der Brennkraftmaschine 1 zum Kühlen des Motorblocks 2 wärmeübertragend gekoppelt sein kann oder einen Bestandteil davon bilden kann. Ferner weist die AGR-Anlage 15 ein
Abgasrückführventil 21 auf, das im Folgenden auch als AGR-Ventil 21 bezeichnet werden kann. Im Beispiel ist das AGR-Ventil 21 in der AGR-Leitung 16 stromauf des AGR-Kühlers 19 angeordnet. Ebenso ist es möglich, das AGR-Ventil 21 stromab des AGR-Kühlers 19 in der AGR-Leitung 16 anzuordnen. Auch kann das AGR-Ventil 21 eingangsseitig oder ausgangsseitig in den AGR-Kühler 19 integriert sein.
Die hier gezeigte Brennkraftmaschine 1 ist aufgeladen. Hierzu besitzt sie eine Ladeeinrichtung 22, die im gezeigten bevorzugten Beispiel durch einen
Abgasturbolader gebildet ist, der im Folgenden ebenfalls mit 22 bezeichnet wird. Mit Hilfe der Ladeeinrichtung 22 bzw. des Abgasturboladers 22 kann das
Druckniveau in der Frischluft, die über die Frischluftanlage 4 den Brennräumen 3 zugeführt wird, erhöht werden. Hierdurch kann der Massenstrom und somit die Leistungsdichte der Brennkraftmaschine 1 erhöht werden. Im gezeigten Beispiel ist die Ladeeinrichtung als Abgasturbolader 22 ausgestaltet, der einen in der Frischluftanlage 5 bzw. in deren Frischluftleitung 6 angeordneten Verdichter 23 und eine damit antriebsverbundene Turbine 24 aufweist, die in der Abgasanlage 10 bzw. in deren Abgasleitung 1 1 angeordnet ist. In der Frischluftanlage 5 bzw. in deren Frischluftleitung 6 kann stromab des Verdichters 23 optional ein
Ladeluftkühler 25 angeordnet sein, der bevorzugt an einen Kühlkreis 26 angeschlossen ist. Auch dieser Kühlkreis 26 kann bspw. mit dem zuvor genannten Kühlkreis der Brennkraftmaschine 1 zum Kühlen des Motorblocks 2 wärmeübertragend gekoppelt sein oder einen Bestandteil davon bilden. Im Beispiel ist außerdem rein exemplarisch eine Drosselklappe 27 dargestellt, die in der Frischluftanlage 5 z. Bsp. in der Frischluftleitung 6 angeordnet ist, und zwar stromab des Ladeluftkühlers 25 und stromauf des Frischluftverteilers 8. Ebenso kann die Drossel 27 eingangsseitig in den Frischluftverteiler 8 integriert sein. Desweiteren ist grundsätzlich auch eine drosselfreie Ausgestaltung der
Frischluftanlage 5 denkbar.
Die Abgasanlage 10 weist im Beispiel optional eine Abgasdrossel 28 auf, die in der Abgasleitung 1 1 stromab der Entnahmestelle 17 angeordnet ist. Mit Hilfe einer derartigen Abgasdrossel 28 kann bei Bedarf der Druck im Abgas stromauf der Abgasdrossel 28 erhöht werden, um die Druckdifferenz zwischen
Entnahmestelle 17 und Einleitstelle 18 zu vergrößern. Diese Druckdifferenz treibt das rückgeführte Abgas an. Je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 kann es erforderlich sein, mit Hilfe der Abgasdrossel 28 einen gewissen
Staudruck zu erzeugen, um eine gewünschte Abgasrückführrate oder kurz AGR- Rate einstellen zu können.
Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einem Filterelement 29 ausgestattet, das zum Herausfiltern von im rückgeführten Abgas mitgeführten Partikeln dient. Dieses Filterelement 29 ist dabei in der AGR-Leitung 16 stromab des AGR- Kühlers 19 angeordnet. Somit ist das Filterelement 29 nur gekühltem
rückgeführten Abgas ausgesetzt, wodurch sich das Filterelement 29
vergleichsweise preiswert realisieren lässt. Besonders vorteilhaft ist bei dieser Anordnung jedoch der Umstand, dass das Filterelement 29 für eine relativ kalte Abgasströmung einen vergleichsweise niedrigen Durchströmungswiderstand besitzt, während es für eine relativ heiße Abgasströmung einen vergleichsweise hohen Durchströmungswiderstand aufweist. Bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform ist in der AGR-Leitung 16 stromab des Filterelements 29 außerdem ein Tropfenabscheider 30 angeordnet, mit dessen Hilfe Tropfen bzw. Tröpfchen aus der Abgasströmung abgeschieden werden können. Tröpfchen können in der Abgasströmung vor allem stromab des AGR-Kühlers 19 durch Kondensation entstehen, wobei das Filterelement 29 in besonderer Weise dafür geeignet ist, Kondensat zu bilden und zu Tröpfchen zusammenzuführen.
Fig. 1 zeigt ferner eine bevorzugte Ausführungsform, bei welcher das
Filterelement 29 und der Tropfenabscheider 30 in einem gemeinsamen Gehäuse 31 , nämlich in einem Filtergehäuse 31 eines Abgasrückführfilters 32 angeordnet sind. Dieses Abgasrückführfilter 32 wird nachfolgend mit Bezug auf Fig. 2 näher erläutert und kann im Folgenden auch als AGR-Filter 32 bezeichnet werden.
Im Hinblick auf Fig. 1 ist noch erwähnenswert, dass das AGR-Filter 32 in der AGR-Leitung 16 so eingebaut ist, dass in diesem Einbauzustand eine
Abgasströmung bzw. deren Abgasströmungsrichtung, die in Fig. 2 durch einen Pfeil 33 angedeutet ist, im Filtergehäuse 31 senkrecht zur Schwerkraftrichtung verläuft, die in Fig. 2 durch einen Pfeil 34 angedeutet ist.
Entsprechend den Fig. 2 bis 5 besitzt das AGR-Filter 32 dementsprechend das Filtergehäuse 31 , in dem das Filterelement 29 und stromab davon der
Tropfenabscheider 30 angeordnet sind. Um das AGR-Filter 32 besonders einfach in die AGR-Leitung 16 einbauen zu können, besitzt das Filtergehäuse 31 gemäß Flg. 2 einen Einlassflansch 35 sowie einen Auslassflansch 36, mit denen das Filtergehäuse 31 mit entsprechenden Gegenflanschen der AGR-Leitung 16 verschraubt werden kann. Hierzu können am jeweiligen Flansch 35, 36 entsprechende Schraubbuchsen 37 vorgesehen sein, von denen in Fig. 2 jedoch nur eine erkennbar ist. Ferner sind die Flansche 35, 36 mit Dichtungen 38 ausgestattet. Entsprechend den Fig. 2 bis 5 ist im Filtergehäuse 31 außerdem ein Sumpf 39 ausgebildet. Der Sumpf 39 befindet sich im Einbauzustand bezüglich der
Schwerkraftrichtung 34 unterhalb bzw. am unteren Ende des Tropfenabscheiders 30 und erstreckt sich im Beispiel auch unterhalb des Filterelements 29. Der Sumpf 39 dient zum Sammeln von Flüssigkeit, die mit Hilfe des
Tropfenabscheiders 30 aus dem Abgas abgeschieden worden ist.
Des Weiteren ist das in Fig. 2 gezeigte AGR-Filter 32 mit einer Heizung 40 ausgestattet, mit deren Hilfe der Sumpf 39 oder zumindest die im Sumpf 39 gesammelte Flüssigkeit beheizt werden kann. Mit Hilfe der Heizung 40 lässt sich die im Sumpf 39 gesammelte Flüssigkeit bei Bedarf soweit erwärmen, dass sie erneut verdampft und mit der Abgasströmung 33 mitgeführt bzw. aus dem
Filtergehäuse 31 abgeführt werden kann.
Zweckmäßig weist die Heizung 40 zumindest ein PTC-Element 41 auf.
Bekanntlich nimmt bei einem derartigen PTC-Element 41 der elektrische
Widerstand proportional zur Temperatur zu, wobei es insbesondere möglich ist, ein derartiges PTC-Element 41 so auszulegen, dass eine bestimmte
Zieltemperatur weitgehend exakt einstellbar ist, ohne dass dazu eine aufwendige Regelung des dem PTC-Element 41 zugeführten Stroms erforderlich ist. Je näher sich das PTC-Element 41 der einzustellenden Zieltemperatur nähert, desto größer wird sein elektrischer Widerstand und desto geringer ist sein
Stromverbrauch und somit auch seine Heizleistung.
Im gezeigten Beispiel ist die Heizung 40 am Filtergehäuse 31 so angeordnet, dass damit ein Boden 42 des Sumpfes 39 beheizbar ist, der in der gezeigten Einbaulage des AGR-Filters 32 unten liegt. Fig. 2 zeigt ferner eine bevorzugte Ausführungsform, bei welcher die Heizung 40 bezüglich des übrigen AGR-Filters 32 eine separate Komponente bzw.
Baugruppe bildet, die an das Filtergehäuse 31 angebaut ist. Insbesondere besitzt das Filtergehäuse 31 eine Heizungsaufnahme 43, in welche die Heizung 40 eingebaut ist.
Auch die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen des AGR-Filters 32 können optional mit einer derartigen Heizung 40 ausgestattet sein.
Der Tropfenabscheider 30 ist im Beispiel der Fig. 2 mit einer Drainageeinrichtung 44 ausgestattet. Im Beispiel ist die Drainageeinrichtung 44 durch eine bezüglich der Schwerkraftrichtung 34 am unteren Ende des Tropfenabscheiders 30 angeordnete gekrümmte, insbesondere zylindersegmentförmige, Wand gebildet, die mehrere Durchtrittsöffnungen 45 enthält, die bezüglich der
Schwerkraftrichtung 34 nach unten und somit zum Sumpf 39 hin offen sind. Somit kann Flüssigkeit, die im Inneren der Drainageeinrichtung 44 bzw. im Inneren des Tropfenabscheiders 30 anfällt, unten an der Drainageeinrichtung 44 gesammelt und durch die Öffnungen 45 dem Sumpf 39 zugeführt werden.
Auch die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen des AGR-Filters 32 können optional mit einer solchen Drainageeinrichtung 44 ausgestattet sein.
In den Beispielen der Flg. 2 bis 5 ist der Sumpf 39 durch eine wannenförmige Vertiefung 46 gebildet, die im Inneren des Filtergehäuses 31 ausgebildet ist und die bezüglich der Schwerkraftrichtung 34 nach oben offen ist und unterhalb des Tropfenabscheiders 30 angeordnet ist. Im Beispiel ist die Vertiefung 46 bzw. der Sumpf 39 entgegen der Abgasströmungsrichtung 33 über den Tropfenabscheider 30 vorstehend dimensioniert, so dass sich der Sumpf 39 bzw. die Vertiefung 46 auch über einen wesentlichen Abschnitt des Filterelements 29 erstreckt. Das Filterelement 29 kann an seinem, dem Tropfenabscheider 30 zugewandten axialen Ende einen Boden 49 aufweisen, der beispielsweise für die
Abgasströmung 33 undurchlässig ausgestaltet sein kann, so dass die
Abgasströmung 33 ausschließlich durch eine zylindrische Wand 47 des
Filterelements 29 radial hindurchströmen muss, um das Filterelement 29 zu durchströmen. Hierdurch ergibt sich eine direkte Strömungsbeaufschlagung einer Innenseite 48 des Filtergehäuses 31 , wodurch auch an dieser Innenseite 48 eine Tropfenbildung beobachtet werden kann. Ebenso kann das Filterelement 29 an seinem dem Tropfenabscheider 30 zugewandten Boden 49 für die
Abgasströmung 33 durchlässig sein.
Jedenfalls befindet sich bei den hier gezeigten Ausführungsformen innerhalb des Filtergehäuses 31 stromab des Tropfenabscheiders 30 ein Führungskragen 50, der entgegen der Abgasströmungsrichtung 33 vom Filtergehäuse 31 axial absteht. Der Führungskragen 50 ist bevorzugt in der Umfangsrichtung
geschlossen umlaufend ausgestaltet. Er ist am austrittsseitigen Ende des
Filtergehäuses 31 so positioniert, dass sich Flüssigkeit, die sich entlang der Innenseite 48 des Filtergehäuses 31 in der Abgasströmungsrichtung 33 bewegt, am Führungskragen 50 sammelt und in Richtung Sumpf 39 abgeführt wird. Der Führungskragen 50 bildet zwischen sich und der Innenseite 48 des
Filtergehäuses 31 eine Ringnut, in der sich die Flüssigkeit sammeln kann und aufgrund der Schwerkraft zum Sumpf 39 hin abfließt.
In den gezeigten Beispielen ist der Tropfenabscheider 30 als Lamellenabscheider ausgestaltet, der mehrere parallel zueinander und in Fig. 2 senkrecht zur
Abgasströmungsrichtung 33 angeordnete Lamellen 51 aufweist. Die Lamellen 51 besitzen zumindest bei den Ausführungsformen der Fig. 2 und 3 jeweils in der Abgasströmungsrichtung 33 ein Wellenprofil 52, was die Aufnahme und Abscheidung von Flüssigkeitstropfen begünstigt. Ferner weist jede Lamelle 51 zumindest eine Auffangrinne 53 auf, die sich in der Schwerkraftrichtung 34 erstreckt und die die abgeschiedene Flüssigkeit bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform zur Drainageeinrichtung 44 führt und bei den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen direkt dem Sumpf 39 zuführt. Die jeweilige
Auffangrinne 53 wird hierbei jeweils durch einen L-förmigen oder V-förmigen Profilkörper gebildet, der von der jeweiligen Lamelle 51 entgegen der
Abgasströmungsrichtung 33 absteht.
Zweckmäßig ist das Filtergehäuse 31 aus Kunststoff hergestellt. Dies ist möglich, da es sich stromab des Abgasrückführkühlers 19 befindet und dadurch nur vergleichsweise kühlen Abgasen ausgesetzt ist.
Das Filterelement 29 weist ein Filtermaterial auf, das bevorzugt aus einer
Gitterstruktur besteht, deren Maschenweite kleiner als 100 pm sein kann. Dabei kann es sich um eine metallische Gitterstruktur oder um eine Gitterstruktur aus Kunststoff handeln.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich hauptsächlich auf die Fig. 3 bis 5. Die dabei zusätzlich genannten Merkmale lassen sich jedoch auch bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform realisieren.
Entsprechend den Fig. 3 bis 5 kann eine Ablauföffnung 54 vorgesehen sein, die mit dem Sumpf 39 fluidisch verbunden ist, um die im Sumpf 39 angesammelte Flüssigkeit aus dem Filtergehäuse 31 herauszuführen, z.B. unmittelbar in eine Umgebung der Abgasanlage, gegebenenfalls in Verbindung mit einer geeigneten Ventileinrichtung. Diese Ablauföffnung 54 kann zweckmäßig im Bereich des Filterelements 29, insbesondere radial dazu, angeordnet sein. Optional kann gemäß Fig. 4 und 5 zwischen der Ablauföffnung 54 und dem Filterelement 29 eine Trennwand 55 angeordnet sein, um eine direkte Anströmung der
Ablauföffnung 54 zu vermeiden und eine An- bzw. Durchströmung des
Tropfenabscheiders 30 zu begünstigen. Ferner kann gemäß den Fig. 4 und 5 eine Querwand 56 den Sumpf 39 in einen mit der Ablauföffnung 54 fluidisch verbundenen Ablaufraum 57 und einen Sammelraum 58 unterteilen. Die
Querwand 56 ist für die abgeschiedene Flüssigkeit durchlässig ausgestaltet, beispielsweise mittels wenigstens einer Durchtrittsöffnung 59, die den
Ablaufraum 57 durch die Querwand 56 hindurch fluidisch mit dem Sammelraum 58 verbindet. Auch diese Querwand 56 verhindert eine unmittelbare Anströmung des Eintrittsbereichs der Ablauföffnung 54 und unterstützt so eine An- bzw. Durchströmung des Tropfenabscheiders 30, was dessen Effizienz verbessert.
Die Lamellen 51 besitzen eine durch einen Doppelpfeil angedeutete
Lamellenlängsrichtung 60, mit der sie in der Abgasströmungsrichtung 33 orientiert sind, und eine durch einen Doppelpfeil angedeutete
Lamellenquerrichtung 61 , mit der sie in den Strömungsweg des Abgases hineinragen. Zweckmäßig kann nun vorgesehen sein, dass die Lamellen 51 mit ihrer Lamellenquerrichtung 61 gegenüber der Schwerkraftrichtung 34 geneigt angeordnet sind, wobei in den Beispielen erkennbar ist, dass die Lamellen 51 gegenüber der Schwerkraftrichtung 34 so geneigt sind, dass sie vom bzw. zum Filterelement 29, nämlich bezüglich dessen Boden 49 einen Abstand 62 aufweisen, der in der Abgaströmungsrichtung 33 gemessen ist und der in der Schwerkraftrichtung 34 zunimmt. Zusätzlich oder alternativ zur Neigung der Lammellenquerrichtung 61 kann wie gezeigt vorgesehen sein, dass die Lamellen 51 mit ihrer Lamellenlängsrichtung 60 gegenüber der Abgasströmungsrichtung 33 geneigt sind. Die Neigung bzw. Anstellung der Lamellen 51 bezüglich der Abgasströmungsrichtung 33 hinsichtlich ihrer Längsrichtung 60 bzw.
Querrichtung 61 begünstigt die Abscheidewirkung, da die Anstellung in der Längsrichtung 60 zwangsläufig zu einer Umlenkung bzw. Ablenkung der Abgasströmung an der jeweiligen Lamelle 51 führt, so dass mitgeführte
Flüssigkeitströpfchen in jedem Fall gegen eine solche Lamelle 51 treffen und sich daran anlagern, während die Neigung in der Querrichtung 61 dazu führt, dass die Abgasströmung die an den Lamellen 51 angelagerten Flüssigkeitströpfchen entlang der Lamellenquerrichtung 61 antreibt und so das Abführen der
abgeschiedenen Flüssigkeit unterstützt.
Zweckmäßig können sich die Lamellen 51 entsprechend der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform bis in den Sumpf 39 hinein erstrecken, was zu einem
besonders einfachen Aufbau führt.
Ferner ist bei allen hier gezeigten Ausführungsformen der Fig. 2 bis 5
vorgesehen, dass die Lamellen 51 als monolithischer Lamellenblock 63 ausgestaltet sind, der einen die Lamellen 51 miteinander verbindenden
Lamellenträger 64 umfasst. Hierdurch lassen sich die Lamellen 51 besonders einfach, nämlich als Einheit in Form des Lamellenblocks 63 in das Filtergehäuse 31 einsetzen.
Gemäß den Ausführungsformen der Fig. 3 bis 5 kann der monolithische
Lamellenblock 63 die Trennwand 55 und/oder die Querwand 56 umfassen.
Entsprechend den Fig. 2 bis 5 kann das Filtergehäuse 31 einen Abgaseinlass 65 und axial fluchtend dazu einen Abgasauslass 66 aufweisen. Hierdurch erhält das AGR-Filter 32 einen vergleichsweise geringen Durchströmungswiderstand. Dabei kann das Filterelement 29 koaxial zu Abgaseinlass 65 und Abgasauslass 66 angeordnet sein, was ebenfalls einen niedrigen Durchströmungswiderstand begünstigt. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist das Filtergehäuse 32 insgesamt vom Einlass 65 bis zum Auslass 66 als Monolith, vorzugsweise aus Kunststoff, ausgestaltet. Im Unterschied dazu zeigen die Fig. 3 bis 5 Ausführungsformen, bei denen das Filtergehäuse 32 einen monolithischen Einlassblock 67, der den Abgaseinlass 65 aufweist und insbesondere aus Kunststoff hergestellt sein kann, sowie einen monolithischen Auslassblock 68 aufweist, der den Abgasauslass 66 aufweist und insbesondere aus Kunststoff hergestellt sein kann. Bei der
Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist der Einlassblock 67 unmittelbar am
Auslassblock 68 befestigt und mit diesem in Kontakt. Eine entsprechende
Axialdichtung zwischen Einlassblock 67 und Auslassblock 68 ist dabei nicht dargestellt; lediglich eine dafür vorgesehene, nicht näher bezeichnete
Aufnahmenut. Im Unterschied dazu ist bei den in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen zusätzlich ein monolithischer Zwischenblock 69 vorgesehen, der axial zwischen dem Einlassblock 67 und dem Auslassblock 68 angeordnet ist. Außerdem kann der Zwischenblock 69 zwischen dem Einlassblock 67 und dem Auslassblock 68 axial verspannt sein, wodurch der Zwischenblock 69 durch diese Verspannung am Filtergehäuse 32 befestigt ist bzw. darin integriert ist. Zweckmäßig kann die vorstehend genannte Ablauföffnung 54 im Zwischenblock 69 (Fig. 3 und 4) oder im Einlassblock (Fig. 5) ausgebildet sein. Entsprechende Aufnahmenuten und zugehörige Axialdichtungen sind dabei nicht näher bezeichnet.
Des Weiteren kann der Tropfenabscheider 30 in einem Abscheideraum 70 des Filtergehäuses 31 angeordnet sein, der über eine Querschnittsreduzierung 71 in den Abgasauslass 66 übergeht. Hierdurch kann innerhalb des Filtergehäuses 31 der durchström bare Querschnitt trotz Filterelement 29 und Tropfenabscheider 30 weitgehend konstant gehalten werden, um einen übermäßigen Druckanstieg bei der Durchströmung des AGR-Filters 32 zu vermeiden. Zweckmäßig kann nun wenigstens eine Druckentlastungsöffnung 72 vorgesehen sein, die den Abscheideraum 70 durch die Querschnittsreduzierung 71 hindurch fluidisch mit dem Abgasauslass 66 verbindet. Dabei umgeht die jeweilige
Druckentlastungsöffnung 72 den Führungskragen 50.
Das Filterelement 29 ist zweckmäßig als mechanisch filterndes Filterelement 29 ausgestaltet, das also durch eine Maschenweite oder Porengröße seines
Filtermaterials für das Abgas durchlässig und für die abzuscheidenden Partikel undurchlässig ist. Beispielsweise kann das Filterelement 29 ein Filtermaterial aus einer Gitterstruktur 73 aufweist, die an einem Ringflansch 74 befestigt ist, über den das Filterelement 29 am Filtergehäuse 31 befestigt ist. Dabei kann gemäß den Fig. 3 und 4 vorgesehen sein, dass der Ringflansch 74 axial zwischen dem Zwischenblock 69 und dem Einlassblock 67 axial verspannt und dadurch am Filtergehäuse 31 befestigt ist.

Claims

Ansprüche
1 . Abgasrückführfilter zum Einbau in eine externe Abgasrückführleitung (16) einer Brennkraftmaschine (1 ), insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
- mit einem Filtergehäuse (31 ),
- mit einem im Filtergehäuse (31 ) angeordneten Filterelement (29), das im rückgeführten Abgas mitgeführte Partikel herausfiltert,
gekennzeichnet durch einen im Filtergehäuse (31 ) stromab des Filterelements (29) angeordneten Tropfenabscheider (30).
2. Abgasrückführfilter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Filtergehäuse (31 ) ein Sumpf (39) zum Sammeln abgeschiedener Flüssigkeit ausgebildet ist.
3. Abgasrückführfilter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Heizung (40) zum Beheizen des Sumpfes (39) und/oder der im Sumpf (39) gesammelten Flüssigkeit vorgesehen ist.
4. Abgasrückführfilter nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizung (40) zumindest ein PTC-Element (41 ) aufweist.
5. Abgasrückführfilter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizung (40) einen in Einbaulage des Abgasrückführfilters (32) in der Schwerkraftrichtung (34) unten liegenden Boden (42) des Sumpfes (39) beheizt.
6. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Heizung (40) eine separate Komponente ist, die in eine am
Filtergehäuse (31 ) ausgebildete Heizungsaufnahme (43) eingebaut ist.
7. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Ablauföffnung (54) vorgesehen ist, die mit dem Sumpf (39) fluidisch verbunden ist.
8. Abgasrückführfilter nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ablauföffnung (54) im Bereich des Filterelements (29) angeordnet ist.
9. Abgasrückführfilter nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen der Ablauföffnung (54) und dem Filterelement (29) eine
Trennwand (55) angeordnet ist.
10. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Querwand (56) den Sumpf (39) in einen mit der Ablauföffnung (54) fluidisch verbundenen Ablaufraum (57) und einen Sammelraum (58) unterteilt, wobei die Querwand (56) für die abgeschiedene Flüssigkeit durchlässig ausgestaltet ist, beispielsweise mittels wenigstens einer Durchtrittsöffnung (59), die den Ablaufraum (57) durch die Querwand (56) hindurch fluidisch mit dem Sammelraum (58) verbindet.
1 1 . Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Tropfenabscheider (30) eine Drainageeinrichtung (44) aufweist, die abgeschiedene Flüssigkeit dem Sumpf (39) zuführt.
12. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sumpf (39) durch eine im Inneren des Filtergehäuses (31 ) ausgebildete Vertiefung (46) gebildet ist, die in Einbaulage des Abgasrückführfilters (32) in der Schwerkraftrichtung (34) unterhalb des Tropfenabscheiders (30) angeordnet und nach oben offen ist.
13. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Filtergehäuse (31 ) stromab des Tropfenabscheiders (30) einen entgegen der Abgasströmungsrichtung (33) abstehenden Führungskragen (50) aufweist, der Flüssigkeit, die sich entlang einer Innenseite (48) des
Filtergehäuses (31 ) in der Abgasströmungsrichtung (33) bewegt, sammelt und in Richtung Sumpf (39) abführt.
14. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 2 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich der Sumpf (39) auch über einen wesentlichen Abschnitt des
Filterelements (29) erstreckt.
15. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,
dass der Tropfenabscheider (30) als Lamellenabscheider ausgestaltet ist, der mehrere parallel zueinander verlaufende und im Strömungsweg der
Abgasströmung angeordnete Lamellen (51 ) aufweist.
16. Abgasrückführfilter nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen (51 ) in der Abgasströmungsrichtung (33) ein Wellenprofil (52) aufweisen.
17. Abgasrückführfilter nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass jede Lamelle (51 ) zumindest eine in der Schwerkraftrichtung (34) orientierte Auffangrinne (53) aufweist, welche die abgeschiedene Flüssigkeit abführt.
18. Abgasrückführfilter nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Tropfenabscheider (30) eine Drainageeinrichtung (44) aufweist, wobei die jeweilige Auffangrinne (53) die abgeschiedene Flüssigkeit zur
Drainageeinrichtung (44) führt.
19. Abgasrückführfilter nach den Ansprüchen 2 und 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Drainageeinrichtung (44) die abgeschiedene Flüssigkeit dem Sumpf (39) zuführt.
20. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (51 ) eine Lamellenlängsrichtung (60), mit der sie in der Abgasströmungsrichtung (33) orientiert sind, und eine Lamellenquerrichtung (61 ) aufweisen, mit der sie in den Strömungsweg des Abgases hineinragen, wobei die Lamellen (51 ) mit ihrer Lamellenquerrichtung (61 ) gegenüber der
Schwerkraftrichtung geneigt angeordnet sind.
21 . Abgasrückführfilter nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen (51 ) gegenüber der Schwerkraftrichtung so geneigt sind, dass sie vom Filterelement (29) einen in der Schwerkraftrichtung zunehmenden Abstand (62) aufweisen.
22. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 21 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lamellen (51 ) eine Lamellenlängsrichtung (60), mit der sie in der Abgasströmungsrichtung (33) orientiert sind, und eine Lamellenquerrichtung (61 ) aufweisen, mit der sie in den Strömungsweg des Abgases hineinragen, wobei die Lamellen (51 ) mit ihrer Lamellenlängsrichtung (60) gegenüber der
Abgasströmungsrichtung (33) geneigt sind.
23. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 22,
dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Lamellen (51 ) bis in den Sumpf (39) nach Anspruch 2 hinein erstrecken.
24. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (51 ) als monolithischer Lamellenblock (63) ausgestaltet sind, der einen die Lamellen (51 ) miteinander verbindenden Lamellenträger (64) umfasst.
25. Abgasrückführfilter nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lamellenblock (63) die Trennwand (55) nach Anspruch 9 und/oder die Querwand (56) nach Anspruch 10 umfasst.
26. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 25,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Filtergehäuse (31 ) aus Kunststoff hergestellt ist.
27. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Filterelement (29) ein Filtermaterial aus einer Gitterstruktur aufweist, das insbesondere eine Maschenweite kleiner als 100 pm besitzt.
28. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 27,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Filtergehäuse (31 ) einen Abgaseinlass (65) und axial fluchtend dazu einen Abgasauslass (66) aufweist, wobei das Filterelement (29) koaxial zu Abgaseinlass (65) und Abgasauslass (66) angeordnet ist.
29. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Filtergehäuse (31 ) einen monolithischen Einlassblock (67), der einen Abgaseinlass (65) aufweist, und einen monolithischen Auslassblock (68) aufweist, der einen Abgasauslass (66) aufweist.
30. Abgasrückführfilter nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein monolithischer Zwischenblock (69) vorgesehen ist, der axial zwischen dem Einlassblock (67) und dem Auslassblock (68) angeordnet und/oder verspannt ist.
31 . Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 30,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ablauföffnung (54) nach Anspruch 7 im Zwischenblock (69) ausgebildet ist.
32. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 31 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Tropfenabscheider (30) in einem Abscheideraum (70) des
Filtergehäuses (31 ) angeordnet ist, der über eine Querschnittsreduzierung (71 ) in einen Abgasauslass (66) übergeht, wobei wenigstens eine
Druckentlastungsöffnung (72) vorgesehen ist, die den Abscheideraum (70) durch die Querschnittsreduzierung (71 ) hindurch fluidisch mit dem Abgasauslass (66) verbindet.
33. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 32,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Filterelement (29) als mechanisch filterndes Filterelement ausgestaltet ist.
34. Abgasrückführfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 33,
dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (29) ein Filtermaterial aus einer Gitterstruktur (73) aufweist, die an einem Ringflansch (74) befestigt ist, über den das Filterelement (29) am Filtergehäuse (31 ) befestigt ist,
35. Abgasrückführfilter nach den Ansprüchen 30 und 34,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Ringflansch (74) axial zwischen dem Zwischenblock (69) und dem Einlassblock (67) verspannt und dadurch am Filtergehäuse (31 ) befestigt ist.
36. Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
- mit mindestens einer Frischluftleitung (6) zum Zuführen von Frischluft zu
Zylindern (4) der Brennkraftmaschine (1 ),
- mit mindestens einer Abgasleitung (1 1 ) zum Abführen von Abgas von den Zylindern (4),
- mit mindestens einer Abgasrückführleitung (16), welche die Abgasleitung (1 1 ) mit der Frischluftleitung (6) fluidisch verbindet,
- mit einem in der Abgasrückführleitung (16) angeordneten Abgasrückführkühler (19),
- mit einem in der Abgasrückführleitung (16) angeordneten Filterelement (29) zum Herausfiltern von im rückgeführten Abgas mitgeführten Partikeln, dadurch gekennzeichnet,
dass das Filterelement (29) in der Abgasrückführleitung (16) stromab des
Abgasrückführkühlers (19) angeordnet ist.
37. Brennkraftmaschine nach Anspruch 36,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Frischluftleitung (6) eine Ladeeinrichtung (23) angeordnet ist, wobei die Abgasrückführleitung (16) stromauf der Ladeeinrichtung (23) an die
Frischluftleitung (6) angeschlossen ist.
38. Brennkraftmaschine nach Anspruch 37,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ladeeinrichtung durch einen Verdichter (23) eines Abgasturboladers (22) gebildet ist, dessen Turbine (24) in der Abgasleitung (1 1 ) angeordnet ist, wobei die Abgasrückführleitung (16) stromab der Turbine (24) an die
Abgasleitung (1 1 ) angeschlossen ist.
39. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 36 bis 38,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Abgasrückführleitung (16) stromab des Filterelements (29) ein Tropfenabscheider (30) angeordnet ist.
40. Brennkraftmaschine nach Anspruch 39,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Filterelement (29) und der Tropfenabscheider (30) gemeinsam in einem Filtergehäuse (31 ) eines Abgasrückführfilters (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 35 angeordnet sind.
41 . Brennkraftmaschine nach Anspruch 40,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Abgasrückführfilter (32) in der Abgasrückführleitung (16) so eingebaut ist, dass im Filtergehäuse (31 ) die Abgasströmungsrichtung (33) senkrecht zur Schwerkraftrichtung (34) verläuft.
*****
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