WO2002010562A1 - Partikelfilter - Google Patents

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Bernhard Jokl
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Daimlerchrysler Ag
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a particle filter for cleaning exhaust gases of an internal combustion engine according to the kind defined in the preamble of claim 1.
  • a generic particle filter is known from EP 02 30 140 AI.
  • the exhaust gases from internal combustion engines are cleaned by means of such filters, namely in that the gaseous components of the exhaust gases can pass through the porous side walls between the inlet and outlet channels, but not the soot particles contained in the exhaust gases.
  • a major disadvantage of such known particle filters is, however, an exhaust gas back pressure in the exhaust gas line which rises continuously over the life of the internal combustion engine due to these soot particles and embedded oil residues and other exhaust gas components.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a particle filter according to the invention in the exhaust pipe of an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a section through the particle filter according to the invention along the line II-II from FIG. 3;
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III from FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a very schematic illustration of a particle filter 1, which is installed in an exhaust pipe 2 of an internal combustion engine 3 and occupies the entire cross section of the exhaust pipe 2.
  • the particle filter 1 is used to filter soot particles, which are located in the exhaust gas leaving the internal combustion engine 3 through the exhaust pipe 2, in a manner known per se.
  • a particle filter 1 could be used in each of these exhaust gas lines 2 or also in the flow direction after merging these exhaust gas lines 2.
  • the close proximity of the particle filter 1 to the internal combustion engine 3 ensures that particles are better burned off.
  • the structure of the particle filter 1 can be seen in the section according to FIG. 2.
  • This consists of a plurality of inlet channels 4 and outlets which run parallel to one another and are arranged in alternation with one another. tread channels 5, which are each separated by partitions 6.
  • the inlet channels 4 each have inlet openings 7 on their front side facing the internal combustion engine 3 and are closed on the opposite sides, ie gas-impermeable.
  • the outlet channels 5 are each closed on their front side facing the internal combustion engine 3 and have outlet openings 8 on the opposite sides, which continue in the exhaust gas line 2.
  • the inlet channels 4 and the outlet channels 5 each have a constant cross section over the length of the particle filter 1.
  • the intermediate walls 6 are porous so that soot particles, oil residues, such as e.g. Oil ash and other exhaust gas components are retained by the partition walls 6 and only the cleaned, gaseous components of the exhaust gas can get into the outlet channels 5.
  • the particle filter 1 in the present case consists of ceramic and was produced by extrusion, although other materials and production methods are of course also conceivable. Mixed ceramics are particularly suitable as ceramics, e.g. Cordierite or you.
  • the entry channels 4 and thus also the inlet openings 7 have a larger cross section than the outlet channels 5 and thus as the outlet openings 8.
  • the particle filter 1 can be used for a longer period of time, the outer dimensions of which do not have to be changed.
  • the external dimensions can of course also be reduced in order to reduce the diameter or the length of the particle filter 1 while the entire filter surface remains the same.
  • the inlet channels 4 are octagonal and the outlet channels 5 are square. This results in a ratio of the cross-sectional areas of the inlet channels 4 to the outlet channels 5 of approximately 3-4: 1 and a ratio of the circumference of the inlet channels 4 to the outlet channels

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Abstract

Ein Partikelfilter (1) zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine (3) weist mehrere in Längsrichtung desselben verlaufenden Eintritts- (4) und Austrittskanäle (5) auf, die durch Zwischenwände (6) voneinander getrennt sind und jeweils an einer ihrer Stirnseiten eine Eintritts-(7) oder eine Austrittsöffnung (8) aufweisen und an den jeweiligen gegenüberliegenden Stirnseiten verschlossen sind. Das Abgas tritt durch die Zwischenwände (6) von den Eintrittskanälen (7) in die Austrittskanäle (8) über. Die Eintrittskanäle (7) weisen einen größeren Querschnitt als die Austrittskanäle (8) auf.

Description

Partikelfilter
Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Ein gattungsgemäßer Partikelfilter ist aus der EP 02 30 140 AI bekannt.
Mittels derartiger Filter werden die Abgase von Brennkraftmaschinen gereinigt, und zwar dadurch, daß zwar die gasförmigen Bestandteile der Abgase durch die porösen Seitenwände zwischen den Ein- und Auslaßkanälen gelangen können, nicht jedoch die in den Abgasen enthaltenen Rußpartikel.
Ein großer Nachteil solcher bekannter Partikelfilter ist jedoch ein durch diese Rußpartikel und eingelagerte Olrückstände sowie sonstige Abgasbestandteile über die Laufzeit der Brennkraftmaschine stetig steigender Abgasgegendruck in der Abgasleitung. Zwar könnte dieser Problematik begegnet werden, indem großvolumigere Partikelfilter eingesetzt würden, aufgrund des Einbauortes solcher Partikelfilter in unmittelbarer Nähe der Brennkraftmaschine und der damit verbundenen Bauraumknappheit ist dies jedoch fast immer unmöglich oder führt zumindest zu großen Problemen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelfilter zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, bei dem der durch Ablagerungen entstehende Abgasgegendruck sich weniger schnell erhöht, wobei die Größe des Partikelfilters beibehalten werden soll.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die Vergrößerung der Eintrittskanäle im Vergleich zu den Austrittskanälen ergibt sich eine vergrößerte wirksame Filterfläche, an der sich daher eine größere Menge von Abgasrückständen anlagern kann. Vorteilhafterweise ist hierfür eine Vergrößerung des gesamten Partikelfilters nicht notwendig, so daß der erfindungsgemäße Partikelfilter in einfacher Weise gegen bisher bestehende Filter ausgetauscht werden kann und keine Platzprobleme beim Einbau desselben entstehen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel . Es zeigt :
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Partikelfilters in der Abgaslei- tung einer Brennkraftmaschine;
Fig. 2 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Partikelfilter nach der Linie II-II aus Fig. 3; und
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III aus Fig. 2.
Fig. 1 zeigt in sehr schematischer Darstellung einen Partikelfilter 1, der in eine Abgasleitung 2 einer Brennkraftmaschine 3 eingebaut ist und den gesamten Querschnitt der Abgasleitung 2 einnimmt. Mit dem Partikelfilter 1 werden in an sich bekannter Weise Rußpartikel, die sich in dem die Brennkraftmaschine 3 durch die Abgasleitung 2 verlassenden Abgas befinden, aus demselben gefiltert. Bei Brennkraftmaschinen 3 mit mehreren Abgasleitungen 2 könnte in jeder dieser Ab- gasleitungen 2 oder auch in Strömungsrichtung nach einer Zusammenführung dieser Abgasleitungen 2 ein Partikelfilter 1 eingesetzt sein. Durch die unmittelbare Nähe des Partikelfilters 1 zu der Brennkraftmaschine 3 ist ein besseres Abbrennen von Partikeln gewährleistet.
In dem Schnitt gemäß Fig. 2 ist der Aufbau des Partikelfilters 1 zu erkennen. Dieser besteht aus mehreren parallel zueinander verlaufenden und abwechselnd zueinander angeordneten Eintrittskanälen 4 und Aus- trittskanälen 5, die jeweils durch Zwischenwände 6 voneinander getrennt sind. Die Eintrittskanäle 4 weisen jeweils an ihrer der Brennkraftmaschine 3 zugewandten Stirnseite Eintrittsöffnungen 7 auf und sind an den gegenüberliegenden Seiten verschlossen, d.h. gasundurchlässig. In umgekehrter Weise sind die Austrittskanale 5 jeweils an ihrer der Brennkraftmaschine 3 zugewandten Stirnseite verschlossen und weisen an den gegenüberliegenden Seiten Austrittsöffnungen 8 auf, die sich in der Abgasleitung 2 fortsetzen. Über die Länge des Partikelfilters 1 weisen die Eintrittskanäle 4 und die Austrittskanale 5 jeweils einen gleichbleibenden Querschnitt auf.
Die Abgase, die die Brennkraftmaschine 3 verlassen, treten durch die Eintrittsöffnungen 7 in die Eintrittskanäle 4 ein und gelangen, da die Eintrittskanäle 4 wie oben erläutert auf den der Brennkraftmaschine 3 gegenüberliegenden Seiten verschlossen sind, durch die Zwischenwände 6 in die Austrittskanale 5, wie dies durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Die Zwischenwände 6 sind dabei porös ausgebildet, so daß Rußpartikel, Olrückstände, wie z.B. Ölaschen, und sonstige Abgasbestandteile von den Zwischenwänden 6 zurückgehalten werden und nur die gereinigten, gasförmigen Bestandteile des Abgases in die Austrittskanale 5 gelangen können. Der Partikelfilter 1 besteht im vorliegenden Fall aus Keramik und wurde durch Extrudieren hergestellt, wobei selbstverständlich auch andere Materialien und Herstellungsverfahren denkbar sind. Als Keramik eignet sich besonders gut eine Mischkeramik, z.B. Cordierit oder Sie.
Wie in Fig. 3 dargestellt, weisen die Eintrittskanäle 4 und somit auch die Eintrittsöffnungen 7 einen größeren Querschnitt auf als die Austrittskanale 5 und somit als die Austrittsöffnungen 8. Auf diese Weise ergibt sich eine für die Aufnahme von Partikeln größere wirksame Oberfläche und es kann eine größere Menge von Partikeln durch die Zwischenwände 6 als mit bisher bekannten Filtern zurückgehalten werden. Hierdurch ist eine zeitlich längere Verwendung des Partikelfilters 1 möglich, wobei dessen Außenabmessungen nicht verändert werden müssen. Alternativ dazu können selbstverständlich auch die Außenabmessungen verringert werden, um bei gleichbleibender gesamter Filteroberfläche den Durchmesser oder die Länge des Partikelfilters 1 zu verringern.
Im vorliegenden Fall sind die Eintrittskanäle 4 achteckig und die Austrittskanale 5 quadratisch ausgebildet. Hierdurch entsteht ein Verhältnis der Querschnittsflächen der Eintrittskanäle 4 zu den Austrittskanälen 5 von ca. 3-4:1 und ein Verhältnis der Umfange der Eintrittskanäle 4 zu den Austrittskanälen
5 von ca. 1,5-2:1. Selbstverständlich sind auch andere Querschnittsformen für die Eintrittskanäle 4 und die Austrittskanale 5 denkbar. Durch den direkten Kontakt jedes einzelnen Eintrittskanals 4 mit seinen vier benachbarten Eintrittskanälen 4 wird beim Rußabbrand die entstehende Wärme optimal auf die gesamte Fläche des Partikelfilters 1 weitergeleitet, wodurch ein besseres Abbrennverhalten des Partikelfilters 1 entsteht.

Claims

Patentansprüche
1. Partikelfilter zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine mit mehreren in Längsrichtung desselben verlaufenden Eintritts- und Austrittskanälen, die durch Seitenwände voneinander getrennt sind und jeweils an einer ihrer Stirnseiten eine Eintritts- oder eine Austrittsöffnung aufweisen und an den jeweiligen gegenüberliegenden Stirnseiten verschlossen sind, wobei das Abgas durch die Seitenwände von den Eintrittskanälen in die Austrittskanale übertritt, dadurch ge kenn z e i chnet , daß die Eintrittskanäle (5) einen größeren Querschnitt als die Austrittskanale (6) aufweisen.
2. Partikelfilter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis der Querschnitte der Eintrittskanäle (4) zu den Querschnitten der Austrittskanale (5) ca. 3-4:1 beträgt.
3. Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verhältnis der Umfange der Eintrittskanäle (4) zu den Umfangen der Austrittskanale (5) ca. 1,5- 2:1 beträgt.
4. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch ge kenn z e i chnet , daß die Eintrittskanäle (4) einen achteckigen Querschnitt aufweisen.
5. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Austrittskanale (5) einen quadratischen Querschnitt aufweisen.
6. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er durch Extrudieren hergestellt ist.
7. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er aus einer Keramik besteht.
8. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Eintrittskanäle (4) und die Austrittskanale (5) über die Länge des Partikelfilters (1) jeweils einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen.
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