WO2008135441A1 - Keramischer wabenkörper für den einsatz in abgasreinigungssystemen - Google Patents

Keramischer wabenkörper für den einsatz in abgasreinigungssystemen Download PDF

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WO2008135441A1
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WO
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honeycomb body
ceramic honeycomb
channels
cross
ceramic
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Harald Bressler
Thomas Hauber
Tobias Hoeffken
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Robert Bosch GmbH
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention is based on known exhaust gas purification systems, for example catalysts or filters, which are usually used in the exhaust system of internal combustion engines.
  • exhaust gas purification systems comprise ceramic carrier materials which, for example, act as carriers for catalytically active materials or as porous filter materials.
  • Ceramic honeycomb bodies are used as carriers.
  • Such ceramic honeycomb body are made for example of ceramic materials such as silicon carbide, aluminum titanate or cordierite or other ceramic materials. The production takes place for example by means of an extrusion process.
  • the ceramic honeycomb body usually comprise a plurality of blind channels with any (for example, round, rectangular, square or hexagonal) cross-section, wherein mutually inlet channels are provided, which are closed on the (seen in the flow direction) output side of the honeycomb body, and outlet channels, which closed on the input side are. This ensures that an exhaust gas flow to be cleaned, which flows through the honeycomb body, must penetrate at least once the wall of the honeycomb body.
  • the filter is heated convectively by the exhaust gas, the temperature of which is increased by engine measures. Due to the dissipation of heat through the insulation to the housing and due to the poorer flow in the wall boundary layer, the edge regions of the filter only reach a lower temperature than the region of the filter located further inward radially. After some of the soot has been burned down by the comparatively higher temperatures there, the flow resistance caused by the soot layer decreases, and a larger proportion of the hot exhaust gas flows through the radially inward region.
  • soot layer can lead to critical peak temperatures due to further (albeit reduced in speed) accumulation of soot in an ultimately more successful regeneration.
  • a ceramic honeycomb body for use in exhaust gas purification systems of the type described above and a diesel particle filter with a ceramic honeycomb body according to the invention which have the above-mentioned disadvantages of ceramic honeycomb bodies or of diesel particle filters with such honeycomb bodies. bodies at least largely avoided.
  • the ceramic honeycomb body according to the invention can also be used advantageously in other emission control systems, since the benefits can be transferred analogously to other such systems, such as other types of filters or catalysts.
  • a basic idea of the present invention is to make the temperature field over the cross-section of the ceramic honeycomb body more uniform during regeneration. This homogenization of the temperature field is achieved erfmdungsge-rank-ranking by an increased deposition of soot in the areas in which compared to conventional honeycomb bodies, the temperature is to be increased.
  • the temperature can be selectively increased in the radially outer regions of the honeycomb body by there being an increased position of soot and thus an increased burnout during regeneration.
  • the ceramic honeycomb body having an input side and an output side, which may be made for example of the above-mentioned ceramic materials.
  • the ceramic honeycomb body may be designed, for example, overall cylindrical and have a body axis.
  • the ceramic honeycomb body has an inlet side and an outlet side, which are defined by the flow direction of the exhaust gases flowing through the honeycomb body.
  • the ceramic honeycomb body comprises a plurality of blind channels having a plurality of outlet channels closed on the input side and a multiplicity of inlet channels closed on the output side.
  • the number of inlet channels may correspond to the number of outlet channels, but also different numbers of inlet and outlet channels are possible.
  • the inlet channels and the outlet channels have different area ratios to the overall cross section.
  • a cross-sectional area unit can be selected perpendicular to the body axis, which comprises at least one inlet channel and at least one outlet channel.
  • This cross-sectional area unit may preferably be chosen such that it has a unit which repeats in the overall cross-section of the honeycomb body (which may also be referred to as "cell").
  • this cross-sectional area unit is small in relation to the total cross-section of the ceramic honeycomb body.
  • the opening area of the inlet channels within this cross-sectional area unit is determined, then the opening area of the outlet channels in this cross-sectional area unit, and then the quotient of these opening areas is formed.
  • a basic idea of the present invention is to adapt this area ratio ⁇ between inlet channels and outlet channels over the cross section of the ceramic honeycomb body in such a way that the temperature is made more uniform.
  • ⁇ increases from the inside to the outside.
  • ⁇ is preferably smaller in the region of the body axis than in regions of the honeycomb body which are further away from the body axis.
  • ⁇ may increase substantially continuously outward from the body axis (where "substantially” also increases in the ratio are possible, especially due to non-continuous area design with inlet and outlet channels.)
  • ⁇ may be linear or square outward increase.
  • the inlet channels are larger in cross-section than the outlet channels, or that the cross-sectional area of the inlet channels is greater than the cross-sectional area of the outlet channels, since in this way the soot build-up in the intake ports can be compensated.
  • ⁇ is smaller than 1 in the region of the body axis and greater than 1 at the edge of the honeycomb body. In this way, the temperature uniformity can be achieved.
  • ⁇ is greater than 1 in the entire region of the honeycomb body.
  • ratios equal to 1.1 in the area of the body axis have proven to be up to the edge of the honeycomb body, preferably equal to 1 , 5 rise. Also deviations from the stated values are however possible.
  • the proportion of the wall area between the blind channels on the entire cross-sectional area is usually between 20% and 60%, preferably about 40%.
  • the configuration of the ceramic honeycomb body according to the invention in which the area ratio ⁇ is used for homogenizing the temperatures, in particular during filter regeneration, has a number of decisive advantages over conventional honeycomb bodies and diesel particle filters. Since a soot layer of approximately uniform thickness is formed on the entire filter surface after a certain loading, as a consequence of the uneven distribution of ⁇ over the cross section of the ceramic honeycomb body in areas with smaller ⁇ , a smaller amount of soot is incorporated than in areas with a larger ⁇ , In this way, since the soot is the "fuel for the burn, the temperature in certain areas of the ceramic honeycomb body can be adjusted specifically.
  • the lower heat release due to the lower specific burnup rate can be partially compensated according to the invention by incorporating a larger mass of carbon black.
  • the heat release is more uniform in this case and the adjusting radial temperature gradients are lower.
  • the ceramic honeycomb body filter with higher reliability can be used, which show less tendency to thermal stress and failure of the filter by cracking.
  • the targeted setting of the temperature distribution also creates opportunities to avoid reaching critical peak temperatures.
  • the maximum soot load can be increased by the configuration of the ceramic honeycomb body according to the invention, so that overall longer intervals between two regenerations can be set.
  • Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with a diesel particulate filter according to the invention
  • Figure 2 shows an inventive honeycomb body in longitudinal section
  • Figure 3 is a schematic representation of a plan view of a honeycomb body according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 110, to which an exhaust line 112 connects.
  • the internal combustion engine 110 is a diesel engine, wherein a diesel particulate filter 114 is provided in the exhaust gas train 112. By means of this diesel particulate filter 114, soot particles can be removed from the exhaust gas flow.
  • the diesel particulate filter 114 comprises a cylindrical housing 116, in which a in the present embodiment, rotationally symmetrical, a total of also cylindrical honeycomb body 118 is arranged.
  • FIG. 2 shows a honeycomb body 118 corresponding to the prior art in a longitudinal section parallel to the body axis 120.
  • the honeycomb body 118 is produced in this embodiment as an extruded molded body of a ceramic material, for example magnesium aluminum silicate, preferably cordierite.
  • the honeycomb body 118 is traversed by exhaust gas in the direction of the arrows 121.
  • the exhaust gas enters the honeycomb body 118 at an input side 122 and leaves it at an exit side 124.
  • a plurality of dummy channels 126 extend. These dummy channels 126 include a plurality of inlet channels 128 and a plurality of outlet channels 130.
  • the inlet channels 128 are closed on the outlet side 124.
  • sealing plugs 132 are provided for this purpose.
  • the inlet plugs 128 taper towards the outlet side 124 until the walls of the inlet channels 128 touch and the inlet channels 128 are closed in such a way.
  • the inlet channel 128 in the direction parallel to the body axis 120 has a triangular cross-section.
  • outlet channels 130 are open on the outlet side 124 and are closed in the region of the inlet side 122.
  • the flow path of the unpurified exhaust gas thus leads into one of the inlet channels 128 and from there through a filter wall 134 into one of the outlet channels 130. This is illustrated by the arrows 136 by way of example.
  • the inlet channels 128 and the outlet channels 130 have substantially identical opening cross-sections.
  • FIG. 1 an embodiment of a honeycomb body 118 according to the invention is shown schematically in FIG.
  • a plan view of the input side 122 is shown, viewed in a direction parallel to the body axis 120 in FIG. 2.
  • the size of the cross sections of the blind channels 126 is greatly exaggerated in FIG. While typical diameter of the honeycomb body 118 is about 15 cm, typical diameters or edge lengths of openings or the cross sections of the blind channels 126 are in the range of 1 mm.
  • an outlet channel 128 is assigned to an inlet channel 128 in each case.
  • a plurality of inlet channels can also be assigned to an outlet channel, for example.
  • FIG. 3 shows a plan view of the inlet side 122 of the honeycomb body 118. Accordingly, the outlet channels 130 are concealed and only shown in dashed lines in FIG. 3, whereas the inlet channels 128 are visible.
  • the inlet and outlet channels have a square cross-section in the illustrated embodiment.
  • the inlet channels 128 have an edge length of the openings a
  • the outlet channels 130 have an edge length b.
  • these edge lengths are in the range between 0.9 and 1.3 mm.
  • other cross-sectional shapes may also be used. For example, round cross sections, rectangular cross sections, triangular cross sections, generally polygonal (eg hexagonal) cross sections or mixtures of different cross sections.
  • the arrangement of the blind channels 126 is regular in such a way that two outlet channels 130 and two inlet channels 128 form, together with the walls of the honeycomb body 118 therebetween, cells that are arranged in a recurring arrangement in a row. Apart from the changing over the cross section of the honeycomb body 118 area ratio between inlet channels 128 and outlet channels 130, these cells form the smallest recurring units. These cells also have a square cross-section with a "pitch", which is designated A in FIG.
  • the ratio ⁇ of the proportion of the inlet channels 128 at a cross-sectional area unit to the proportion of the outlet channels 130 at the cross-sectional area unit is varied over the overall cross section of the honeycomb body 118.
  • the cross section of the outlet channels 130 is only slightly smaller than the cross section of the inlet channels 128.
  • the ratio ⁇ in this range is only just above 1
  • values below 1 are also conceivable.
  • the cross sections of the outlet channels 130 are significantly smaller than the cross sections of the inlet channels 128.
  • the ratio ⁇ may increase from a value of 1.1 in the center of the honeycomb body 118 to a value of 1.5 at the edge of the honeycomb body 118.
  • the openings of the inlet channels 128 and the outlet channels 130 in total make up only about 50% to 70% of the total area of the honeycomb body 118. The remaining portion is wall portion of the honeycomb body 118.

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Abstract

Es wird ein keramischer Wabenkörper (118) für den Einsatz in Abgasreinigungssystemen vorgeschlagen. Der keramische Wabenkörper (118) weist eine Eingangsseite (122) und eine Ausgangsseite (124) auf und umfasst eine Vielzahl von Blindkanälen (126). Die Blindkanäle (126) wiederum umfassen eine Vielzahl von eingangsseitig verschlossenen Auslasskanälen (130) und eine Vielzahl von ausgangsseitig verschlossenen Einlasskanälen (128). Das Verhältnis ? des Anteils der Einlasskanäle (128) an einer Querschnittsflächeneinheit zum Anteil der Auslasskanäle (130) an einer Querschnittsflächeneinheit variiert über die Gesamtquerschnittsfläche des Wabenkörpers (118).

Description

Beschreibung
Titel
Keramischer Wabenkörper für den Einsatz in Abgasreinigungssystemen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von bekannten Abgasreinigungssystemen, beispielsweise Katalysatoren oder Filtern, welche üblicherweise im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden. Derartige Abgasreinigungssysteme umfassen in vielen Fällen keramische Trägerma- terialien, welche beispielsweise als Träger für katalytisch aktive Materialien oder als poröse Filtermaterialien wirken, eingesetzt.
In vielen Fällen werden dabei keramische Wabenkörper als Träger verwendet. Derartige keramische Wabenkörper werden beispielsweise aus keramischen Materialien wie Silizium- carbid, Aluminiumtitanat oder Cordierit oder anderen keramischen Werkstoffen gefertigt. Die Fertigung erfolgt beispielsweise mittels eines Extrusions Verfahrens.
Dabei umfassen die keramischen Wabenkörper üblicherweise eine Vielzahl von Blindkanälen mit beliebigem (beispielsweise rundem, rechteckigem, quadratischen oder hexagonalem) Querschnitt, wobei wechselseitig Einlasskanäle vorgesehen sind, welche auf der (in Strömungsrichtung gesehen) Ausgangsseite des Wabenkörpers verschlossen sind, und Auslasskanäle, welche eingangsseitig verschlossen sind. Dadurch ist gewährleistet, dass ein zu reinigender Abgasstrom, welcher den Wabenkörper durchströmt, mindestens einmal die Wand des Wabenkörpers durchdringen muss.
Insbesondere bei Dieselpartikelfiltern, welche zur Filtration von Rußpartikeln aus dem Dieselabgas eingesetzt werden, spielt die Beseitigung von Partikeln aus dem Wabenfilter eine entscheidende Rolle. Der im Filter angesammelte Ruß muss wegen des zunehmenden Abgasgegendrucks in regelmäßigen Intervallen durch Abbrand (Regeneration) entfernt werden. Wird die Regeneration bei einer zu hohen Rußbeladung eingeleitet, so droht eine thermo- mechanische Schädigung des Filters. Aus US 4,276,071 ist ein durch Abbrand reinigbares, monolithisches keramisches Filterelement bekannt. Dabei werden eine Reihe von Kanalgeometrien offenbart, unter anderem auch Geometrien mit asymmetrischen Kanälen, bei denen den Einlasskanälen ein größerer Anteil am Gesamtquerschnitt zukommt als den Auslasskanälen. Dadurch wird die Zunahme des vom Filter verursachten Gegendrucks mit steigender Beladung vermindert. Es sind Konstruktionen einer Asymmetrie bekannt, bei denen die unterschiedlichen Flächenverhältnisse durch unterschiedliche Kanalgröße und/oder durch eine unterschiedliche Anzahl an Ein- und Auslasskanälen erfolgt.
Während der Regeneration wird der Filter durch das Abgas, dessen Temperatur durch motorische Maßnahmen erhöht wird, konvektiv aufgeheizt. Die Randbereiche des Filters erreichen dabei aufgrund der Wärmeableitung durch die Isolation zum Gehäuse und aufgrund der schlechteren Anströmung in der Wandgrenzschicht nur eine niedrigere Temperatur als der radial weiter innen gelegene Bereich des Filters. Nachdem durch die dort im Vergleich höheren Temperaturen ein Teil des Rußes abgebrannt worden ist, vermindert sich der durch die Rußschicht verursachte Strömungswiderstand, und ein größerer Anteil des heißen Abgases strömt durch den radial innen gelegenen Bereich.
Durch diese asymmetrische Strömung mit überwiegendem Anteil der Strömung der heißen Abgase durch den radial innen gelegenen Bereich verschlechtert sich die ohnehin schlechte Aufheizung des Außenbereichs des Filters. Als Folge kann in diesem Bereich des Filters die zur Regeneration notwendige Temperatur nicht oder nicht immer erreicht werden, und die dort eigentlich vorhandene Filterfläche bleibt ungenutzt. Außerdem gehen mit einer ausschließlich im radial inneren Bereich des Filters ablaufenden Regeneration große radiale Temperaturgradienten einher, die durch Wärmespannungen zum Versagen des Filters durch Rissbildung führen können.
Des Weiteren kann eine nicht regenerierte Rußschicht durch weitere (wenn auch in ihrer Geschwindigkeit verminderte) Akkumulation von Ruß bei einer letztlich doch erfolgreiche- ren Regeneration zu kritischen Spitzentemperaturen führen.
Offenbarung der Erfindung
Es wird dementsprechend ein keramischer Wabenkörper für den Einsatz in Abgasreinigungssystemen der oben beschriebenen Art sowie ein Dieselpartikelfilter mit einem erfindungsgemäßen keramischen Wabenkörper vorgeschlagen, welche die oben aufgeführten Nachteile keramischer Wabenkörper bzw. von Dieselpartikelfiltern mit derartigen Waben- körpern zumindest weitgehend vermeiden. Neben dem Einsatz in Dieselpartikelfϊltern können die keramischen Wabenkörper gemäß der Erfindung auch vorteilhaft in anderen Abgasreinigungssystemen eingesetzt werden, da die Vorteile sich sinngemäß auch auf andere derartige Systeme übertragen lassen, wie beispielsweise andere Arten von Filtern oder Kataly- satoren.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Temperaturfeld über den Querschnitt des keramischen Wabenkörpers hinweg während einer Regeneration gleichmäßiger auszugestalten. Diese Vergleichmäßigung des Temperaturfeldes wird erfmdungsge- maß durch eine erhöhte Deposition von Ruß in den Bereichen, in denen gegenüber herkömmlichen Wabenkörpern die Temperatur erhöht werden soll, erreicht. Insbesondere kann die Temperatur gezielt in den radial außen gelegenen Bereichen des Wabenkörpers erhöht werden, indem dort eine erhöhte Position von Ruß erfolgt und somit ein verstärkter Ab- brand während der Regeneration.
Es wird dementsprechend ein keramischer Wabenkörper mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite vorgeschlagen, welcher beispielsweise aus den oben genannten keramischen Werkstoffen gefertigt sein kann. Der keramische Wabenkörper kann beispielsweise insgesamt zylinderförmig ausgestaltet sein und eine Körperachse aufweisen. Der keramische Wa- benkörper weist eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite auf, welche sich durch die Strömungsrichtung der den Wabenkörper durchströmenden Abgase definieren.
Weiterhin umfasst, wie auch im Stand der Technik, der keramische Wabenkörper eine Vielzahl von Blindkanälen mit einer Vielzahl von eingangsseitig verschlossenen Auslasskanälen und einer Vielzahl von ausgangsseitig verschlossenen Einlasskanälen. Dabei kann insbesondere die Zahl der Einlasskanäle der Zahl der Auslasskanäle entsprechen, wobei jedoch auch unterschiedliche Anzahlen von Einlass- und Auslasskanälen mögliche sind.
Wie auch in US 4,276,071 offenbart, weisen die Einlasskanäle und die Auslasskanäle unter- schiedliche Flächenverhältnisse zum Gesamtquerschnitt auf.
Das Verhältnis des Anteils der Einlasskanäle an einer Querschnittsflächeneinheit zum Anteil der Auslasskanäle an einer Querschnittsflächeneinheit sei dabei im Folgenden mit η bezeichnet. Beispielsweise kann eine Querschnittsflächeneinheit senkrecht zur Körperachse gewählt werden, welche mindestens einen Einlasskanal und mindestens einen Auslasskanal umfasst. Diese Querschnittsflächeneinheit kann vorzugsweise derart gewählt werden, dass diese eine sich im Gesamtquerschnitt des Wabenkörpers wiederholende Einheit (welche auch als „Zel- Ie" bezeichnet werden könnte) umfasst. Vorzugsweise ist diese Querschnittsflächeneinheit klein gegenüber dem Gesamtquerschnitt des keramischen Wabenkörpers.
Um das Verhältnis η zu berechnen, wird also zunächst die Öffhungsfläche der Einlasskanäle innerhalb dieser Querschnittsflächeneinheit bestimmt, anschließend die Öffnungsfläche der Auslasskanäle in dieser Querschnittsflächeneinheit, und anschließend wird der Quotient aus diesen Öffhungsflächen gebildet.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dieses Flächenverhältnis η zwischen Einlasskanälen und Auslasskanälen über den Querschnitt des keramischen Wabenkörpers hinweg derart anzupassen, dass hierdurch die Temperatur gleichmäßiger ausgestaltet wird. Da insbesondere, wie oben beschrieben, in den Randbereichen des keramischen Wabenkörpers gemäß dem Stand der Technik zu geringe Temperaturen auftreten, ist es besonders bevorzugt, wenn η von innen nach außen zunimmt.
Dementsprechend ist η im Bereich der Körperachse vorzugsweise kleiner als in weiter von der Körperachse entfernt gelegenen Bereichen des Wabenkörpers. Insbesondere kann η von der Körperachse aus nach außen im Wesentlichen kontinuierlich zunehmen (wobei unter „im Wesentlichen" auch sprungweise Zunahmen des Verhältnisses möglich sind, insbesondere aufgrund der nicht-kontinuierlichen Flächengestaltung mit Einlass- und Auslasskanälen). Insbesondere kann η linear oder quadratisch nach außen hin zunehmen.
Wie oben beschrieben, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Einlasskanäle von ihrem Querschnitt her größer sind als die Auslasskanäle, bzw. dass der Querschnittsflächen- anteil der Einlasskanäle größer ist als der Querschnittsflächenanteil der Auslasskanäle, da auf diese Weise die Rußablagerung in den Einlasskanälen ausgeglichen werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung, bei welcher eine gezielte Einstellung des Verhältnisses η über den Querschnitt des Wabenkörpers hinweg erfolgt, kann dieses Verhältnis jedoch sogar umgekehrt werden, so dass auch Verhältnisse η kleiner 1 auftreten können. So kann beispielsweise eine Ausgestaltung vorteilhaft sein, bei welcher η im Bereich der Körperachse kleiner ist als 1 und am Rand des Wabenkörpers größer ist als 1. Auf diese Weise kann die Temperaturvergleichmäßigung erreicht werden.
Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn η trotz der beschriebenen Variation, im gesamten Bereich des Wabenkörpers größer ist als 1. So haben sich beispielsweise Verhältnisse gleich 1,1 im Bereich der Körperachse bewährt, welche bis zum Rand des Wabenkörpers hin auf vorzugsweise η gleich 1,5 ansteigen. Auch Abweichungen von den genannten Werten sind jedoch möglich. Der Anteil der Wandfläche zwischen den Blindkanälen an der gesamten Querschnittsfläche beträgt üblicherweise zwischen 20 % und 60 %, vorzugsweise ca. 40 %.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des keramischen Wabenkörpers, bei welcher das Flä- chenverhältnis η zur Homogenisierung der Temperaturen, insbesondere bei der Filterregeneration, genutzt wird, hat gegenüber herkömmlichen Wabenkörpern und Dieselpartikelfiltern eine Reihe entscheidender Vorteile. Da sich auf der gesamten Filterfläche nach einer gewissen Beladung eine Rußschicht mit näherungsweise gleichmäßiger Dicke ausbildet, ist als Konsequenz der ungleichmäßigen Verteilung von η über den Querschnitt des keramischen Wabenkörpers hinweg in Bereichen mit kleineren η eine geringere Menge an Ruß eingelagert als in Bereichen mit größerem η. Auf diese Weise kann, da der Ruß den „Brennstoff für den Abbrand darstellt, die Temperatur in bestimmten Bereichen des keramischen Wabenkörpers gezielt eingestellt werden.
So kann in den Randbereichen, in denen aufgrund der oben beschriebenen Effekte geringe Temperaturen auftreten als im Filterinneren, durch Bereitstellen eines größeren Flächenverhältnisses η die geringere Wärmefreisetzung aufgrund der geringeren spezifischen Abbrand- rate erfindungsgemäß teilweise dadurch kompensiert werden, dass eine größere Russmasse eingelagert wird. Die Wärmefreisetzung ist in diesem Fall gleichmäßiger und die sich ein- stellenden radialen Temperaturgradienten sind geringer.
Insgesamt lassen sich dadurch durch Einsatz des keramischen Wabenkörpers Filter mit höherer Betriebssicherheit einsetzen, welche geringere Neigung zu Wärmespannungen und zum Versagen des Filters durch Rissbildung zeigen. Auch werden durch die gezielte Einstel- lung der Temperaturverteilung Möglichkeiten geschaffen, das Erreichen kritischer Spitzentemperaturen zu vermeiden.
Weiterhin lässt sich insgesamt die maximale Rußbeladung durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der keramischen Wabenkörper erhöhen, so dass insgesamt längere Intervalle zwi- sehen zwei Regenerationen gesetzt werden können.
Diese Verbesserung der Filtereigenschaften und die Verbesserung der Filterregeneration führt auch zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch, da insbesondere die Filterregeneration äußerst energieaufwändig ist. Auch eine Ölverdünnung lässt sich durch Einsatz des kerami- sehen Wabenkörpers verringern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter;
Figur 2 ein erfindungsgemäßer Wabenkörper im Längsschnitt; und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wabenkörper.
In den Figuren 1 und 2 sind schematische Darstellungen von dem Stand der Technik ent- sprechenden Abgasnachbehandlungssystemen dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 110, an welche sich ein Abgasstrang 112 anschließt. Im Folgenden sei angenommen, dass es sich bei der Brennkraftmaschine 110 um einen Dieselmotor handelt, wobei im Abgasstrang 112 ein Dieselpartikelfilter 114 vorgesehen ist. Durch diesen Dieselpartikelfilter 114 können Rußpartikel aus dem Abgasstrom ent- fernt werden.
Der Dieselpartikelfilter 114 umfasst ein zylindrisches Gehäuse 116, in dem ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrischer, insgesamt ebenfalls zylindrischer Wabenkörper 118 angeordnet ist.
In Figur 2 ist ein dem Stand der Technik entsprechender Wabenkörper 118 in einem Längsschnitt parallel zur Körperachse 120 dargestellt. Der Wabenkörper 118 ist in diesem Ausführungsbeispiel als extrudierter Formkörper aus einem keramischen Material, zum Beispiel Magnesium- Aluminium-Silikat, bevorzugt Cordierit, hergestellt. Der Wabenkörper 118 wird in Richtung der Pfeile 121 von Abgas durchströmt.
Das Abgas tritt an einer Eingangsseite 122 in den Wabenkörper 118 ein und verlässt diesen an einer Ausgangsseite 124.
Parallel zur Körperachse 120 verläuft eine Vielzahl von Blindkanälen 126. Diese Blindkanäle 126 umfassen eine Vielzahl von Einlasskanälen 128 und eine Vielzahl von Auslasskanälen 130. Die Einlasskanäle 128 sind an der Ausgangsseite 124 verschlossen. In der hier dargestellten Ausführungsform sind hierzu Verschlussstopfen 132 vorgesehen. Anstelle der Ver- schlusstopfen 132 ist es jedoch auch möglich, dass das die Einlasskanäle 128 sich zur Ausgangsseite 124 hin verjüngen, bis sich die Wandungen der Einlasskanäle 128 berühren und die Einlasskanäle 128 derart verschlossen werden. In diesem Fall weist der Einlasskanal 128 in Richtung parallel zur Körperachse 120 eine dreieckförmigen Querschnitt auf.
Entsprechend sind die Auslasskanäle 130 an der Ausgangsseite 124 offen und sind im Bereich der Eingangsseite 122 verschlossen.
Der Strömungsweg des ungereinigten Abgases führt somit in einen der Einlasskanäle 128 und von dort durch eine Filterwand 134 in einen der Auslasskanäle 130. Exemplarisch ist dies durch die Pfeile 136 dargestellt.
Bei der schematischen Darstellung gemäß Figur 2 weisen die Einlasskanäle 128 und die Auslasskanäle 130 im Wesentlichen gleiche Öffnungsquerschnitte auf.
In Figur 3 ist demgegenüber eine erfindungsgemäß Ausgestaltung eines Wabenkörpers 118 schematisch dargestellt. Dabei ist eine Draufsicht auf die Eingangsseite 122 gezeigt, mit Blickrichtung parallel zur Körperachse 120 in Figur 2. Zur Vereinfachung der Darstellung sind lediglich einige Blindkanäle 126 im Bereich der Körperachse 120 und einige Blindkanä- Ie in der Nähe des äußeren Umfangs des Wabenkörpers 118 gezeigt. Die Größe der Querschnitte der Blindkanäle 126 ist dabei in Figur 3 stark übertrieben dargestellt. Währende typische Durchmesser der Wabenkörper 118 bei ca. 15 cm liegen, liegen typische Durchmesser bzw. Kantenlängen von Öffnungen bzw. der Querschnitte der Blindkanäle 126 im Bereich von 1 mm.
In dem in Figur 3 dargestellten, nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel ist jeweils einem Einlasskanal 128 ein Auslasskanal 130 zugeordnet. Wie oben beschrieben, können jedoch auch beispielsweise einem Auslasskanal mehrere Einlasskanäle zugeordnet sein.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die Eingangsseite 122 des Wabenkörpers 118. Dementsprechend sind die Auslasskanäle 130 verdeckt und in Figur 3 jeweils nur gestrichelt dargestellt, wohingegen die Einlasskanäle 128 sichtbar sind.
Die Einlass- und Auslasskanäle haben dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen quadratischen Querschnitt. Dabei weisen die Einlasskanäle 128 eine Kantenlänge der Öffnungen a auf, die Auslasskanäle 130 hingegen eine Kantenlänge b. Typischerweise liegen diese Kantenlänge im Bereich zwischen 0,9 und 1,3 mm. Alternativ oder zusätzlich zum quadratischen Querschnitt können auch andere Querschnittsformen verwendet werden, bei- spielsweise runde Querschnitte, rechteckige Querschnitte, dreieckige Querschnitte, allgemein polygonale (z.B. hexagonale) Querschnitte oder Mischungen verschiedener Querschnitte.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist die Anordnung der Blindkanäle 126 regelmäßig in der Weise, dass jeweils zwei Auslasskanäle 130 und zwei Einlasskanäle 128 zusammen mit den dazwischen liegenden Wänden des Wabenkörpers 118 Zellen bilden, welche aneinander gereiht wiederkehrend angeordnet sind. Abgesehen von dem sich über den Querschnitt des Wabenkörpers 118 ändernden Flächenverhältnis zwischen Einlasskanä- len 128 und Auslasskanälen 130 bilden diese Zellen die kleinsten wiederkehrenden Einheiten. Diese Zellen haben ebenfalls einen quadratischen Querschnitt mit einem „Pitch", welcher in Figur 3 mit A bezeichnet ist.
Wie oben dargelegt, wird erfmdungsgemäß über den Querschnitt des Wabenkörpers 118 hinweg das Verhältnis η des Anteils der Einlasskanäle 128 an einer Querschnittsflächeneinheit zum Anteil der Auslasskanäle 130 an der Querschnittsflächeneinheit über den Gesamtquerschnitt des Wabenkörpers 118 variiert.
Mit den in Figur 3 dargestellten Größen ergibt sich dieses Verhältnis η zu:
a2 b2 a2 η = —r : —r = —r.
A2 A2 b2
Im Bereich der Mitte des Wabenkörpers 118, also im Bereich der Körperachse 120, ist bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Querschnitt der Auslasskanäle 130 lediglich geringfügig kleiner als der Querschnitt der Einlasskanäle 128. Somit liegt das Verhältnis η in diesem Bereich lediglich knapp über 1. Wie oben beschrieben, sind jedoch auch Werte unterhalb von 1 denkbar.
Im Randbereich des Wabenkörpers 118 hingegen sind, wie in Figur 3 zu erkennen, die Querschnitte der Auslasskanäle 130 deutlich kleiner gegenüber den Querschnitten der Einlasskanäle 128. Somit liegt hier ein Verhältnis η vor, welches deutlich oberhalb von 1 liegt, der Wert von η nimmt also von innen nach außen zu. Beispielsweise kann das Verhältnis η von einem Wert 1,1 in der Mitte des Wabenkörpers 118 auf einen Wert 1,5 am Rand des Wabenkörpers 118 ansteigen. Abschließend sei noch erwähnt, dass typischerweise die Öffnungen der Einlasskanäle 128 und der Auslasskanäle 130 in Summe lediglich ca. 50 % bis 70% der Gesamtfläche des Wabenkörpers 118 ausmachen. Der restliche Anteil ist Wandanteil des Wabenkörpers 118.

Claims

Ansprüche
1. Keramischer Wabenkörper (118) für den Einsatz in Abgasreinigungssystemen, mit einer Eingangsseite (122) und einer Ausgangsseite (124), umfassend eine Vielzahl von Blindkanälen (126), wobei die Blindkanäle (126) eine Vielzahl von eingangsseitig verschlossenen Auslasskanälen (130) und eine Vielzahl von ausgangsseitig verschlossenen Einlasskanälen (128) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis η des Anteils der Einlasskanäle (128) an einer Querschnittsfiächeneinheit zum Anteil der Auslasskanäle (130) an einer Querschnittsfiächeneinheit über die Gesamtquerschnittsfiäche des Wabenkörpers (118) variiert.
2. Keramischer Wabenkörper (118) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei η im Bereich einer Körperachse (120) des Wabenkörpers (118) kleiner ist als in weiter von der Körperachse (120) gelegenen Bereichen des Wabenkörpers (118).
3. Keramischer Wabenkörper (118) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei η von der Körperachse (120) aus nach außen im Wesentlichen kontinuierlich zunimmt.
4. Keramischer Wabenkörper (118) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei η linear oder quadratisch zunimmt.
5. Keramischer Wabenkörper (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei η im Bereich einer Körperachse (120) des Wabenkörpers (118) zwischen 0,5 und 1,3 beträgt, und vorzugsweise 1,1.
6. Keramischer Wabenkörper (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei η am Rand der Wabenkörpers (118) zwischen 1,3 und 1,7 beträgt, und vorzugsweise 1,5.
7. Keramischer Wabenkörper (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei η im Bereich einer Körperachse (120) des Wabenkörpers (118) kleiner ist als 1 und am
Rand des Wabenkörpers (118) größer ist als 1.
8. Keramischer Wabenkörper (118) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei η im gesamten Wabenkörper (118) größer ist als 1.
9. Keramischer Wabenkörper (118) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Anteil der Wandfiäche zwischen den Blindkanälen (126) zwischen 20% und 60% der Gesamtfläche liegt, vorzugsweise bei 40%.
10. Dieselpartikelfϊlter (114) zur Reinigung von Abgasen eines Dieselmotors, umfassend einen keramischen Wabenkörper (118) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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