WO2009016095A1 - Filterelement zur filterung von abgasen einer brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2009016095A1
WO2009016095A1 PCT/EP2008/059725 EP2008059725W WO2009016095A1 WO 2009016095 A1 WO2009016095 A1 WO 2009016095A1 EP 2008059725 W EP2008059725 W EP 2008059725W WO 2009016095 A1 WO2009016095 A1 WO 2009016095A1
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inlet
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filter
inlet channel
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PCT/EP2008/059725
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Holger Dietzhausen
Teruo Komori
Bernd Reinsch
Thomas Hauber
Lars Thuener
Tobias Hoeffken
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D46/24—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies
    • B01D46/2403—Particle separators, e.g. dust precipitators, using rigid hollow filter bodies characterised by the physical shape or structure of the filtering element
    • B01D46/2418—Honeycomb filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
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    • 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

  • Filter element for filtering exhaust gases of an internal combustion engine
  • the invention relates to a filter element for filtering exhaust gases of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to an exhaust system and a method for detecting the loading of a filter element according to the preambles of the independent claims.
  • a filter element of the type mentioned is known from DE 101 30 338 Al.
  • This filter element is designed as a ceramic honeycomb filter, which has a plurality of honeycomb channels extending overall in the direction of flow. These are alternately closed at their upstream end and at their downstream end. As a result, inlet channels and outlet channels are created, which are arranged side by side and thus at least partially have common filter walls. Through these filter walls, the exhaust gas flow passes during operation. Soot particles are thereby separated from the exhaust gas.
  • the deposited soot particles deposit on the inner surface of the inlet channels, resulting in a reduction of the permeability of the filter walls and, consequently, an increase in the pressure drop which occurs as the exhaust gas flow passes through the filter walls. Accordingly, the so-called "exhaust backpressure" increases.
  • the particulate filter is regenerated from time to time by the deposited soot particles oxidized, so are burned.
  • the temperature of the exhaust gas, which is passed through the filter element increased, which in turn is caused by the injection of additional fuel. This regeneration process leads to locally different temperatures in the filter element.
  • the correspondingly different thermal expansion of the ceramic leads to stresses in the filter element. Disclosure of the invention
  • Object of the present invention is to provide a filter element in which less fuel than previously used for the heating of the exhaust gas in a regeneration.
  • stresses within the filter structure during regeneration process should remain as low as possible.
  • the filter element according to the invention has inlet channels with different narrow sections.
  • the comparatively narrow sections are covered more rapidly with soot than the comparatively wide sections, the narrow sections thus "grow faster".
  • a curve that links the pressure drop with an operating time of the filter element thus has a kink which characterizes that point in time when the comparatively narrow concave sections are filled. This kink or the corresponding operating time can thus be assigned to a specific soot loading of the filter element, which allows a comparatively accurate detection of the loading of the filter element with soot.
  • the regeneration can therefore be aligned relatively precisely to the corresponding load state, so that the previously required reserves in the regeneration period can be lower, which ultimately saves fuel.
  • the stresses occurring are reduced, which benefits the service life of the filter element according to the invention.
  • the lateral surfaces of the second concave and comparatively narrow section as a whole enclose an angle which lies in a range of approximately 45 ° to 100 °, preferably of approximately 50 ° to approximately 75 °. This is still easy to realize in terms of manufacturing technology with customary extrusion apparatuses and, during operation of the filter element, already leads to a distinct kink of that curve which reduces the pressure drop associated with an operating time of the filter element.
  • the comparatively narrow second concave portion can be easily realized by having a base surface which is more curved than a base surface of the first concave portion as a whole.
  • Base surface of the second concave portion for manufacturing reasons in a range of about 0.1 mm to about 0.9 mm. These values are likewise easily achievable with conventional extruder devices and materials and lead to the desired kink in the curve already mentioned above.
  • the common filter walls between the inlet channels and the outlet channels are made of a ceramic material whose porosity is in a range of about 40% to about 70%. These values also contribute to the fact that the said curve, which links the exhaust backpressure or the pressure drop across the filter element to its service life, has the desired bend.
  • the common filter walls between the inlet channels and the outlet channels should be made of a ceramic material having pores whose pore diameter is in a range of about 10 microns to about 40 microns. This achieves a good filtering effect.
  • a ratio of the surface of all inlet channels to the surface of all outlet channels which is in a range of about 0.8 to about 2, leads to an acceptable exhaust back pressure even in the loaded state of the filter element, so a regeneration is required only relatively late.
  • Figure 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust system with a particulate filter and a filter element;
  • Figure 2 is a schematic longitudinal section through the filter element of the particulate filter of Figure l;
  • FIG. 3 shows a schematic section through a region of the filter element from FIG. 2 with an outlet channel and four inlet channels;
  • Figure 4 is an enlarged view of a portion of an inlet duct of Figure 3;
  • FIG. 5 is an enlarged view of an inlet channel of the filter element of Figure 3 in a certain loading condition; and FIG. 6 is a diagram in which a pressure drop across the filter element of FIG
  • an internal combustion engine as a whole carries the reference numeral 10. Its exhaust gases are fed via an exhaust pipe 12 to a particle filter 14. With this 10 soot particles can be filtered out of the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 12 during operation of the internal combustion engine. This is particularly necessary in diesel internal combustion engines to comply with legal requirements.
  • the particle filter 14 comprised an overall substantially cylindrical housing 16, in which a likewise substantially cylindrical filter element 18 is arranged.
  • This may be, for example, an extruded shaped body of a ceramic material, for example cordierite.
  • the filter element 18 flows through in the direction of the arrow 20 from the exhaust gas of the internal combustion engine 10.
  • An inlet side of the filter element 18 is designated in FIG. 1 as a whole by 22, and an outlet side as a whole by 24.
  • FIG. 2 The basic structure of the filter element 18 can be seen in FIG. 2. Thereafter, a plurality of inlet channels 28 and outlet channels 30 extend substantially parallel to a longitudinal axis 26 of the filter element 18. For reasons of clarity, however, not all of the inlet channels 28 and 28 are shown in FIG Outlet channels 30 provided with reference numerals.
  • the inlet channels 28 are closed in the region of the outlet side 24, and the outlet channels 30 are in turn closed in the region of the inlet side 22.
  • the inlet channels 28 are open in the region of the inlet side 22, the outlet channels 30 in the region of the outlet side 24.
  • the walls 32 between the inlet channels 28 and the outlet channels 30 are porous and have a comparatively high permeability for the exhaust gas.
  • the porosity is in a range of about 40% to about 70%.
  • the pore diameter is in a range of approximately 8 ⁇ m to about 40 microns.
  • the filter element 18 is "regenerated” from time to time. This means that the deposited soot particles are burned. This can be done, for example, that the temperature of the exhaust gas 20, which is passed through the filter element 18, is increased by engine measures of the internal combustion engine 10. For example, an additional injection of fuel, the combustion of which causes the increase in the exhaust gas temperature.
  • the deposited soot particles are thus degraded periodically by an exothermic oxidation reaction to gaseous reaction products, which then through the walls 32 and through the outlet channels 30 and the outlet side 24 of the filter element 18 can escape from this.
  • both the inlet channels 28 and the outlet channels 30 have an overall rather elliptical or oval cross-sectional shape.
  • the outlet channels 30 are formed as octagons, the term "corner” is not to be understood literally, because the corresponding corners are for reasons of manufacturability and the
  • the inlet channels 28 have in cross-section a surface with two first, opposite concave portions 36 and two second, likewise opposite concave portions 38 (for clarity, only one inlet channel 28 is provided with all reference numerals in Figure 3). Between the concave portions 36 and 38 of the surface of the inlet channels 28, corresponding convex portions 40 are provided. It can be clearly seen from FIGS. 3 and 4 that the two second inlet channel sections 42 delimited by the second concave sections 38 are generally narrower than the first inlet channel sections 44 bounded by the two first concave sections 36.
  • the second concave surface portions 38 in total in the present embodiment include an angle W of approximately 60 °. In other embodiments, not shown, the angle may range from about 45 ° to about 100 °, preferably from about 50 ° to about 75 °.
  • a first radius of curvature R 1 of the first concave surface section 36 of the first inlet channel section 44 is significantly greater than a second radius of curvature R 2 of the second concave surface section 38 of the second inlet channel section 42.
  • FIG The second concave surface portion 38 of the second inlet channel portion 42 is more curved overall than the first concave surface portion 36 of the first inlet channel portion 44.
  • the radius of curvature R2 of the second concave surface portion 38 of the second inlet channel portion 42 in the present embodiment is approximately 0.5 mm, but it may in other embodiments, also in a range of about 0.1 mm to 0.9 mm.
  • soot particles deposit on the surface of the walls 32 delimiting an inlet channel 28.
  • corresponding soot particles are designated by the reference numeral 54.
  • the soot particles 54 fill the second narrow inlet channel sections 42 more quickly than the first wide inlet channel sections 44. From the moment in which the second inlet channel sections 42 are completely filled with soot particles 54 (this is illustrated in FIG. 5), If the pressure drop, which the exhaust gas 20 experiences as it flows through the filter element 18, increases more rapidly with time or with the load. This increase in the pressure drop gradient can be seen in FIG.
  • the bend is nothing more than a change in the slope of the curve 56. This change in slope can be detected by appropriate evaluation methods and assigned to a specific loading state of the filter element 18. Depending on the detection of the said kink 58, a regeneration of the filter element 18 of the particle filter 14 can then be carried out.

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Abstract

Ein Filterelement dient zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine. Es umfasst in Durchströmungsrichtung eingangsseitig offene und ausgangsseitig geschlossene Einlasskanäle (28) und in Durchströmungsrichtung eingangsseitig geschlossene und ausgangsseitig offene Auslasskanälen (30). Die Einlasskanäle (28) und die Auslasskanäle (30) sind durch gemeinsame poröse Filterwände (32) begrenzt. Es wird vorgeschlagen, dass die Einlasskanäle (28) im Querschnitt eine Oberfläche mit mindestens einem ersten konkaven Abschnitt (36) und mindestens einem zweiten konkaven Abschnitt (38) umfassen, wobei ein vom zweiten konkaven Abschnitt (38) begrenzter zweiter Einlasskanalabschnitt (42) insgesamt enger ist als ein vom ersten konkaven Abschnitt (36) begrenzter erster Einlasskanalabschnitt (44).

Description

Beschreibung
Titel
Filterelement zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Filterelement zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der Erfindung sind ferner eine Abgasanlage und ein Verfahren zum Erkennen der Beladung eines Filterelements nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche.
Ein Filterelement der eingangs genannten Art ist aus der DE 101 30 338 Al bekannt. Dieses Filterelement ist als keramischer Wabenfilter ausgebildet, der eine Vielzahl von insgesamt in Durchströmrichtung verlaufenden wabenartigen Kanälen aufweist. Diese sind abwechselnd an ihrem stromaufwärtigen Ende beziehungsweise an ihrem stromabwärtigen Ende verschlossen. Hierdurch werden Einlasskanäle und Auslasskanäle geschaffen, die nebeneinander angeordnet sind und somit mindestens bereichsweise gemeinsame Filterwände aufweisen. Durch diese Filterwände tritt der Abgasstrom im Betrieb hindurch. Rußpartikel werden hierdurch aus dem Abgas abgeschieden.
Die abgeschiedenen Rußpartikel lagern sich auf der inneren Oberfläche der Einlasskanäle ab, was zu einer Verringerung der Durchlässigkeit der Filterwände und infolgedessen zu einer Erhöhung des Druckabfalls, der beim Durchtritt des Abgasstroms durch die Filterwände auftritt, führt. Entsprechend erhöht sich der so genannte "Abgasgegendruck". Um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine hoch zu halten, wird der Partikelfilter von Zeit zu Zeit regeneriert, indem die abgelagerten Rußpartikel oxidiert, also verbrannt werden. Hierzu wird die Temperatur des Abgases, welches durch das Filterelement hindurchgeleitet wird, erhöht, was wiederum durch die Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff bewirkt wird. Dieser Regenerationsvorgang führt in dem Filterelement zu örtlich unterschiedlichen Temperaturen. Durch die entsprechend unterschiedliche Wärmedehnung der Keramik kommt es zu Spannungen im Filterelement. Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Filterelement zu schaffen, bei dem bei einer Regenerierung weniger Kraftstoff als bisher für die Aufheizung des Abgases verwendet werden muss. Außerdem sollen Spannungen innerhalb der Filterstruktur beim Regenerationsvorgang möglichst gering bleiben.
Diese Aufgabe wird durch ein Filterelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch eine Abgasanlage und ein Verfahren zum Erkennen der Beladung eines Filterelements mit den Merkmalen der jeweiligen nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind ferner in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich darüber hinaus in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung. Die Merkmale können dabei sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein, ohne dass hierauf jeweils explizit hingewiesen wird.
Das erfindungsgemäße Filterelement hat Einlasskanäle mit unterschiedlich engen Abschnitten. Im Betrieb des Filterelements werden die vergleichsweise engen Abschnitte schneller mit Ruß abgedeckt als die vergleichsweise weiten Abschnitte, die engen Abschnitte "wachsen also schneller zu". Ab dem Moment, in dem ein vergleichsweise enger konkaver Abschnitt vollständig mit Ruß gefüllt ist, erhöht sich der Druckabfall über das Filterelement hinweg und damit der Abgasgegendruck schneller. Eine Kurve, die den Druckabfall mit einer Betriebszeit des Filterelements verknüpft, weist also einen Knick auf, der jenen Zeitpunkt charakterisiert, in dem die vergleichsweise engen konkaven Abschnitte gefüllt sind. Dieser Knick beziehungsweise die entsprechende Betriebszeit kann also einer bestimmten Rußbeladung des Filterelements zugeordnet werden, was eine vergleichsweise exakte Erkennung der Beladung des Filterelements mit Ruß gestattet. Die Regeneration kann daher vergleichsweise präzise auf den entsprechenden Beladungszustand ausgerichtet werden, so dass die bisher erforderlichen Reserven bei der Regenerationsdauer geringer ausfallen können, wodurch letztlich Kraftstoff gespart wird. Durch die gekrümmten Oberflächen der Wände der Einlasskanäle werden darüber hinaus bei einem Aufheizen des Filterelements die auftretenden Spannungen reduziert, was der Lebensdauer des erfindungsgemäßen Filterelements zugute kommt.
Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, wenn die seitlichen Oberflächen des zweiten konkaven und vergleichsweise engen Abschnitts insgesamt einen Winkel einschließen, der in einem Bereich von ungefähr 45° bis 100°, vorzugsweise von ungefähr 50° bis ungefähr 75° liegt. Dies ist fertigungstechnisch mit üblichen Extrusionsvorrichtungen noch gut zu realisieren und führt im Betrieb des Filterelements bereits zu einem deutlich ausgeprägten Knick jener Kurve, welche den Druckabfall mit einer Betriebszeit des Filterelements verknüpft.
Der vergleichsweise enge zweite konkave Abschnitt kann auf einfache Art und Weise dadurch realisiert werden, dass er eine Basisoberfläche aufweist, die insgesamt stärker gekrümmt ist als eine Basisoberfläche des ersten konkaven Abschnitts. Dabei sollte der Krümmungsradius der
Basisoberfläche des zweiten konkaven Abschnitts aus Fertigungsgründen in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,9 mm liegen. Diese Werte sind ebenfalls mit üblichen Extrudervorrichtungen und Materialien problemlos erzielbar und führen zu dem gewünschten Knick in der bereits oben erwähnten Kurve.
Für die Reduzierung der beim Regenerieren in dem Filterelement auftretenden Spannungen ist es vorteilhaft, wenn mindestens 50 % der Oberflächen des Einlasskanals gekrümmt sind.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filterelements sieht vor, dass die gemeinsamen Filterwände zwischen den Einlasskanälen und den Auslasskanälen aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sind, dessen Porosität in einem Bereich von ungefähr 40 % bis ungefähr 70 % liegt. Auch diese Werte tragen dazu bei, dass die besagte Kurve, welche den Abgasgegendruck beziehungsweise den Druckabfall über das Filterelement hinweg mit dessen Betriebsdauer verknüpft, den gewünschten Knick aufweist.
Dabei sollten die gemeinsamen Filterwände zwischen den Einlasskanälen und den Auslasskanälen aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sein, der Poren aufweist, deren Porendurchmesser in einem Bereich von ungefähr 10 μm bis ungefähr 40 μm liegt. Damit wird eine gute Filterwirkung erzielt.
Ein Verhältnis der Oberfläche aller Einlasskanäle zur Oberfläche aller Auslasskanäle, welches in einem Bereich von ungefähr 0,8 bis ungefähr 2 liegt, führt auch im beladenen Zustand des Filterelements zu einem noch akzeptablen Abgasgegendruck, eine Regenerierung ist also erst vergleichsweise spät erforderlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung exemplarisch unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage mit einem Partikelfilter und einem Filterelement; Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch das Filterelement des Partikelfilters von Figur l;
Figur 3 einen schematischen Schnitt durch einen Bereich des Filterelements von Figur 2 mit einem Auslasskanal und vier Einlasskanälen; Figur 4 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs eines Einlasskanals von Figur 3;
Figur 5 eine vergrößerte Darstellung eines Einlasskanals des Filterelements von Figur 3 in einem bestimmten Beladungszustand; und Figur 6 ein Diagramm, in dem ein Druckabfall über das Filterelement von Figur 2 über dessen
Betriebszeit aufgetragen ist.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Deren Abgase werden über ein Abgasrohr 12 einem Partikelfilter 14 zugeführt. Mit diesem können im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 Rußpartikel aus den im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert werden. Dies ist insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen erforderlich, um gesetzliche Bestimmungen einhalten zu können.
Der Partikelfilter 14 umfasste ein insgesamt im Wesentlichen zylindrisches Gehäuse 16, in dem ein ebenfalls im Wesentlichen zylindrisches Filterelement 18 angeordnet ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um einen extrudierten Formkörper aus einem keramischen Material, beispielsweise Cordierit, handeln. Im Betrieb wird das Filterelement 18 in Richtung des Pfeils 20 vom Abgas der Brennkraftmaschine 10 durchströmt. Eine Einlassseite des Filterelements 18 ist in Figur 1 insgesamt mit 22, eine Auslassseite insgesamt mit 24 bezeichnet.
Der prinzipielle Aufbau des Filterelements 18 geht aus Figur 2 hervor: Danach verlaufen im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse 26 des Filterelements 18 in diesem eine Vielzahl von Einlasskanälen 28 und von Auslasskanälen 30. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in Figur 2 jedoch nicht alle Einlasskanäle 28 und Auslasskanäle 30 mit Bezugszeichen versehen. Die Einlasskanäle 28 sind im Bereich der Auslassseite 24 verschlossen, die Auslasskanäle 30 wiederum sind im Bereich der Einlassseite 22 verschlossen. Die Einlasskanäle 28 sind im Bereich der Einlassseite 22, die Auslasskanäle 30 im Bereich der Auslassseite 24 offen.
Die Wände 32 zwischen den Einlasskanälen 28 und den Auslasskanäle 30 sind porös und weisen für das Abgas eine vergleichsweise hohe Permeabilität auf. Die Porosität liegt in einem Bereich von ungefähr 40 % bis ungefähr 70 %. Der Porendurchmesser liegt in einem Bereich von ungefähr 8 μm bis ungefähr 40 μm. Im Betrieb tritt das Abgas 20 zunächst in die Einlasskanäle 28 ein, tritt dann durch die Wände 32 hindurch, entsprechend den Pfeilen 34 in Figur 2, und tritt dann über die Auslasskanäle 30 aus dem Filterelement 18 aus. Beim Durchtritt des Abgases durch die Wände 32 werden im Abgas vorhandene Rußpartikel auf der Innenseite der Einlasskanäle 28 abgelagert.
Um zu vermeiden, dass die auf den Innenseiten der Einlasskanäle 28 abgelagerten Rußpartikel die Durchlässigkeit der Wände 32 in unzulässiger Weise behindern, wird das Filterelement 18 von Zeit zu Zeit "regeneriert". Dies bedeutet, dass die abgelagerten Rußpartikel verbrannt werden. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass die Temperatur des Abgases 20, welches durch das Filterelement 18 geleitet wird, durch motorische Maßnahmen der Brennkraftmaschine 10 erhöht wird. Beispielsweise kann eine zusätzliche Einspritzung von Kraftstoff erfolgen, dessen Verbrennung die Erhöhung der Abgastemperatur herbeiführt. Die abgelagerten Rußpartikel werden also periodisch durch eine exotherme Oxidationsreaktion zu gasförmigen Reaktionsprodukten abgebaut, welche dann durch die Wände 32 hindurch und über die Auslasskanäle 30 und die Auslassseite 24 des Filterelements 18 aus diesem austreten können.
Wie aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, weisen sowohl die Einlasskanäle 28 als auch die Auslasskanäle 30 eine insgesamt eher elliptische beziehungsweise ovale Querschnittsform auf. Die Auslasskanäle 30 sind dabei als Achtecke ausgebildet, wobei der Begriff "Eck" hier nicht wörtlich zu verstehen ist, denn die entsprechenden Ecken sind aus Gründen der Herstellbarkeit und zur
Vermeidung von Spitzenspannungen abgerundet. Die Einlasskanäle 28 dagegen weisen im Querschnitt eine Oberfläche mit zwei ersten, einander gegenüberliegenden konkaven Abschnitten 36 und zwei zweiten, einander ebenfalls gegenüberliegenden konkaven Abschnitten 38 auf (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Figur 3 nur ein Einlasskanal 28 mit allen Bezugszeichen vorgesehen). Zwischen den konkaven Abschnitten 36 und 38 der Oberfläche der Einlasskanäle 28 sind entsprechende konvexe Abschnitte 40 vorhanden. Man erkennt aus den Figuren 3 und 4 deutlich, dass die beiden von den zweiten konkaven Abschnitten 38 begrenzten zweiten Einlasskanalabschnitte 42 insgesamt enger sind als die von den beiden ersten konkaven Abschnitten 36 begrenzten ersten Einlasskanalabschnitte 44.
Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, schließen die zweiten konkaven Oberflächenabschnitte 38 insgesamt in der vorliegenden Ausführungsform einen Winkel W von ungefähr 60° ein. Bei anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen kann der Winkel in einem Bereich von ungefähr 45° bis ungefähr 100°, vorzugsweise von ungefähr 50° bis ungefähr 75° liegen. Wie ebenfalls aus Figur 4 ersichtlich ist, ist ein erster Krümmungsradius Rl des ersten konkaven Oberflächenabschnitts 36 des ersten Einlasskanalabschnitts 44 deutlich größer als ein zweiter Krümmungsradius R2 des zweiten konkaven Oberflächenabschnitts 38 des zweiten Einlasskanalabschnitts 42. Oder, mit anderen Worten: Der zweite konkave Oberflächenabschnitt 38 des zweiten Einlasskanalabschnitts 42 ist insgesamt stärker gekrümmt als der erste konkave Oberflächenabschnitt 36 des ersten Einlasskanalabschnitts 44. Dabei beträgt der Krümmungsradius R2 des zweiten konkaven Oberflächenabschnitts 38 des zweiten Einlasskanalabschnitts 42 in der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 0,5 mm, er kann jedoch bei anderen Ausführungsformen auch in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis 0,9 mm liegen.
Aus Figur 4 ist ferner ersichtlich, dass praktisch keine einzige Stelle der Oberfläche des Einlasskanals 28 gerade verläuft, vorzugsweise sind jedenfalls mindestens 50 % der den Einlasskanal 28 begrenzenden Oberfläche gekrümmt. Aus Figur 3 wiederum ist ersichtlich, dass benachbarte Einlasskanäle 28 im Bereich ihrer ersten Einlasskanalabschnitte 44 einen gemeinsamen ersten
Wandabschnitt 32a aufweisen, und dass sie im Bereich ihrer zweiten Einlasskanalabschnitte 42 einen zweiten gemeinsamen Wandabschnitt 32b aufweisen. Schließlich ist aus Figur 3 auch ersichtlich, dass die Oberfläche, welche die Einlasskanäle 28 begrenzt, größer ist als die Oberfläche, welche die Auslasskanäle 30 begrenzt, wobei das Verhältnis bei der vorliegenden Ausführungsform ungefähr 1,3 : 1 beträgt. Bei anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsformen kann es im Bereich von ungefähr 0,8 bis ungefähr 2 liegen.
Wie bereits oben ausgeführt worden ist, lagern sich im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 Rußpartikel an der einen Einlasskanal 28 begrenzenden Oberfläche der Wände 32 ab. In Figur 5 sind entsprechende Rußpartikel mit dem Bezugszeichen 54 versehen. Man erkennt dabei aus Figur 5, dass die Rußpartikel 54 die zweiten engen Einlasskanalabschnitte 42 schneller auffüllen als die ersten weiten Einlasskanalabschnitte 44. Ab dem Moment, in dem die zweiten Einlasskanalabschnitte 42 vollständig durch Rußpartikel 54 gefüllt sind (dies ist in Figur 5 dargestellt), steigt der Druckabfall, den das Abgas 20 beim Durchströmen des Filterelements 18 erfährt, schneller mit der Zeit beziehungsweise der Beladung an. Diese Erhöhung des Druckabfallgradienten ist in Figur 6, in der der Druckabfall dp über der Betriebszeit t des Filterelements 18 seit der letzten Regeneration aufgetragen ist, durch einen charakteristischen Knick erkennbar. Die Kurve dp = f(t) ist in Figur 6 mit 56, der besagte Knick mit 58 bezeichnet.
Bei dem Knick handelt es sich um nichts anderes als eine Änderung der Steigung der Kurve 56. Diese Steigungsänderung kann durch entsprechende Auswerteverfahren erkannt und einem bestimmten Beladungszustand des Filterelements 18 zugeordnet werden. Abhängig von der Erfassung des besagten Knicks 58 kann dann eine Regenerierung des Filterelements 18 des Partikelfilters 14 durchgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1. Filterelement (18) zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine (10), mit in
Durchströmungsrichtung eingangsseitig offenen und ausgangsseitig geschlossenen Einlasskanälen (28) und mit in Durchströmungsrichtung eingangsseitig geschlossenen und ausgangsseitig offenen Auslasskanälen (30), wobei die Einlasskanäle (28) und die Auslasskanäle (30) durch mindestens bereichsweise gemeinsame poröse Filterwände (32) begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasskanäle (28) im Querschnitt eine Oberfläche mit mindestens einem ersten konkaven Abschnitt (36) und mindestens einem zweiten konkaven Abschnitt (38) umfassen, wobei ein vom zweiten konkaven Abschnitt (38) begrenzter zweiter Einlasskanalabschnitt (42) insgesamt enger ist als ein vom ersten konkaven Abschnitt (36) begrenzter erster Einlasskanalabschnitt (44).
2. Filterelement (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Oberflächen des zweiten Einlasskanalabschnitts (42) insgesamt einen Winkel W einschließen, der in einem Bereich von ungefähr 45° bis ungefähr 100°, vorzugsweise von ungefähr 50° bis ungefähr 75° liegt.
3. Filterelement (18) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite konkave Abschnitt (38) des zweiten Einlasskanalabschnitts (42) insgesamt stärker gekrümmt ist als der erste konkave Abschnitt (36) Basisoberfläche des ersten Einlasskanalabschnitts (44).
4. Filterelement (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R2) des zweiten konkaven Abschnitts (38) des zweiten Einlasskanalabschnitts (42) in einem Bereich von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,9 mm liegt.
5. Filterelement (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 50% der Oberflächen des Einlasskanals (28) gekrümmt sind.
6. Filterelement (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsamen Filterwände (32) zwischen den Einlasskanälen (28) und den Auslasskanälen (30) aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sind, dessen Porosität in einem Bereich von ungefähr 40% bis ungefähr 70% liegt.
7. Filterelement (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsamen Filterwände (32) zwischen den Einlasskanälen (28) und den Auslasskanälen (30) aus einem keramischen Werkstoff hergestellt sind, der Poren aufweist, deren Porendurchmesser in einem Bereich von ungefähr 8μm bis ungefähr 40μm liegt.
8. Filterelement (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Einlasskanäle (28) mindestens eine gemeinsame Wand (32a, 32b) aufweisen.
9. Filterelement (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Oberfläche aller Einlasskanäle (28) zur Oberfläche aller Auslasskanäle (30) in einem Bereich von ungefähr 0,8 bis ungefähr 2 liegt.
10. Abgasanlage einer Brennkraftmaschine (10) mit einem Partikelfilter (14), dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (14) ein Filterelement (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
11. Verfahren zum Erkennen der Beladung eines Filterelements (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist, dass ein Druckabfall (dp) über das Filterelement (18) hinweg oder ein äquivalenter Wert mindestens mittelbar erfasst oder ermittelt wird, und dass eine Änderung der Steigung einer Kurve (56), die den Druckabfall (dp) mit einer Betriebszeit (t) des Filterelements (18) oder einem äquivalenten Wert verknüpft, einem bestimmten Beladungszustand des Filterelements (18) zugeordnet wird.
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