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Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Partikelfilter für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Partikelfilter wurden ursprünglich zur Reduzierung einer Partikel- bzw. Rußemission von Kraftfahrzeugen mit Dieselmotoren entwickelt. Partikel- bzw. Rußemissionen sind abhängig einem Verbrennungsprozess einer Verbrennungskraftmaschine bzw. des Verbrennungsmotor und werden zwischenzeitlich auch zur Emissionsreduzierung von Ottomotoren eingesetzt.
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Partikelfilter beeinflussen aufgrund ihrer Positionierung in einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors einen motorspezifischen Auspuffklang des Kraftfahrzeugs. Grundsätzlich funktionieren sie als Tiefpassfilter, wobei höhere Frequenzen gefiltert werden. D. h., es werden hohe Frequenzen des Abgasgeräusches gedämpft, wodurch eine ursprüngliche Klangcharakteristik des Kraftfahrzeugs verändert ist. Der Partikelfilter gemäß des Standes der Technik weist somit ein schmales Frequenzspektrum auf. Unter einem Frequenzspektrum sei hier eine bestimmte Anzahl unterschiedlich hoher bzw. niedriger Frequenzen zu verstehen. Im Falle des Partikelfilters gemäß des Standes der Technik, welcher als Tiefpassfilter funktioniert, bedeutet dies, dass er ein schmales Frequenzspektrum aufweist, da höhere und hohe Frequenzen gefiltert werden, diese somit nicht mehr hörbar sind.
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Eine Vorgabe ist die Erfüllung gesetzlicher Richtlinien des Auspuffklangs bzw. des Auspuffgeräuschs hinsichtlich einer Geräuschemission bzw. der Lautstärke. Weiter ist allerdings gewünscht, dass beispielsweise der Verbraucher Fahrzeuge einer Firma bereits aufgrund ihres Auspuffklanges bzw. Auspuffgeräuschs dieser Firma oder einem bestimmten Fahrzeugtyp zuordnen kann.
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So geht bspw. aus der
DE 20 2014 102 809 U1 ein Abgasmodul für eine Verbrennungskraftmaschine hervor, welche ein Abgasreinigungsmodul und ein dem Abgasreinigungsmodul nachgeschaltetes Akustikmodul aufweist, wodurch der Auspuffklang der Verbrennungskraftmaschine verändert, angepasst, individualisiert werden kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Partikelfilter für ein Kraftfahrzeug mit einem breiteren Frequenzspektrum bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Partikelfilter für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Partikelfilter für ein Kraftfahrzeug weist ein durchströmbares Gehäuse mit einer Längsachse und einen im Gehäuse aufgenommenen durchströmbaren Kern auf. Im Gehäuse ist zwischen dem Gehäuse und dem Kern ein Durchströmkanal zur Durchströmung von Abgas eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs ausgebildet, wobei mit Hilfe eines im Durchströmkanal positionierten Rings der Durchströmkanal labyrinthartig ausgebildet ist. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Partikelfilters ist, dass hochfrequente Geräuschanteile weniger gedämpft werden, ohne dass der Partikelfilter von der Abgasströmung umgangen wird. Somit ist ein Partikelfilter mit einem gegenüber dem Stand der Technik breiteren Frequenzspektrum realisiert.
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Übliche Partikelfilter weisen den Kern umfasst vom Gehäuse auf, wobei das Abgas über eine Eintrittsfläche durch den Kern strömt. Die im Kern ausgebildeten Strömungskanäle sind allerdings abwechselnd einseitig verschlossen, so dass eine vollständige Durchströmung des Kerns nur durch einen Übertritt in einen an einer Austrittsfläche des Kerns geöffneten Strömungskanal erfolgen kann. Somit kann das Abgas den üblichen Partikelfilter nur durch einen mehr oder weniger, auch anliegenden Druckverhältnissen angepassten, steten Strömungskanalwechsel durchdringen. Dies führt zu einer Filterung höher- bis hochfrequenter Geräuschanteile des Auspuff- bzw. Abgasgeräusches.
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Das zwischen dem Kern und dem Gehäuse strömende Abgas wird von der Eintrittsfläche bis zur Austrittsfläche überwiegend durch den mit Hilfe des Ringes ausgebildeten Durchströmkanal geführt und durch die Gestaltung des Ringes über seine gesamte Strömung durch den Partikelfilter umgelenkt. Dies führt zu einer Reduktion der niederfrequenten Geräuschanteile des Abgases, wodurch höherfrequente Anteile gegenüber dem Stand der Technik einen größeren Anteil am Auspuffgeräusch aufweisen.
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Ein weiterer Vorteil ist eine einfache Anpassungsmöglichkeit des Auspuffgeräusches bzw. des Auspuffklanges mit Hilfe des Ringes. Der Partikelfilter ist akustisch anpassbar bzw. optimierbar. Entsprechend einer Gestaltung des Ringes und damit des Durchströmkanals kann der Auspuffklang einem geforderten Auspuffklang angepasst werden. Das bedeutet, dass nicht der komplette Partikelfilter in seiner Gestalt geändert werden muss, sondern dass lediglich der zwischen dem Kern und dem Gehäuse ausgebildete Ring zu ändern ist. Damit ist neben einer vereinfachten auch eine kostengünstige Herstellung realisiert.
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Der Ring weist einen Außenring und einen Innenring auf, wobei zwischen dem Außenring und dem Innenring ein axialer erster Abstand ausgebildet ist. Dies führt innerhalb des Rings zu einer weiteren Umlenkung der Abgasströmung und somit zu einer weiteren Möglichkeit der Geräuschanpassung.
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Weitere Möglichkeiten der Geräuschanpassung bzw. der Klanggestaltung sind gegeben durch eine Ausbildung eines ersten radialen Abstandes zwischen einer Kernaußenwand des Kerns und dem Ring, sowie durch eine Ausbildung eines zweiten radialen Abstandes zwischen einer Gehäuseinnenwand des Gehäuses und dem Ring.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Partikelfilters ist ein erster Außendurchmesser des Außenrings größer als ein zweiter Außendurchmesser des Innenrings, wobei ein erster Innendurchmesser des Außenrings größer ist als ein zweiter Innendurchmesser des Innenrings, und wobei der erste Innendurchmesser kleiner ist als der zweite Außendurchmesser. Dies führt zu einer radialen Überlappung des Außenrings und des Innenrings, wodurch eine weitere Möglichkeit der Geräuschanpassung herbeigeführt ist.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist der Ring zumindest teilweise radial durchströmbar. Das bedeutet, dass der Ring selbst auch partikelabsorbierend, bzw.- reduzierend ausgestaltet ist. Dadurch ist der Vorteil gegeben eine weiter partikelreduzierte Abgasemission zu realisieren.
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Bevorzugt ist ein weiterer Ring axial an den Ring angrenzend positioniert, wobei zwischen dem weiteren Ring und dem Ring ein axialer zweiter Abstand ausgebildet ist. Damit besteht eine weitere Möglichkeit der Geräuschanpassung. Grundsätzlich muss der weitere Ring nicht mit dem Ring identisch ausgebildet sein, sondern es besteht die Möglichkeit einen durch den weiteren Ring ausgebildeten Abschnitt des Durchströmkanals zur Anpassung an das geforderte Auspuffgeräusch, diesem gemäß, unabhängig vom Ring zu gestalten. Wird bspw. der aus dem Außenring und Innenring bestehende Ring als Stufe bezeichnet, so kann durch eine Hintereinanderschaltung einer bestimmten Anzahl n von Ringen der Durchströmkanal in Form eines n-stufigen Labyrinths ausgebildet werden.
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Die Akustik des Partikelfilters ist durch die Anzahl der Stufen, der Ausdehnung und Anordnung der Ringe zwischen der Gehäuseinnenwand und dem Kern, der Überlappung von Außen- und Innenring sowie der Anordnung der Ringe zueinander einstell- bzw. definierbar.
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Bevorzugt ist der Kern aus einem keramischen Werkstoff, bspw. Cordierit oder einem Metall hergestellt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Partikelfilter, und
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2 in einem Querschnitt den Partikelfilter gem. 1.
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Ein erfindungsgemäßer Partikelfilter 1 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug ist gemäß 1 ausgebildet. Der Partikelfilter 1 ist in einem nicht näher dargestellten durchströmbaren Abgasstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet, wobei der Abgasstrang mit einem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs verbunden ist, derart, dass Abgase des Verbrennungsmotors durch den Abgasstrang strömen können.
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Der Partikelfilter 1 ist zur Reduzierung, insbesondere von partikel- bzw. rußhaltiger Emissionen des Verbrennungsmotors ausgebildet. Er weist ein Gehäuse 2 mit einer Längsachse 3 und einen im Gehäuse 2 aufgenommenen durchströmbaren Kern 4 auf.
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Der durchströmbare Kern 4 ist in Form eines so genannten Monolithen ausgebildet, welcher aus einem keramischen Material hergestellt ist. Dieser Monolith 4 weist eine Vielzahl von nicht näher dargestellten Strömungskanälen auf, welche in Richtung der Längsachse 3 von einer Eintrittsfläche 5 des Kerns 4 zu einer Austrittsfläche 6 des Kerns 4 erstreckend ausgebildet sind. Die Strömungskanäle sind abwechselnd einseitig verschlossen. Das heißt, sofern der Strömungskanal an der Eintrittsfläche 5 geöffnet ist, ist er an der Austrittsfläche 6 verschlossen und vice versa.
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Eine Strömung des Abgases von der Eintrittsfläche 5 in die Austrittsfläche 6 erfolgt über zwischen den Strömungskanälen ausgebildeten nicht näher dargestellten Kernwänden des Kerns 4. Diese Kernwände sind porös und somit durchströmbar, wobei sich Partikel mit einer bestimmten Partikelgröße an den Kernwänden anlagern und somit nicht über die Austrittfläche 6 strömen. Es liegt aufgrund der abwechselnd geöffneten bzw. geschlossenen Strömungskanäle somit eine Zwangsführung des Abgases vor, wobei das Abgas über die Kernwände von einem Strömungskanal in einen benachbarten Strömungskanal strömen muss.
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Des Weiteren weist der Partikelfilter 1 einen den Kern 4 umfassenden Ring 7 auf. Der Ring 7 ist in einem freien Strömungsquerschnitt 8 des Partikelfilters 1 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kern 4 angeordnet und stellt somit einen Strömungswiderstand im freien Strömungsquerschnitt 8 dar. Mit Hilfe des Rings 7 ist ein labyrinthartiger Durchströmkanal 9 im Gehäuse 2 ausgebildet, wobei der Durchströmkanal 9 einen der Eintrittsfläche 5 zugewandt ausgebildeten Eintrittsquerschnitt 10 und einen der Austrittsfläche 6 zugewandt ausgebildeten Austrittsquerschnitt 11 aufweist. Der Durchströmkanal 9 ist vollständig in Richtung der Längsachse 3 durchströmbar.
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Der gem. 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildete Partikelfilter 1 weist einen zweigeteilten Ring 7 auf. Der Ring 7 besteht aus einem Außenring 12 und einem Innenring 13, welche in Strömungsrichtung, ausgehend von der Eintrittsfläche 5 zur Austrittsfläche 6, seriell angeordnet sind. Der Außenring 12 sowie der Innenring 13 sind zwischen einer Gehäuseinnenwand 14 des Gehäuses 2 und einer Kernaußenwand 15 des Kerns 4 angeordnet.
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Der Außenring 12 weist eine erste Ringinnenwand 16 auf, welche der Kernaußenwand 15 gegenüberliegend angeordnet ist, unter Ausbildung eines ersten radialen Abstandes R1. Der Innenring 13 weist eine zweite Ringinnenwand 17 auf, welche der Kernaußenwand 15 ebenfalls gegenüberliegend angeordnet ist, wobei in diesem ersten Ausführungsbeispiel kein radialer Abstand zwischen der zweiten Ringinnenwand 17 und der Kernaußenwand 15 ausgebildet ist; ebenso könnte allerdings auch ein radialer Abstand zwischen den beiden Wänden ausgebildet sein.
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Eine erste Ringaußenwand 18 des Außenrings 12 ist der Gehäuseinnenwand 14 gegenüberliegend und an diese angrenzend angeordnet. Mit anderen Worten ist zwischen der Gehäuseinnenwand 14 und der ersten Ringaußenwand 18 in dem ersten Ausführungsbeispiel kein radialer Abstand ausgebildet. Der Innenring 13 weist eine zweite Ringaußenwand 19 auf, welche der Gehäuseinnenwand 14 gegenüberliegend angeordnet ist unter Ausbildung eines zweiten radialen Abstandes R2.
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Der Außenring 12 und der Innenring 13 sind unter Einhaltung eines axialen ersten Abstandes A1 zueinander angeordnet.
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Der Durchströmkanal 9 erstreckt sich somit labyrinthartig ausgehend von seinem Eintrittsquerschnitt 10 bis zu seinem Austrittsquerschnitt 11 über einen ersten Abschnitt axial zwischen dem Kern 4 und dem Außenring 12, weiter über einen zweiten Abschnitt radial zwischen dem Außenring 12 und dem Innenring 13 und schließlich über einen dritten Abschnitt nochmals axial zwischen der Gehäuseinnenwand 14 und dem Innenring 13.
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In einem nicht näher dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist der Durchströmkanal 9 in einem einteiligen Ring 7 labyrinthartig ausgebildet. Je nach Anforderung an das Abgasgeräusch kann der Ring 7 unter Einhaltung eines radialen Abstandes zwischen dem Kern 4 und/oder der Gehäuseinnenwand 14 den Kern 4 umfassend im Gehäuse 2 angeordnet sein.
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Im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind der Außenring 12 und der Innenring 13 sich teilweise überlappend ausgebildet. Ein erster Außendurchmesser DA1 des Außenrings 12 ist größer als ein zweiter Außendurchmesser DA2 des Innenrings 13, wobei ein erster Innendurchmesser DI1 des Außenrings 12 größer ist als ein zweiter Innendurchmesser DI2 des Innenrings 13, und wobei der erste Innendurchmesser DI1 kleiner ist als der zweite Außendurchmesser DA2.
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Der Außenring 12 und der Innenring 13 sind zur Ablagerung bzw. Ansammlung von Partikel des Abgases an den Ringen 12, 13 durchströmbar ausgebildet. Sie weisen, wie auch der Kern 4, nicht näher dargestellte Strömungskanäle auf, welche abwechselnd einenends verschlossen sind.
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Das Abgas tritt an einer der Eintrittsfläche 5 zugewandt ausgebildeten ersten Ringeintrittsfläche 20 in den an dieser ersten Ringeintrittsfläche 20 geöffneten Strömungskanälen des Außenrings 12 ein. Der Außenring 12 ist gemäß dem Kern 4 ausgebildet. Das heißt, dass das Abgas über im Außenring 12 ausgebildete Ringwände von einem Strömungskanal in einen Strömungskanal strömen kann, welcher an einer von der ersten Ringeintrittsfläche 20 abgewandt ausgebildeten Ringaustrittsfläche 21 geöffnet ist. Somit kann das in den Außenring 12 an dessen Ringeintrittsfläche 20 eintretende Abgas über dessen ersten Ringaustrittsfläche 21 partikelreduziert austreten.
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Der in 1 dargestellte Partikelfilter 1 weist zusätzlich zum Ring 7 einen weiteren Ring 70, umfassend einen Außenring 12 und einen Innenring 13, auf. Der weitere Ring 70 ist axial an den Ring 7 angrenzend, einen zweiten axialen Abstand A2 zum Ring 7 aufweisend, den Kern 4 umfassend angeordnet. Selbstredend könnte der Partikelfilter 1 eine Mehrzahl von Ringen 7 bzw. 70 aufweisen. Gemäß der Gestaltung und der Anzahl der Ringe 7, 70 kann das Abgasgeräusch individuell angepasst werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind der Ring 7 und der weitere Ring 70 gleich ausgebildet. Ebenso könnten sie allerdings auch unterschiedlich ausgebildet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Partikelfilter 1 ist ein Partikelfilter ausgebildet, welcher zusätzlich zu einer verbesserten Klangestaltung und einer verbesserten Partikelabsorption, aufgrund des ebenfalls partikelaufnehmenden Rings 7, die Möglichkeit einer Reduzierung eines Druckgefälles am Partikelfilter 1 aufgrund einer entsprechend gestaltbaren freien Strömungsquerschnittsfläche des Durchströmkanals 9 am Partikelfilter 1 bietet.
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Das durch den Durchströmkanal 9 strömende Abgas kann über die Ringinnenwände 16, 17, die Ringaußenwände 18, 19 sowie über die Ringeintritts- und austrittsflächen 20, 21, 22, 23 sowohl den partikelabsorbierenden Kern 4 als auch die partikelabsorbierende Ringe 12, 13 durchströmen, womit eine verbesserte Partikelabsorption und somit eine reduzierte Abgasemission herbeigeführt ist. Gleichzeitig kann die freie Strömungsquerschnittsfläche zur Druckgefällereduzierung vergrößert werden ohne die Emissionsreduktion zu verringern. So wird bspw. das zwischen dem Kern 4 und dem Außenring 12 strömende Abgas aufgrund einer zwischen dem Außenring 12 und Innenring 13 ausgebildeten Überlappung R auf den Innenring 13 geleitet und kann diesen durchströmen. Ebenso wird das zwischen der Gehäuseinnenwand 14 und dem Innenring 13 strömende Abgas aufgrund der zwischen dem Außenring 12 und Innenring 13 ausgebildeten Überlappung R auf den Außenring 13 des weiteren Rings 70 geleitet. Somit können Partikel des Abgases im Laufe der Durchströmung des Partikelfilters 1 von mindestens einem partikelabsorbierenden Bauteil 4, 7, 70 aufgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Partikelfilter
- 2
- Gehäuse
- 3
- Längsachse
- 4
- Kern
- 5
- Eintrittsfläche
- 6
- Austrittsfläche
- 7
- Ring
- 8
- Freier Strömungsquerschnitt
- 9
- Durchströmkanal
- 10
- Eintrittsquerschnitt
- 11
- Austrittsquerschnitt
- 12
- Außenring
- 13
- Innenring
- 14
- Gehäuseinnenwand
- 15
- Kernaußenwand
- 16
- Erste Ringinnenwand
- 17
- Zweite Ringinnenwand
- 18
- Erste Ringaußenwand
- 19
- Zweite Ringaußenwand
- 20
- Erste Ringeintrittsfläche
- 21
- Erste Ringaustrittsfläche
- 22
- Zweite Ringeintrittsfläche
- 23
- Zweite Ringaustrittsfläche
- 70
- Weiterer Ring
- A1
- axialer erster Abstand
- A2
- axialer zweiter Abstand
- DA1
- erster Außendurchmesser
- DA2
- zweiter Außendurchmesser
- DI1
- erster Innendurchmesser
- DI2
- zweiter Innendurchmesser
- R1
- radialer erster Abstand
- R2
- radialer zweiter Abstand
- R
- Überlappung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014102809 U1 [0005]
