DE10202005A1 - Filtereinrichtung - Google Patents
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Abstract
Bei einer Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (2) hat ein Wabenfilter (1) mit wechselseitig verschlossenen Strömungskanälen in seinem Zentrum einen axial durchgehenden Abgasdurchtritt (11). Der Abgasstrom wird an einer Stirnseite des Wabenfilters (1) umgelenkt, so dass der Einlass und ein Auslass für den Abgasstrom unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Entfer
nen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom einer
Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors.
Filtereinrichtungen dieser Art sind in zahlreichen Aus
führungen bekannt. Die Ergebnisse mit den bekannten Ruß
filtereinrichtungen sind noch nicht ausreichend befriedi
gend. In einigen Fällen ist, die Filterwirkung unzu
reichend, in anderen ist der Filter nicht ausreichend
stabil gegenüber der pulsationsförmigen Belastung, so
dass die Filtereigenschaften verloren gehen. Andere wie
derum benötigen katalyische Zusätze zur Zündung der Ruß
beladung und/oder verblocken durch die bei der Verbren
nung anfallende Asche.
Aus der WO 01/04466 ist ein Filterkörper bekannt, bei dem
zur Verminderung der Rußemission ein Wabenkörper verwen
det wird, deren Strömungskanäle für das Abgas wechselsei
tig verschlossen sind, so dass das Abgas durch die porö
sen Wände des Filters strömen muss. Das Abgas umströmt
zunächst den äußeren Umfang des Filters und wird an
schließend umgelenkt und durch die wechselseitig ver
schlossenen Strömungskanäle geführt. Der Filter ist in
einem Mantelrohr angeordnet. Hierdurch ist es erforder
lich, den Filter aufwändig gegenüber dem äußeren Mantel
rohrs abzudichten und an diesem zu befestigen. Weiterhin
weisen Filter und Mantelrohr in der Regel unterschiedli
che Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, was insbe
sondere bei häufig erzeugten 1000°C und in Verbindung mit
dem hohen Abgasgegendruck zu einer hohen Belastung der
Abdichtung des Filters in dem Mantelrohr führt.
Weiterhin ist aus der WO 97/43528 eine Filtereinrichtung
bekannt geworden, bei der die Filter zwischen Rohren und
Trennwänden angeordnet sind. Diese Gestaltung führt eben
falls aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen und
des hohen Abgasgegendrucks zu einer starken Belastung der
Abdichtungen der Rohre gegenüber dem Filter. Weiterhin
führt eine mehrfache Umlenkung der Abgasströmung zu gro
ßen Strömungsverlusten im Abgas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filterein
richtung so zu gestalten, dass sie dauerhaft gute Fil
tereigenschaften aufweist und auch bei relativ niedrigen
Abgastemperaturen betrieben werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Durch diese Gestaltung wird das zunächst besonders heiße
Abgas durch den zentralen Abgasdurchtritt geleitet. Die
ser zentrale Abgasdurchtritt besteht aus dem Material des
Wabenfilters und grenzt radial nach außen an den Waben
filter an. Daher hat der zentrale Abgasdurchtritt keinen
Kontakt mit einem Metallteil. Hierdurch werden Wärmespan
nungen zuverlässig vermieden. Die erfindungsgemäße Fil
tereinrichtung weist daher eine besonders hohe Stabilität
und damit dauerhaft gute Filtereigenschaften auf. Durch
die Führung der heißen Gase im Zentrum des Filters lässt
sich die erfindungsgemäße Filtereinrichtung auch bei
niedrigen Abgastemperaturen betreiben. Dank der Erfindung
wird ein herkömmlicher Wabenfilter so abgeändert, dass
der Filter ohne besondere Anlaufstrecke unmittelbar hin
ter dem Auslassventil der Brennkraftmaschine angeordnet
werden kann. Des Weiteren werden die Wärmeverluste des
Abgases bis zum Filter und im Filtergehäuse auf ein Mini
mum reduziert, um eine gute Regenerationsdynamik zu er
reichen. Die üblicherweise zum selbständigen Rußabbrand
erforderliche Abgastemperatur von ca. 600°C kann so auf
weniger als 400°C abgesenkt werden. Dadurch, dass der Ab
gasaustritt am Filtergehäuse vorzugsweise in die Nähe des
Abgaseintrittes gelegt wird, ist eine kompakte, platz
sparende Ausführung der Filtereinrichtung möglich. Zur
einfachen Reinigung kann der Wabenkörper bei Wartungs
arbeiten einfach umgedreht und die gesammelten Aschenan
teile beim weiteren Betrieb des Motors durch den gerei
nigten Abgasstrom wieder ausgeblasen werden.
In extremen Fällen kann das Entfernen der Asche auch
durch einen Waschvorgang am ausgebauten Filter erfolgen.
Durch die leichte Zugänglichkeit des Wabenkörpers kann
dieser schonend gereinigt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Bestand
teil der Unteransprüche sowie der Beschreibung des nach
folgenden Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeich
nungsfigur. Die Figur zeigt eine vereinfachte Darstellung
der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung zum Entfernen von
Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom.
Insbesondere soll der Filter bei Wartungsarbeiten leicht
gereinigt werden können, was durch die Befestigung des
Rußfilterdeckels mittels einer Spannfeder erreicht wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur
weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind mehrere
davon in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend
beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Dieselpartikelfilter 1, der in den
Abgasstrom eines angedeuteten Dieselmotors 2 eingeschal
tet ist. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch
Pfeile angegeben. Der Dieselpartikelfilter 1 ist an den
Stirnseiten 9, 12 so bearbeitet, dass sich ein ungehin
derter Abgasdurchtritt 11 durch den Filter ergibt. Die
Stirnseiten 9, 12 können auch so tief bearbeitet sein,
dass sich eine durchgehende Bohrung im Dieselpartikel
filter 1 ergibt.
Fig. 1 und 2 zeigen, dass das ungereinigte Abgas an
der Stirnseite in den Filterkörper eintritt und ihn unge
filtert auf der Stirnseite 12 verlässt. Am Rußfilterdec
kel 3 wird der Abgasstrom umgelenkt und gleichmäßig auf
die Filtereintrittsfläche verteilt. Beim Durchtritt durch
die porösen Wände des Wabenkörpers 1 werden Ruß und
Ascheanteile im Filter abgeschieden. Der Ruß brennt bei
entsprechender Abgastemperatur selbständig ab. Das gerei
nigte Abgas verlässt das Filtergehäuse 4 über den Abgas
austritt 10. Die Wände des Abgasdurchtritts 11 bestehen
aus Filterkeramik.
Der Rußfilterdeckel 3 wird mit einer Spannfeder 5 auf dem
Dieselpartikelfilter 1 gehalten. Zur Abdichtung zwischen
Filter 1 und Deckel 3 ist eine temperaturbeständige Dich
tung 7 vorhanden. Zwischen Spannfeder 5 und Rußfilterdec
kel 3 kann eine Isolierscheibe 6 zum Schutz der Spannfe
der eingefügt werden.
Die Abdichtung zwischen Rohseite und Reinseite des Die
selpartikelfilters erfolgt über eine temperaturbeständige
Dichtung 8. Der Blechmantel 13 und die Isolierung 14
schützen die stoßempfindliche Filterkeramik bei der Hand
habung des Filters. Das Filtergehäuse 4 kann mit einer
Kühleinrichtung 15 (Luftkühlung oder Wasserkühlung) ver
sehen werden, um eine unzulässige Temperaturbelastung von
anderen Bauteilen in der Umgebung zu vermeiden.
Bei Wartungsarbeiten kann der Gehäusedeckel 5 geöffnet
und der Dieselpartikelfilter 1 entnommen werden. Der Die
selpartikelfilter 1 kann dann ausgeblasen oder ausgewa
schen werden. In der Regel ist es ausreichend, wenn der
Dieselpartikelfilter 1 umgedreht wieder eingebaut wird,
so dass die gesammelte Asche beim Weiterbetrieb des Mo
tors durch den gereinigten Abgasstrom wieder ausgeblasen
wird.
Der erfindungsgemäße Dieselpartikelfilter 1 kann mit ei
ner Zusatzheizung ausgeführt sein, um einen Rußabbrand
auszulösen. Des Weiteren kann der Filter mit katalytisch
wirkenden Bestandteilen versehen sein, die die Zündtempe
ratur weiter verringern.
Claims (10)
1. Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepar
tikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit
einem in ein Filtergehäuse eingesetzten Wabenfilter, des
sen von porösen Wänden des Wabenfilters begrenzte Strö
mungskanäle zur Führung des Abgases durch die porösen
Wände des Wabenfilters wechselseitig verschlossen sind,
und mit einem axial durchgehenden Abgasdurchtritt an des
sen einem Ende ein Einlass für den Abgasstrom und an des
sen anderem Ende des Abgasdurchtritts Mittel zur Umlen
kung des Abgasstroms angeordnet sind, wobei der Abgas
durchtritt eine stirnseitige Abdichtung von den wechsel
seitig verschlossenen Strömungskanälen hat, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) im Zentrum
des Wabenfilters (Wabenkörper 1) angeordnet ist und dass
die Wände des Abgasdurchtritts (11) aus dem porösen Mate
rial des Wabenfilters, insbesondere aus Filterkeramik,
gefertigt sind.
2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, dass der freie Abgasdurchtritt (11) im Zentrum
des Wabenfilters (Wabenkörper 1) angeordnet ist.
3. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) von mehreren
durchgehenden Strömungskanälen des Filterelementes gebil
det ist.
4. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgas
durchtritt (11) eine durchgehende Bohrung hat.
5. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel
zur Umlenkung des Abgasstroms einen gegen den Wabenfilter
(Wabenkörper 1) vorgespannten, eine Stirnseite des Waben
filters (Wabenkörper 1) überdeckenden Rußfilterdeckel (3)
haben.
6. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Waben
filter (Wabenkörper 1) zur Anordnung unmittelbar hinter
einem Auslasskanal der Brennkraftmaschine (2) angeordnet
ist.
7. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruß
filterdeckel (3) von einer Spannfeder (5) gehalten ist.
8. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Waben
filter (Wabenkörper 1) zur wahlweisen Festlegung der
Strömungsrichtung in beide Richtungen in ein Filtergehäu
se (4) einsetzbar ist.
9. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein
lass und ein Auslass für den Abgasstrom unmittelbar ne
beneinander angeordnet sind.
10. Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorherge
henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fil
tergehäuse (4) mit einer Kühleinrichtung (15) verbindbar
ist.
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