DE10202005B4

DE10202005B4 - Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE10202005B4
Application number: DE10202005A
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Ing. Keller
Original assignee: SENERTEC KRAFT WAERME ENERGIES; Senertec Kraft Warme Energiesysteme GmbH
Current assignee: SENERTEC KRAFT WAERME ENERGIES; Senertec Kraft Warme Energiesysteme GmbH
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2022-01-19
Also published as: DE10202005A1

Abstract

Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einem in ein Filtergehäuse eingesetzten Wabenfilter, dessen von porösen Wänden des Wabenfilters begrenzte Strömungskanäle zur Führung des Abgases durch die porösen Wände des Wabenfilters wechselseitig verschlossen sind, und mit einem axial durchgehenden Abgasdurchtritt an dessen einem Ende ein Einlass für den Abgasstrom und an dessen anderem Ende des Abgasdurchtritts Mittel zur Umlenkung des Abgasstroms angeordnet sind, wobei der Abgasdurchtritt eine stirnseitige Abdichtung von den wechselseitig verschlossenen Strömungskanälen hat, wobei die Mittel zur Umlenkung des Abgasstroms einen gegen den Wabenfilter vorgespannten, eine Stirnseite des Wabenfilters überdeckenden Rußfilterdeckel haben, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) im Zentrum des Wabenfilters (Wabenkörper 1) angeordnet ist, dass die Wände des Abgasdurchtritts (11) aus dem porösen Material des Wabenfilters, insbesondere aus Filterkeramik, gefertigt sind, dass der Rußfilterdeckel (3) von einer Spannfeder (5) gehalten ist und dass der Wabenfilter (Wabenkörper 1) zur wahlweisen Festlegung...

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Filtereinrichtungen dieser Art sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. Die Ergebnisse mit den bekannten Rußfiltereinrichtungen sind noch nicht ausreichend befriedigend. In einigen Fällen ist die Filterwirkung unzureichend, in anderen ist der Filter nicht ausreichend stabil gegenüber der pulsationsförmigen Belastung, so dass die Filtereigenschaften verloren gehen. Andere wiederum benötigen katalyische Zusätze zur Zündung der Rußbeladung und/oder verblocken durch die bei der Verbrennung anfallende Asche.
Aus der WO 01/04466 ist ein Filterkörper bekannt, bei dem zur Verminderung der Rußemission ein Wabenkörper verwendet wird, deren Strömungskanäle für das Abgas wechselseitig verschlossen sind, so dass das Abgas durch die porösen Wände des Filters strömen muss. Das Abgas umströmt zunächst den äußeren Umfang des Filters und wird anschließend umgelenkt und durch die wechselseitig verschlossenen Strömungskanäle geführt. Der Filter ist in einem Mantelrohr angeordnet. Hierdurch ist es erforderlich, den Filter aufwändig gegenüber dem äußeren Mantel rohrs abzudichten und an diesem zu befestigen. Weiterhin weisen Filter und Mantelrohr in der Regel unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffiziennten auf, was insbesondere bei häufig erzeugten 1000°C und in Verbindung mit dem hohen Abgasgegendruck zu einer hohen Belastung der Abdichtung des Filters in dem Mantelrohr führt. Zudem ist der Abgasdurchtritt mit Metall beschichtet. Die Beschichtung des Abgasdurchtritts birgt die Gefahr der Wärmespannungen. Die Anordnung des Abgasdurchtritts radial außen am Filter erfordert hohe Abgastemperaturen. Ein den Filter abschließender Deckel ist mit dem Wabenfilter fest verbunden. Wartungsarbeiten an der Filtereinrichtung gestalten sich hierdurch sehr schwierig.
Die EP 0 931 913 A1 offenbart einen Abgasschalldämpfer, bei dem ein Katalysatorkörper außen auf einem Abgasrohr angeordnet ist. Bei diesem Abgasschalldämpfer wird der Abgasstrom mehrfach angelenkt, was bei einem Rußfilter zu unerwünschten Strömungsverlusten führt. Weiterhin werden innerhalb des Schalldämpfers unterschiedliche Materialien verwendet, was zu Wärmespannungen 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 ebenfalls 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 großen Strömungsverlusten im Abgas.
Die US 4,864,821 A offenbart einen Filter, bei dem nur ein Teil des Abgasstroms gefiltert wird.
Die DE 93 12 405 U1 offenbart eine Abgasanlage, bei der ein Einsatz zum Filtern von Abgas aus verschiedenen Mate rialien gefertigt ist, was zu Wärmespannungen führt. Zudem ist der Einsatz an seinen Enden asymmetrisch, was verhindert, dass er bei Wartungsarbeiten umgedreht wieder eingesetzt werden kann. Mehrfache Anlenkungen der Strömung des Abgases zunächst außen an dem Filter vorbei führen zu Abgasverlusten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filtereinrichtung so zu gestalten, dass sie dauerhaft gute Filtereigenschaften 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. Dieser zentrale Abgasdurchtritt besteht aus dem Material des Wabenfilters und grenzt radial nach außen an den Wabenfilter an. Daher hat der zentrale Abgasdurchtritt keinen Kontakt mit einem Metallteil. Hierdurch werden Wärmespannungen zuverlässig vermieden. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung 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 hinter dem Auslassventil der Brennkraftmaschine angeordnet werden kann. Des Weiteren werden die Wärmeverluste des Abgases bis zum Filter und im Filtergehäuse auf ein Minimum reduziert, um eine gute Regenerationsdynamik zu erreichen. 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 Abgaseinrittes gelegt wird, ist eine kompakte, platzsparende Ausführung der Filtereinrichtung möglich. Zur einfachen Reinigung kann der Wabenkörper bei Wartungsarbeiten einfach umgedreht und die gesammelten Aschenanteile beim weiteren Betrieb des Motors durch den gereinigten 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 Bestandteil der Unteransprüche sowie der Beschreibung des nachfolgenden Ausführungsbeispiels und der zugehörigen Zeichnungsfigur. 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.
1 zeigt einen Dieselpartikelfilter 1, der in den Abgasstrom eines angedeuteten Dieselmotors 2 eingeschaltet ist. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch Pfeile angegeben. Der Dieselpartikelfilter 1 ist an den Stirnseiten 9, 12 so bearbeitet, dass sich ein ungehinderter Abgasdurchtritt 11 durch den Filter ergibt. Die Stirnseiten 9, 12 können auch so tief bearbeitet sein, dass sich eine durchgehende Bohrung im Dieselpartikelfilter 1 ergibt.
1 und 2 zeigen, dass das ungereinigte Abgas an der Stirnseite in den Filterkörper eintritt und ihn ungefiltert auf der Stirnseite 12 verlässt. Am Rußfilterdeckel 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 gereinigte Abgas verlässt das Filtergehäuse 4 über den Abgasaustritt 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 Dichtung 7 vorhanden. Zwischen Spannfeder 5 und Rußfilterdeckel 3 kann eine Isolierscheibe 6 zum Schutz der Spannfeder eingefügt werden.
Die Abdichtung zwischen Rohseite und Reinseite des Dieselpartikelfilters erfolgt über eine temperaturbeständige Dichtung 8. Der Blechmantel 13 und die Isolierung 14 schützen die stoßempfindliche Filterkeramik bei der Handhabung 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 Dieselpartikelfilter 1 kann dann ausgeblasen oder ausgewaschen werden. In der Regel ist es ausreichend, wenn der Dieselpartikelfilter 1 umgedreht wieder eingebaut wird, so dass die gesammelte Asche beim Weiterbetrieb des Motors durch den gereinigten Abgasstrom wieder ausgeblasen wird.
Der erfindungsgemäße Dieselpartikelfilter 1 kann mit einer Zusatzheizung ausgeführt sein, um einen Rußabbrand auszulösen. Des Weiteren kann der Filter mit katalytisch wirkenden Bestandteilen versehen sein, die die Zündtemperatur weiter verringern.

Claims

Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einem in ein Filtergehäuse eingesetzten Wabenfilter, dessen von porösen Wänden des Wabenfilters begrenzte Strömungskanäle zur Führung des Abgases durch die porösen Wände des Wabenfilters wechselseitig verschlossen sind, und mit einem axial durchgehenden Abgasdurchtritt an dessen einem Ende ein Einlass für den Abgasstrom und an dessen anderem Ende des Abgasdurchtritts Mittel zur Umlenkung des Abgasstroms angeordnet sind, wobei der Abgasdurchtritt eine stirnseitige Abdichtung von den wechselseitig verschlossenen Strömungskanälen hat, wobei die Mittel zur Umlenkung des Abgasstroms einen gegen den Wabenfilter vorgespannten, eine Stirnseite des Wabenfilters überdeckenden Rußfilterdeckel haben, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) im Zentrum des Wabenfilters (Wabenkörper 1) angeordnet ist, dass die Wände des Abgasdurchtritts (11) aus dem porösen Material des Wabenfilters, insbesondere aus Filterkeramik, gefertigt sind, dass der Rußfilterdeckel (3) von einer Spannfeder (5) gehalten ist und dass der Wabenfilter (Wabenkörper 1) zur wahlweisen Festlegung der Strömungsrichtung in beide Richtungen in ein Filtergehäuse (4) einsetzbar ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) von mehreren durchgehenden Strömungskanälen des Filterelementes gebildet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasdurchtritt (11) eine durchgehende Bohrung hat.
Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenfilter (Wabenkörper 1) zur Anordnung unmittelbar hinter einem Auslasskanal der Brennkraftmaschine (2) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass und ein Auslass für den Abgasstrom unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
Filtereinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filtergehäuse (4) mit einer Kühleinrichtung (15) verbindbar ist.