DE4137738A1 - Russfilter - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Rußfilter für eine Brennkraftma
schine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Bekannte Rußfilter, beispielsweise aus der japanischen Offen
legungsschrift 60-237 109, weisen den Nachteil auf, daß die
Einlaß- beziehungsweise Auslaßquerschnitte der einzelnen Kanäle
im Verhältnis zur aktiven Filterwandfläche verhältnismäßig
klein sind. Dies führt zu einem Anstieg des Abgasgegendruckes.
Außerdem können beim Abbrennen des Rußfilters die Restgase
nicht schnell genug abströmen, was zu hohen thermischen Bela
stungen und möglicherweise zu einer Beschädigung des Rußfilters
führt.
Aus der DE-AN F 1432 III/50e vom 10.04.1952 ist ein Ansaug
luftfilter bekannt, bei dem die Filterelemente kegelstumpfartig
angeordnet sind. Der Fachmann kann daraus allerdings keinerlei
Hinweise auf die Dimensionierung der Einlaß- und Auslaßquer
schnitte der Kanäle entnehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rußfilter gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem der
Druckverlust optimiert und die thermische Belastung, die bei
der Regeneration des Rußfilters auftritt, reduziert wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Haupt
anspruches gelöst.
Das erfindungsgemäße Rußfilter bietet den Vorteil, daß der Ab
gasstrom pro Filterflächenelement über den gesamten Filterkör
per nahezu konstant ist. Dadurch wird die gesamte Filterfläche
gleichmäßig durchströmt und somit der Druckverlust reduziert.
Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Ab
strömquerschnitte erreicht, daß die bei der Regeneration des
Rußfilters entstehenden Restgase gleichmäßig abströmen können.
Dadurch wird verhindert, daß an einzelnen Stellen des Filter
körpers hohe thermische Belastungen auftreten, was zu Beschä
digungen am Rußfilter führen kann.
Durch die Verwendung von rotationssymmetrischen Filterwandele
menten, beispielsweise ineinander verschachtelte Kegelstumpf
flächen, wird das Verhältnis von Einlaß- und Auslaßöffnung zu
den aktiven Filterwandelementen optimiert.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
und der Beschreibung hervor.
Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden das erfindungsgemäße
Rußfilter beschreiben, wobei im einzelnen
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Rußfilter im Schnitt durch die
Gehäuselängsachse,
Fig. 2 das Rußfilter aus Fig. 1 in einer perspektivischen,
teilweise geschnittenen Darstellung und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Rußfilters im Schnitt durch die Gehäuselängsachse zei
gen.
Fig. 1 und 2 zeigen ein in einer nicht weiter dargestellten
Abgasleitung einer ebenfalls nicht dargestellten
Brennkraftmaschine angeordnetes Rußfilter 1. Das Rußfilter 1
besteht aus einem zylindrischen Gehäuse 2, das einen Einlaß
stutzen 3, einen Filterkörper 4 und einen Auslaßstutzen 5 auf
weist. Das Gehäuse 2 besteht aus einer zwischen einer Außenwand
6 und einer Innenwand 7 angeordneten Wärmedämmschicht 8. Der
Filterkörper 4 ist aus mehreren kegelstumpfartigen Filterwand
elementen 9 aufgebaut. Die Filterwandelemente 9 bestehen aus
einem porösen keramischen oder metallischen Filterwerkstoff.
Die einzelnen Filterwandelemente 9 werden durch Montageringe 11
luftdicht verbunden. Dadurch bilden zwei benachbarte Filter
wandelemente 9 jeweils einen Einlaßkanal 12 beziehungsweise
Auslaßkanal 13.
Im Betrieb strömt nun das Abgas durch den Einlaßstutzen 3 in
den im Rußfilter 1 angeordneten Filterkörper 4, wo die im Abgas
enthaltenen Rußpartikel abgeschieden werden. Anschließend ver
läßt das gereinigte Abgas den Rußfilter 1 durch den Auslaß
stutzen 5. Der gesamte Filterkörper 4 besteht aus ineinanderge
schachtelten, kegelstumpfartigen Filterwandelementen 9, die
jeweils unterschiedliche Neigungswinkel gegen die Gehäuse
längsachse aufweisen. Die einzelnen Filterwandelemente 9 werden
durch Montageringe 11 miteinander oder mit dem Gehäuse 2
luftdicht verbunden. Dadurch bilden sich auf der stromauf lie
genden Seite des Filterkörpers 4 Einlaßkanäle 12 mit kreis
ringförmigem, in Strömungsrichtung abnehmendem Querschnitt.
Entsprechend bilden sich auf der stromab liegenden Seite des
Filterkörpers 4 Auslaßkanäle 13 mit kreisringförmigem und in
Strömungsrichtung zunehmendem Querschnitt. Um von einem Ein
laßkanal 12 in einen Auslaßkanal 13 zu gelangen, muß das Abgas
durch eines der Filterwandelemente 9 hindurchtreten, die aus
einem porösen Filtermaterial bestehenden. Diese Filterwandele
mente 9 bilden den eigentlichen Reaktionsraum, in dem die Ruß
partikel aus dem Abgas herausgefiltert werden. Als Filtermate
rial können dabei alle geeigneten Materialien, beispielsweise
keramische oder metallische Werkstoffe, die zur Erhöhung der
Formstabilität noch auf ein hochwarmfestes Drahtgitter aufge
bracht sein können, verwendet werden.
Um den von dem Rußfilter 1 in der Abgasleitung verursachten
Druckverlust möglichst gering zu halten, ist es erforderlich,
daß die gesamte zur Verfügung stehende Filterfläche vom Abgas
gleichmäßig beaufschlagt wird. Um dies zu gewährleisten werden
die EinIaßquerschnitte für die einzelnen Einlaßkanäle 12 so
gewählt, daß sie proportional zu der Fläche derjenigen Filter
wandelemente 9 sind, die den jeweiligen Einlaßkanal 12 begren
zen. Dadurch ist der pro Filterfläche einfallende Abgasstrom
über den gesamten Filterkörper 4 konstant. Um auch die Abströ
mung des gereinigten Abgases zu verbessern werden die Auslaß
querschnitte der einzelnen Auslaßkanäle 13 ebenfalls propor
tional zu der Fläche der Filterwandelemente 9, die den jewei
ligen Auslaßkanal 13 begrenzen, gewählt. Dies hat zur Folge,
daß die Durchströmung des Filtermaterials und dadurch der ver
ursachte Druckverlust optimiert wird.
Eine optimale Abströmung des gereinigten Abgases ist auch im
Hinblick auf eine eventuelle Regeneration des Rußfilters 1
wichtig. Hierbei entstehen nämlich Restgase, die eine sehr hohe
Temperatur aufweisen. Um eine unnötig hohe thermische Bean
spruchung des Filterkörpers 4 zu vermeiden, ist es daher not
wendig, die Restgase möglichst schnell und gleichmäßig aus dem
Rußfilter 1 auszuleiten. Dies wird durch die erfindungsgemäße
Dimensionierung der einzelnen Auslaßquerschnitte, die die Bil
dung lokaler Rückstauungen verhindert, gewährleistet.
Um das Rußfilter 1 auf einer für den Betrieb notwendigen Tem
peratur zu halten, ist zwischen der Außenwand 6 und der Innen
wand 7 des Gehäuses 2 eine Wärmedämmschicht 8 vorgesehen. In
diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das
äußerste Filterwandelement 9 so angeordnet ist, daß es auf der
stromauf liegenden Seite des Filterkörpers 4 mit dem Gehäuse 2
verbunden ist. Dadurch wird das Volumen zwischen Filterkörper 4
und Gehäuse 2 als Auslaßkanal 13 ausgebildet. Dies bedeutet,
daß die ankommenden heißen Gase zuerst durch den Filterkörper 4
geführt werden und erst dann mit dem Gehäuse 2 in Kontakt kom
men. Dadurch kann die vom Abgas an das Gehäuse 2, beziehungs
weise an die Umgebung abgegebene Wärmemenge reduziert werden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin
dungsgemäßen Rußfilters 1. Abweichend von Fig. 1 und 2 besteht
hier der Filterkörper 4 aus einer großen Zahl einzelner kegel
stumpfartiger Filterwandelemente 9. Da die Filterleistung des
Rußfilters 1 von dem aktiven, von Abgas durchströmten Volumen
des Filterwerkstoffes abhängt, ist es prinzipiell gleichgültig,
ob der benötigte Filterwerkstoff auf wenige Filterwandelemente
9 mit großer Wandstärke, oder auf viele Filterelemente 9 mit
geringer Wandstärke verteilt wird. Für die Filterleistung ent
scheidend ist nur das Gesamtvolumen des von Abgas durchströmten
Filterwerkstoffes. Daher ist klar, daß auch jede Zwischenstufe
zwischen Fig. 1 und Fig. 3, beziehungsweise ein Rußfilter 1 mit
einer noch größeren Anzahl von Wandfilterelementen 9 denkbar
ist.
Claims (6)
1. Rußfilter für eine Brennkraftmaschine mit einem in einem
Gehäuse angeordneten Filterkörper, der mehrere Einlaß- und
Auslaßkanäle aufweist, wobei die Einlaßkanäle durch Reaktions
räume bildende Filterwandelemente von den Auslaßkanälen ge
trennt sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anströmquerschnitte der Einlaßkanäle (12) und die Ab
strömquerschnitte der Auslaßkanäle (13) jeweils der Fläche der
Filterwandelemente (9), die den jeweiligen Kanal (12, 13) bil
den, proportional sind.
2. Rußfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlaßkanäle (12) durch kegelstumpfartige Filterwand
elemente (9) gebildet werden, deren Flächen auf der Abström
seite luftdicht miteinander verbunden sind.
3. Rußfilter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auslaßkanäle (13) durch kegelstumpfartige Filterwand
elemente (9) gebildet werden, deren Flächen auf der Anström
seite luftdicht miteinander verbunden sind.
4. Rußfilter nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Neigung der kegelstumpfartigen Filterwandelemente (9)
gegenüber der Gehäuselängsachse mit zunehmendem Abstand von der
Gehäuselängsachse abnimmt.
5. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Filterkörper (4) aus einer geringen Zahl von Filter
wandelementen (9) mit großer Wandstärke besteht.
6. Rußfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Filterkörper (4) aus einer großen Zahl von Filterwand
elementen (9) mit geringer Wandstärke besteht.
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