WO2007033908A2 - Wabenkörperfilterelement und entsprechender russfilter mit verbesserter thermoschockbeständigkeit - Google Patents

Wabenkörperfilterelement und entsprechender russfilter mit verbesserter thermoschockbeständigkeit Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a filter element for cleaning the exhaust gases of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a soot filter with a filter element according to the independent claim 6.
  • Such filter elements are used for example as a soot filter for diesel internal combustion engines.
  • the filter elements often consist of a ceramic material and have a plurality of mutually parallel inlet channels and outlet channels.
  • Filter elements made of ceramic materials are produced by extrusion. This means that the blank of the filter element is a prismatic body with a plurality of mutually parallel channels. The channels of a blank are initially open at both ends.
  • the invention has for its object to provide a filter element for a soot filter and a soot filter, in which the temperature distribution across the cross section of the filter element improves and consequently the performance of the equipped with a filter element according to the invention soot filter is extended as well as its life.
  • a filter element for filtering soot in particular for filtering exhaust gases of a diesel internal combustion engine, with a longitudinal axis parallel to the main flow direction of the exhaust gas, with a multiplicity of inlet channels extending parallel to the longitudinal axis and with a multiplicity of outlet channels extending parallel to the longitudinal axis, wherein the inlet channels at an entrance surface of the Start filter element and are closed at an exit surface of the filter element, and wherein the outlet channels are closed at the entrance surface and terminate at the exit surface, achieved in that the outside of the filter element arranged channels are closed at both ends.
  • the blind channels on the outer surface of the filter element which are closed at both ends according to the invention improve the temperature distribution within the filter element according to the invention.
  • These blind channels are, since they are closed on both sides, not flowed through by the exhaust gas. Inside these channels is air, which serves as thermal insulation.
  • the heat output of the filter element is greatly reduced at its cylindrical or prismatic outer surface.
  • the temperature drop at the periphery of the filter element also greatly decreases, so that the temperature distribution within the filter element is improved.
  • the heating time of the filter element according to the invention is shortened.
  • Layers preferably up to three layers of blind channels, are arranged on the outside of the filter element. As a result, the heat output is further reduced to the outside and further homogenized the temperature profile.
  • a layer of outlet channels is arranged in the interior of the layer or the layers of blind channels.
  • the radial walls between two adjacent channels are arranged offset from one another.
  • the filter element is rotationally symmetrical or centrally symmetrical with respect to its longitudinal axis.
  • soot filter with a filter element, with a housing, with a feed line, with a derivative, with a connecting the supply line to the housing and a diffuser connecting the housing with the drain cone that a Inventive filter element is used.
  • Figure 1 shows a soot filter with a filter element according to the invention in a side view
  • Figure 2 shows an inventive filter element in a front view.
  • Figure 1 illustrates a soot filter 1 with a feed line 3, a diffuser 5, a housing 7 and a filter element 9 according to the invention in a partially sectioned side view.
  • the soot filter 1 flows through in the direction of the arrows 11.
  • the housing 7 is adjoined by a cone 13 and a discharge line 15.
  • the filter element 9 is connected in a gas-tight manner to the housing so that the exhaust gas (not shown) flowing in through the supply line 3 has to flow through the filter element 9.
  • the filter element 9 has an entry surface 17 and an exit surface 19.
  • the filter element 19 is traversed by a plurality of channels extending from the entrance surface 17 to the exit surface 19.
  • the inlet channels 21 are open at the inlet surface 17 and closed at the outlet surface 19.
  • the so-called outlet channels 23 are closed at the entry surface 17 and open at the exit surface 19.
  • the closures of the inlet channels 21 and the outlet channels 23 are shown in Figure 1 as black areas without reference numerals.
  • the pattern shown in Figure 1 in a partial section of each one inlet channel 21, which alternates with an outlet channel 23, continues over the entire cross-sectional area of the filter element in a conventional manner.
  • Figure 2 shows a cross section through a
  • FIG. 2 has a circular cross-section and is centrally symmetrical with respect to the longitudinal axis 25.
  • inlet channels 21 and outlet channels 23 are alternately in the manner known from the prior art arranged. For reasons of clarity, it has been omitted to draw all the channels 21 and 23 in FIG.
  • a layer of blind channels 27 is arranged in the exemplary embodiment according to FIG. Also, for reasons of clarity, only a few blind channels 27 are shown by way of example and although over a circumferential angle of about 90 ° in the first quadrant. It goes without saying, however, that dummy channels 27 are also provided in the other quadrants.
  • blind channels 27 serves as thermal insulation from the environment, since air is a poor conductor of heat.
  • the heat dissipation is reduced to the outside and causes a temperature increase in the outer region of the filter element 9. This leads to leads to the already described equalization of the temperature profile over the cross section of the filter element.
  • blind channels 27 It is also possible for a plurality of concentrically arranged layers (not shown) of blind channels 27 to be provided in order to further improve the thermal insulation and consequently also the temperature profile within the filter element 9.
  • a layer of outlet channels 23 is arranged between the position of blind channels 27 and the hatched area. This results in further advantages in terms of operating behavior and service life of the filter element 9 according to the invention.
  • the blind channels 27 may have a different cross-section than the inlet channels 21 or the outlet channels 23. However, it may also be advantageous if all channels 21, 23, and 27 have the same cross-section.
  • the arrangement according to the invention of different inlet channels 21, outlet channels 23 and / or blind channels 27 on the periphery of the filter element 9 is not limited to cylindrical filter elements 9, but for example, on filter elements 9 is transferable, which is a square or rectangular Have cross-section.
  • the inlet channels 21, the outlet channels 23 and / or the blind channels 27 may have, for example, hexagonal or cruciform shapes.

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Abstract

Es werden ein Filterelement (9) und ein Rußfilter vorgeschlagen, bei denen die Temperaturverteilung über den Querschnitt des Filterelements (9) in erster Näherung konstant gehalten werden kann indem die aussen an dem Filterelement (9) angeordneten Blindkanäle (27) an beiden Enden verschlossen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform wird innerhalb der am weitesten innen angeordneten Lage von Blindkanälen (27) eine Lage von Austrittskanälen (23) angeordnet.

Description

Filterelement und Rußfilter mit verbesserter Thermoschockbeständigkeit
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Filterelement zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Rußfilter mit einem Filterelement nach dem nebengeordneten Anspruch 6. Derartige Filterelemente werden beispielsweise als Rußfilter für Dieselbrennkraftmaschinen eingesetzt.
Die Filterelemente bestehen häufig aus einem keramischen Werkstoff und weisen eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Eintrittskanälen und Austrittskanälen auf.
Hergestellt werden Filterelemente aus keramischen Werkstoffen durch Extrudieren. Dies bedeutet, dass der Rohling des Filterelements ein prismatischer Körper mit einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Kanälen ist. Die Kanäle eines Rohlings sind zunächst an beiden Enden offen.
Damit das zu reinigende Abgas durch die Wände des Filters strömt, wird ein Teil der Kanäle am hinteren Ende des Filterelements verschlossen, während ein anderer Teil der Kanäle am vorderen Ende des Filterelements verschlossen wird. Dadurch werden zwei Gruppen von Kanälen gebildet, nämlich die sogenannten Eintrittskanäle, welche am hinteren Ende verschlossen sind und die sogenannten Austrittskanäle, welche am Anfang des Filterelements verschlossen sind.
Zwischen den Eintrittskanälen und den Austrittskanälen besteht nur über die porösen Wände des Filterelements eine Strömungsverbindung, so dass das Abgas das Filterelement nur durchströmen kann, indem es aus den Eintrittskanälen durch die Wände des Filterelements hindurch in die Austrittskanäle strömt.
Um einen möglichst effektiven Betrieb des Filterelements zu gewährleisten, wird eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung über den Querschnitt des Filterelements während des Betriebs der Brennkraftmaschine angestrebt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement für einen Rußfilter und einen Rußfilter bereitzustellen, bei denen die Temperaturverteilung über den Querschnitt des Filterelements verbessert und infolgedessen das Betriebsverhalten des mit einem erfindungsgemäßen Filterelement ausgerüsteten Rußfilters ebenso wie dessen Lebensdauer verlängert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Filterelement zur Filterung von Ruß, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer parallel zur Hauptströmungsrichtung des Abgases verlaufenden Längsachse, mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse verlaufenden Einlasskanälen und mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse verlaufenden Auslasskanälen, wobei die Einlasskanäle an einer Eintrittsfläche des Filterelements beginnen und an einer Austrittsfläche des Filterelements verschlossen sind, und wobei die Auslasskanäle an der Eintrittsfläche verschlossen sind und an der Austrittsfläche enden, dadurch gelöst, dass die außen an dem Filterelement angeordneten Kanäle an beiden Enden verschlossen sind.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäßen an beiden Enden verschlossenen Blindkanäle an der Außenfläche des Filterelements wird die Temperaturverteilung innerhalb des erfindungsgemäßen Filterelements verbessert. Diese Blindkanäle werden, da sie beidseitig verschlossen sind, nicht von dem Abgas durchströmt. Im Inneren dieser Kanäle befindet sich Luft, welche als Wärmedämmung dient. Dadurch wird die Wärmeabgabe des Filterelements an seiner zylindrischen beziehungsweise prismatischen Außenfläche stark verringert. In Folge dessen verringert sich auch der Temperaturabfall an der Peripherie des Filterelements stark, so dass die Temperaturverteilung innerhalb des Filterelements verbessert wird. Außerdem verkürzt sich die Aufheizzeit des erfindungsgemäßen Filterelements .
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bis zu fünf
Lagen, bevorzugt bis zu drei Lagen von Blindkanälen, außen an dem Filterelement angeordnet werden. Dadurch wird die Wärmeabgabe nach außen weiter verringert und das Temperaturprofil weiter vergleichmäßigt.
Um die Temperaturverteilung weiter zu verbessern, wird weiter vorgeschlagen, dass im Inneren der Lage oder den Lagen von Blindkanälen eine Lage von Austrittskanälen angeordnet wird. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die radialen Wände zwischen zwei benachbarten Kanälen versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch wird das erfindungsgemäße Filterelement in radialer Richtung flexibler beziehungsweise die Wärmespannungen in radialer Richtung werden reduziert. Dies verbessert die Beständigkeit des erfindungsgemäßen Filterelements gegenüber schnellen Temperaturwechseln, die andernfalls möglicherweise zu Rissen und damit zum Versagen des Filterelements führen können.
Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn das Filterelement rotationssymmetrisch oder zentralsymmetrisch bezüglich seiner Längsachse ist.
Die eingangs genannten Vorteile können auch mit einem Rußfilter mit einem Filterelement, mit einem Gehäuse, mit einer Zuleitung, mit einer Ableitung, mit einer die Zuleitung mit dem Gehäuse verbindenden Diffusor und mit einem das Gehäuse mit der Ableitung verbindenden Konus dadurch gelöst werden, dass ein erfindungsgemäßes Filterelement eingesetzt wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren
Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen genannten Vorteile können sowohl Einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnungen
Es zeigen: Figur 1 einen Rußfilter mit einem erfindungsgemäßen Filterelement in einer Seitenansicht und
Figur 2 ein erfindungsgemäßes Filterelement in einer Ansicht von vorne.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 stellt einen Rußfilter 1 mit einer Zuleitung 3, einem Diffusor 5, einem Gehäuse 7 und einem erfindungsgemäßen Filterelement 9 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht dar.
Durchströmt wird der Rußfilter 1 in Richtung der Pfeile 11. An das Gehäuse 7 schließen ein Konus 13 und eine Ableitung 15 an. Das Filterelement 9 ist gasdicht mit dem Gehäuse verbunden, so dass das durch die Zuleitung 3 zuströmende Abgas (nicht dargestellt) durch das Filterelement 9 hindurchströmen muss.
Das Filterelement 9 weist eine Eintrittsfläche 17 und eine Austrittsfläche 19 auf. Das Filterelement 19 ist von einer Vielzahl von Kanälen durchzogen, die sich von der Eintrittsfläche 17 bis zur Austrittsfläche 19 erstrecken.
Damit das Abgas durch die Wände (ohne Bezugszeichen) des Filterelements 9 strömen muss, sind die Eintrittskanäle 21 an der Eintrittsfläche 17 offen und an der Austrittsfläche 19 verschlossen. Die sogenannten Austrittskanäle 23 sind an der Eintrittsfläche 17 verschlossen und an der Austrittsfläche 19 offen. Die Verschlüsse der Eintrittskanäle 21 und der Austrittskanäle 23 sind in Figur 1 als schwarze Flächen ohne Bezugszeichen dargestellt. Das in Figur 1 in einem Teilschnitt dargestellte Muster von jeweils einem Eintrittskanal 21, der sich mit einem Austrittskanal 23 abwechselt, setzt sich über die gesamte Querschnittsflache des Filterelements in an sich bekannter Weise fort.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch ein
Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Filterelements 9.
Das in Figur 2 dargestellte Ausfuhrungsbeispiel hat einen kreisrunden Querschnitt und ist zentralsymmetrisch bezuglich der Langsachse 25. Innerhalb der schraffiert dargestellten Flache im Inneren des Filterelements 9 sind Eintrittskanale 21 und Austrittskanale 23 (siehe Figur 1) im Wechsel in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde darauf verzichtet, alle Kanäle 21 und 23 in Figur 2 einzuzeichnen.
Am Außendurchmesser des Filterelements 9 ist bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 2 eine Lage von Blindkanalen 27 angeordnet. Ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur einige Blindkanale 27 exemplarisch dargestellt und zwar über einen Umfangswinkel von etwa 90° im ersten Quadranten. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch in den übrigen Quadranten ebenfalls Blindkanale 27 vorgesehen sind.
Die Lage von Blindkanalen 27 dient als Wärmedämmung gegenüber der Umgebung, da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist. Durch den an der Peripherie des Filterelements 9 vorhandenen Mantel aus Blindkanalen 27 wird die Warmeabfuhr nach außen reduziert und eine Temperaturanhebung im Außenbereich des Filterelements 9 bewirkt. Dies fuhrt führt zu der bereits beschriebenen Vergleichmäßigung des Temperaturprofils über den Querschnitt des Filterelements 9.
Es können auch mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Lagen (nicht dargestellt) von Blindkanälen 27 vorgesehen werden, um die Wärmedämmung und in Folge dessen auch das Temperaturprofil innerhalb des Filterelements 9 weiter zu verbessern .
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der Lage von Blindkanälen 27 und der schraffierten Fläche eine Lage von Austrittskanälen 23 angeordnet. Dadurch ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich Betriebsverhalten und Lebensdauer des erfindungsgemäßen Filterelements 9.
Die Blindkanäle 27 können einen anderen Querschnitt als die Eintrittskanäle 21 oder die Austrittskanäle 23 haben. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn alle Kanäle 21, 23, und 27 den gleichen Querschnitt haben.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Anordnung verschiedener Eintrittskanälen 21, Austrittskanälen 23 und/oder von Blindkanälen 27 an der Peripherie des Filterelements 9 nicht auf zylindrische Filterelemente 9 beschränkt ist, sondern beispielsweise auch auf Filterelemente 9 übertragbar ist, die einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt haben. So können die Eintrittskanäle 21, die Austrittskanäle 23 und/oder die Blindkanäle 27 beispielsweise sechseckige oder kreuzförmige Formen haben.

Claims

Ansprüche
1. Filterelement zur Filterung von Russ, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Dieselbrennkraftmaschine, mit einer parallel zur Hauptströmungsrichtung des Abgases verlaufenden Längsachse (15), mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse (15) verlaufenden Einlasskanälen (21), und mit einer Vielzahl von parallel zur Längsachse (25) verlaufenden Auslasskanälen (23) , wobei die Einlasskanäle (21) an einer Eintrittsfläche (17) des Filterelements (9) beginnen und an einer Austrittsfläche (19) des Filterelements (9) verschlossen sind, und wobei die Auslasskanäle (23) an der Eintrittsfläche (17) verschlossen sind und an der Austrittsfläche (19) enden, dadurch gekennzeichnet, dass die außen an dem Filterelement (9) angeordneten Blindkanäle (27) an beiden Enden verschlossen sind.
2. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Außendurchmesser des Filterelements () bis zu fünf Lagen von beidseitig verschlossenen Blindkanälen (27), bevorzugt eine bis drei Lagen von beidseitig verschlossenen Blindkanälen (27), vorgesehen sind.
3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der am weitesten innen angeordneten Lage von Blindkanälen (27) eine Lage von Austrittskanälen (23) angeordnet ist.
4. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verlaufenden Wände zwischen zwei benachbarten Kanälen (21, 23) und/oder Blindkanälen (27) versetzt zueinander angeordnet sind.
5. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (9) rotationssymmetrisch oder zentralsymmetrisch bezüglich seiner Längsachse (25) ist.
6. Rußfilter mit einem Filterelement (9), mit einem Gehäuse (7), mit einer Zuleitung (3), mit einer Ableitung, mit einem die Zuleitung (3) mit dem Gehäuse (7) verbindenden Diffusor (5) und mit einem das Gehäuse (7) mit der Ableitung verbindenden Konus (13), dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement ein Filterelement (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
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