DE10330680A1 - Particle filter for cleaning internal combustion engine exhaust gases, especially of diesel engine, has inlet channels with greater capacity for non-combustible deposits than outlet channels - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Partikelfilter zur Reinigung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug.The present invention relates to a particle filter for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine, in particular a diesel engine, preferably in a motor vehicle.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Partikelfilters.The invention also relates to a Process for producing such a particle filter.
Die Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, enthalten Partikel, die nicht in die Umwelt emittiert werden sollen. Zu diesem Zweck kann in einen Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein Partikelfilter der eingangs genannten Art eingebaut werden. Da die Partikel bei einem Dieselmotor vorwiegend durch Ruß gebildet sind, kann das Partikelfilter auch als Rußfilter bezeichnet werden. Das Partikelfilter enthält eine poröse Filterstruktur, die im Betrieb des Partikelfilters von den zu reinigenden Abgase durchströmt wird. Hierbei lagern sich die Partikel an der Filterstruktur ab, wodurch die Abgase gereinigt werden. Im Laufe der Betriebszeit der Brennkraftmaschine nehmen diese Ablagerungen mehr und mehr zu, wodurch der Durchströmungswiderstand des Partikelfilters und somit der Abgasgegendruck ansteigt, was mit einer Leistungseinbuße und/oder Verbrauchszunahme der Brennkraftmaschine einhergeht. Sobald ein vorbestimmter Beladungszustand erreicht ist, wird das Partikelfilter regeneriert, in dem die Rußablagerungen abgebrannt werden. Zu diesem Zweck kann die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine angehoben werden. Zusätzlich oder alternativ können chemische Zusätze (z.B. Eisen- oder Cer-Additive zur Anwendung kommen. Bei einem Kraftfahrzeug, dessen Brennkraftmaschine mit einem derartigen Partikelfilter ausgestattet ist, wird eine derartige Regeneration etwa alle 300 bis 2000 km erforderlich.The exhaust gases from internal combustion engines, especially diesel engines, contain particles that are not in the environment should be emitted. For this purpose, one can Exhaust system of the internal combustion engine has a particle filter at the beginning mentioned type can be installed. Because the particles in a diesel engine mainly formed by soot are, the particle filter can also be referred to as a soot filter. The particle filter contains a porous Filter structure that is to be cleaned during the operation of the particle filter Exhaust gases flow through becomes. The particles are deposited on the filter structure, whereby the exhaust gases are cleaned. During the operating time of the Internal combustion engine, these deposits increase more and more, causing the flow resistance of the particle filter and thus the exhaust gas back pressure increases, which with a performance penalty and / or increase in consumption of the internal combustion engine. As soon as a predetermined loading condition has been reached, the particle filter is regenerated, in which the soot deposits be burned down. For this purpose, the exhaust gas temperature of the Internal combustion engine to be raised. Additionally or alternatively, chemical additives (e.g. Iron or cerium additives are used. In a motor vehicle, whose internal combustion engine is equipped with such a particle filter is such a regeneration about every 300 to 2000 km required.
Neben den verbrennbaren Partikeln lagern sich im Betrieb außerdem unverbrennbare Reste von Motoröl (Ölasche), Motorabrieb und ggf. unverbrennbare Reste der eingesetzten Kraftstoffadditive im Partikelfilter ab. Dies führt trotz wiederholter Regenerationen des Partikelfilters bei einer langen Laufzeit (bei einem Fahrzeug etwa 100.000 bis 150.000 km) zu einer durch einen Abbrand nicht mehr regenerierbaren Verstopfung des Partikelfilters und somit zu einer Erhöhung des Abgasgegendrucks auf unerwünscht hohe Werte. Insgesamt verkürzen sich dabei die Regenerationszyklen für den Rußabbrand, wobei gleichzeitig der mittlere Gegendruck im Betrieb der Brennkraftmaschine deutlich ansteigt. Hierdurch sinkt die nutzbare Motorleistung und der Kraftstoffverbrauch nimmt zu. Aus diesen Gründen muss ein konventionelles Partikelfilter während der Lebenszeit der Brennkraftmaschine bzw. des damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs (z.B. nach etwa 80.000 bis 120.000 km) gegen ein neues Partikelfilter ausgetauscht oder von den unverbrennbaren Rückständen gereinigt werden.In addition to the combustible particles are also stored in the company incombustible remains of engine oil (Oil ash) Engine abrasion and possibly non-combustible residues of the fuel additives used in the particle filter. this leads to despite repeated regeneration of the particle filter at one long running time (approximately 100,000 to 150,000 km for a vehicle) constipation that can no longer be regenerated by burning of the particle filter and thus to an increase in the exhaust gas back pressure undesirable high values. Shorten overall the regeneration cycles for soot burn-off, taking place simultaneously the mean back pressure in the operation of the internal combustion engine clearly increases. This reduces usable engine power and fuel consumption is increasing. For these reasons must have a conventional particle filter during the lifetime of the internal combustion engine or the motor vehicle equipped with it (e.g. after about 80,000 to 120,000 km) replaced by a new particle filter or by the incombustible Residues cleaned become.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Partikelfilter der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine erhöhte Standzeit besitzt.The invention seeks to remedy this. The present invention deals with deal with the problem for a particle filter of the type mentioned an improved embodiment to be specified, which in particular has an increased service life.
Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is caused by the objects of the independent Expectations solved. Advantageous embodiments are subject to the dependent Expectations.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Partikelfilter, das aus mehreren, parallel zueinander verlaufenden, nebeneinander angeordneten und durch poröse Wandungen miteinander kommunizierenden ausgangsseitig verschlossenen Eintrittskanälen und eingangsseitig verschlossenen Auslaßkanälen besteht, die Einlaßkanäle so zu modifizieren, dass sie eine größere Speicherkapazität für unverbrennbare Ablagerungen besitzen als die Auslaßkanäle. Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, dass die Partikelbeladung eines derartigen Partikelfilters im Betrieb vorwiegend in den Einlaßkanälen erfolgt und dort an den Austrittsenden beginnt und in Richtung der Eintrittsenden anwächst. Beim Regenerieren gilt dasselbe für die unverbrennbaren Ablagerungen, die sich dadurch in den Einlaßkanälen zuerst an deren Austrittsenden festsetzen und ebenfalls von dort aus in Richtung Eintrittsende anwachsen. Wenn nun ent sprechend dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung die Speicherkapazität für derartige unverbrennbare Rückstände in den Einlaßkanälen erhöht ist, kann der Zeitraum, bis zu dem die zunehmende Ablagerung unverbrennbarer Rückstände zu einem unzulässig hohen Druckanstieg im Partikelfilter führt, erheblich vergrößert werden. Beispielsweise kann dadurch für die gesamte Lebensdauer einer Brennkraftmaschine bzw. eines damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs im Partikelfilter ein hinreichend niedriger Durchströmungswiderstand erzielt werden. Somit muss das Partikelfilter während der Lebensdauer des Kraftfahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine nicht gereinigt bzw. ausgetauscht werden.The present invention is based on the general thought, with a particulate filter, that out several, parallel to each other, arranged side by side and through porous Closed walls communicating with one another on the output side inlet channels and there are outlet ducts closed on the inlet side, the inlet ducts so modify that they have greater storage capacity for non-flammable Deposits have as the outlet channels. The invention makes use of this the knowledge that the particle loading of such a particle filter in operation mainly takes place in the inlet channels and there at the outlet ends begins and grows in the direction of the entry ends. The following applies when regenerating the same for the incombustible debris that builds up in the intake ports first at the outlet ends and also from there towards Growing entry end. If now according to the proposal of present invention the storage capacity for such incombustible Residues in the Inlet channels can be increased the period up to which the increasing deposit is more incombustible Residue to one inadmissible leads to a high pressure rise in the particle filter, can be increased considerably. For example, for the entire service life of an internal combustion engine or one with it equipped motor vehicle in the particle filter a sufficient low flow resistance be achieved. Thus, the particle filter has to last for the life of the motor vehicle or the internal combustion engine cannot be cleaned or replaced.
Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei welcher das erfindungsgemäße Partikelfilter die gleichen Einbaumaße wie ein herkömmliches Partikelfilter besitzt, kann es durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen zu einem Anstieg des Grundgegendrucks, also des Abgasgegendrucks bei unbeladenem Partikelfilter, kommen, da der Strömungswiderstand durch die erhöhte Speicherkapazität der Einlaßkanäle insgesamt zunehmen kann. Beispielsweise wird der Basis-Strömungswiderstand des unbeladenen Partikelfilters durch Einströmverluste, Verluste in den Einlaßkanälen, Verluste in den Auslaßkanälen und Stoßverluste am Querschnittssprung am Austrittsende der Auslaßkanäle bestimmt. Da jedoch der Gesamtwiderstand des Partikelfilters im Betrieb der Brennkraftmaschine hauptsächlich durch die Partikelbeladung bestimmt ist, bleibt beim erfindungsgemäßen Partikelfilter der Gesamtwiderstand länger auf einem vergleichsweise niedrigem Niveau als bei einem her kömmlichen Partikelfilter, das zwar einen niedrigeren Basiswiderstand aufweisen kann, dessen Gesamtwiderstand jedoch aufgrund der kleineren Speicherfähigkeit schneller ansteigt. Des Weiteren besitzt das erfindungsgemäße Partikelfilter automatisch auch für die verbrennbaren Partikel eine erhöhte Speicherkapazität, wodurch die Abstände zwischen zwei Regenerationen für längere Zeit hinreichend groß bleiben.Particularly in one embodiment, in which the particle filter according to the invention has the same installation dimensions as a conventional particle filter, the measures according to the invention can lead to an increase in the basic back pressure, i.e. the exhaust gas back pressure when the particle filter is not loaded, since the flow resistance as a result of the increased storage capacity of the inlet channels as a whole can increase. For example, the basic flow resistance of the unloaded particle filter is determined by inflow losses, losses in the inlet channels, losses in the outlet channels and shock losses at the cross-sectional jump at the end determined end of the outlet channels. However, since the total resistance of the particle filter during operation of the internal combustion engine is mainly determined by the particle loading, the total resistance in the particle filter according to the invention remains at a comparatively low level longer than with a conventional particle filter, which may have a lower base resistance, but the total resistance of which is due to the smaller one Storage capacity increases faster. Furthermore, the particle filter according to the invention automatically also has an increased storage capacity for the combustible particles, as a result of which the intervals between two regenerations remain sufficiently long for a long time.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Speicherkapazität der Einlaßkanäle dadurch erhöht, dass alle Einlaßkanäle zusammen eine größere vom Abgas durchströmbare Gesamtquerschnittsfläche aufweisen als alle Auslaßkanäle zusammen. Durch diese Maßnahme haben die Einlaßkanäle automatisch eine größere Innenwandfläche als die Auslaßkanäle. Da sich die Ablagerungen an oder in den Wandungen der Einlaßkanäle festsetzen, steht bei dieser Ausführungsform erheblich mehr Fläche zur Verfügung, was die Speicherkapazität erhöht. Bei einer Weiterbildung können mehr Einlaßkanäle vorgesehen sein als Auslaßkanäle, wodurch die Einlaßkanäle auch dann eine größere Gesamtquerschnittsfläche aufweisen, wenn Einlaßkanäle und Auslaßkanäle jeweils die gleichen Querschnittsflächen besitzen.In a preferred embodiment becomes the storage capacity of the inlet channels thereby elevated, that all inlet channels together a larger from Exhaust gas can flow through Total cross-sectional area have than all outlet channels together. By This measure have the inlet channels automatically a larger inner wall area than the outlet channels. That I the deposits on or in the walls of the inlet channels, stands in this embodiment significantly more area to disposal, what the storage capacity elevated. With further training you can more inlet channels provided be as exhaust ports, whereby the inlet channels too then have a larger total cross-sectional area, if inlet channels and outlet channels each the same cross-sectional areas have.
Bevorzugt wird eine Variante, bei welcher jeder Einlaßkanal eine größere vom Abgas durchströmbare Querschnittsfläche aufweist als jeder Auslaßkanal. Diese Ausführungsform ermöglichst insbesondere eine regelmäßig abwechselnde Anordnung von Einlaßkanälen und Auslaßkanälen bei gleichzeitig erhöhter Speicherkapazität der Einlaßkanäle.A variant, is preferred which each inlet channel a larger from Exhaust gas can flow through Cross sectional area has than each outlet channel. This embodiment ermöglichst especially a regularly alternating one Arrangement of inlet channels and Outlet channels at increased at the same time memory of the inlet channels.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei welcher die Einlaßkanäle und die Auslaßkanäle so angeordnet sind, dass mindestens drei Einlaßkanäle einen Auslaßkanal konzentrisch umschließen, jeweils mit dem Auslaßkanal eine gemeinsame Wandung aufweisen und jeweils paarweise eine gemeinsame Wandung aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine regelmäßige Struktur für die Anordnung der Einlaßkanäle und der Auslaßkanäle, bei der sich Einlaßkanäle und Auslaßkanäle einander abwechseln.One embodiment is particularly advantageous, in which the inlet channels and the Outlet channels arranged so are concentric that at least three inlet channels one outlet channel enclose, each with the outlet duct have a common wall and a common pair Have wall. In this embodiment there is a regular structure for the Arrangement of the inlet channels and the Outlet channels, at the inlet channels and outlet channels each other alternate.
Im Hinblick auf einen minimalen Durchströmungswiderstand sowie im Hinblick auf eine maximale Steigerung der Speicherkapazität hat sich eine Ausführungsform als zweckmäßig herausgestellt, bei der die Einlaßkanäle jeweils einen Achteckquerschnitt und die Auslaßkanäle jeweils einen Viereckquerschnitt aufweisen.With a view to minimal flow resistance as well as in terms of a maximum increase in storage capacity one embodiment turned out to be useful, where the inlet channels each an octagonal cross-section and the outlet channels each a quadrangular cross-section exhibit.
Für die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bei denen die Einlaßkanäle jeweils größere Querschnittsflächen besitzen als die Auslaßkanäle, kann das Partikelfilter besonders einfach durch einen monolithischen Filterkörper bereitgestellt werden, der insbesondere durch ein Strangpressverfahren oder Extrudierverfahren hergestellt werden kann. Vorzugsweise besteht dieser Filterkörper aus einer Oxidkeramik, beispielsweise aus Cordierit, oder aus einer Hochleistungskeramik, wie z.B. Siliciumcarbit oder Siliciumnitrit.For the previously described embodiments, where the inlet channels each have larger cross-sectional areas than the outlet channels, can the particulate filter is particularly easy thanks to a monolithic filter body are provided, in particular by an extrusion process or extrusion process can be made. Preferably there is this filter body from an oxide ceramic, for example from cordierite, or from a high-performance ceramic, such as. Silicon carbite or silicon nitrite.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausführungsform, bei welcher die Speicherkapazität der Einlaßkanäle dadurch vergrößert wird, dass an den Austrittsenden der Einlaßkanäle wenigstens ein Speicherraum ausgebildet wird, dessen Querschnittsfläche größer ist als die vom Abgas durchströmbare Querschnittsfläche eines der Einlaßkanäle. Durch diese Bauweise wird genau an den Stellen ein besonders großes Speichervolumen bereitgestellt, an denen sich die Partikel bevorzugt ablagern und die an der kommunizierenden Verbindung zwischen den Einlaßkanälen und dem wenigstens einen Auslaßkanal nicht teilhaben, so dass sich die Befüllung der Speicherräume im wesentlichen nicht auf den Durchströmungswiderstand des Partikelfilters auswirkt.One embodiment is particularly advantageous, at which the storage capacity of the inlet channels thereby is enlarged, that at least one storage space at the outlet ends of the inlet channels is formed, the cross-sectional area of which is larger than the cross-sectional area through which the exhaust gas can flow of the inlet channels. By this design becomes a particularly large storage volume at precisely those points provided, on which the particles preferentially deposit and at the communicating connection between the inlet channels and the at least one outlet channel not participate, so that the filling of the storage spaces essentially not on the flow resistance of the particle filter affects.
Dabei können gemäß einer Weiterbildung die Einlaßkanäle an ihrem Austrittsende jeweils eine separate Speicherkammer aufweisen, die den Speicherraum enthält und gleichzeitig den jeweiligen Einlaßkanal verschließt. Bei einer derartigen Ausführungsform sind die Speicherräume quasi in die Verschlüsse der Einlaßkanäle integriert. Grundsätzlich kann somit an der herkömmlichen Bauweise des Filterkörpers festgehalten werden, so dass dieser mit allen Einlaßkanälen und allen Auslaßkanälen insbesondere als monolithisches Strangpressteil herstellbar ist.According to a further development, the inlet channels on their Exit end each have a separate storage chamber that contains the storage space and at the same time closes the respective inlet duct. at such an embodiment are the storage spaces almost in the closures of the inlet channels integrated. Basically can thus on the conventional Construction of the filter body be held so that this with all inlet channels and all outlet channels in particular can be produced as a monolithic extruded part.
Bei einer alternativen Bauweise können die Einlaßkanäle an ihren Austrittsenden einen gemeinsamen Speicherbehälter aufweisen, der für alle Einlaßkanäle einen gemeinsamen Speicherraum enthält und einen gemeinsamen Verschluss für alle Einlaßkanäle bildet. Bei dieser Ausführungsform kann der gemeinsame Speicherraum grundsätzlich noch durchströmt werden, so dass im Speicherraum für den Regenerationsbetrieb hinreichend Sauerstoff vorhanden ist, um die verbrennbaren Ablagerungen abbrennen zu können.In an alternative design, the inlet channels can be on their Exit ends have a common storage container, one for all inlet channels contains common storage space and a common closure for forms all inlet channels. In this embodiment the common storage space can still be flowed through, so in the storage space for the Regeneration operation is sufficient to supply the oxygen to burn combustible deposits.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated Description of the figures using the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above not only mentioned and the features to be explained below in the specified combination, but also in others Combinations or alone can be used without the frame to leave the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention tion are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, wherein the same reference numerals refer to the same or functionally identical or similar components.
Es zeigen, jeweils schematisch,Each shows schematically
Entsprechend
Das Partikelfilter
Im Betrieb erfolgt die durch Pfeile
angedeutete Durchströmung
des Partikelfilters
Die mit Partikeln
beladenen Abgase treten durch den Abgaseintritt
The exhaust gases laden with particles pass through the exhaust gas inlet
Um eine besonders lange Standzeit
für das Partikelfilter
Aufgrund der Strömungsverhältnisse erfolgt die Beladung
des Partikelfilters
Die
Die
Bei diesen Ausführungsformen ist gewährleistet,
dass jeder Einlaßkanal
Die
Neben diesen bevorzugten Ausführungsformen
mit Achteckquerschnitten und Viereckquerschnitten können grundsätzlich beliebige
andere Querschnitte zur Anwendung kommen, wobei extrudierfähige Querschnitte
aus Gründen
der vereinfachten Herstellbarkeit bevorzugt werden. Die
Bei den Varianten der
Während
bei den Ausführungsformen
der
Wesentlich ist jedoch für alle Ausführungsformen
der
Während
sich die in den
Bei den Ausführungsformen der
Die einzelnen Kerzenkörper
Im Unterschied zur Ausführungsform
gemäß
Hierdurch erhält der Speicherraum
Bei der Variante gemäß
Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform
gemäß
Die Ausführungsformen der
Durch
den Abgaseintritt
Through the exhaust gas inlet
Die
Grundsätzlich können die Speicherkammern
Des Weiteren ist es möglich, den
Speicherkammerblock
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|---|---|---|---|
| DE10330680A DE10330680A1 (en) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Particle filter for cleaning internal combustion engine exhaust gases, especially of diesel engine, has inlet channels with greater capacity for non-combustible deposits than outlet channels |
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| DE10330680A DE10330680A1 (en) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Particle filter for cleaning internal combustion engine exhaust gases, especially of diesel engine, has inlet channels with greater capacity for non-combustible deposits than outlet channels |
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|---|---|
| DE10330680A1 true DE10330680A1 (en) | 2004-07-08 |
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| DE10330680A Ceased DE10330680A1 (en) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Particle filter for cleaning internal combustion engine exhaust gases, especially of diesel engine, has inlet channels with greater capacity for non-combustible deposits than outlet channels |
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