DE4203128A1

DE4203128A1 - Filter fuer motorabgase

Info

Publication number: DE4203128A1
Application number: DE4203128A
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Miwa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1992-02-04
Publication date: 1992-08-13
Anticipated expiration: 2012-02-05
Also published as: DE4203128C2; JP2855860B2; JPH04255513A

Description

Die Erfindung betrifft einen Filter für Motorabgase gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Filter zum Einfangen feiner Partikel aus Kohlenstoff und anderen Sub stanzen in Motorabgasen ist z. B. aus der japanischen Patentschrift 56-1 24 417 bekannt.

Dieser Filter besteht aus einem Keramikblock mit einer Vielzahl von sehr en gen Durchgangskanälen, die in Strömungsrichtung des Abgases innerhalb des Keramikblockes ausgerichtet sind. In jedem Paar aneinanderstoßender Durchgangskanäle sind abwechselnd das stromaufwärts liegende Ende des ei nen Durchgangskanales und das stromabwärts liegende Ende des anderen Durchgangskanales verschlossen. Das Abgas tritt in den Durchgangskanal ein, dessen stromaufwärts liegendes Ende offen ist, dringt durch die die Durch gangskanäle trennende keramische Wand in den benachbarten Durchgangs kanal und verläßt diesen an seinem offenen stromabwärts liegenden Ende, und strömt weiter stromabwärts. Feine Partikel im Abgas können nicht durch die keramische Wand gelangen und sammeln sich im Filter an. Diese ange sammelten Partikel werden durch Verbrennung zerstört, wenn bei starker Belastung des Motors Abgase mit hohen Temperaturen entstehen.

Da das Einfangvermögen derartiger Filter sehr groß ist, können die eingefan genen Partikel nicht vollständig durch die Motorhitze allein verbrannt wer den und müssen deshalb häufig mit einem Brenner vernichtet werden. Darü ber hinaus wird wegen des hohen Wirkungsgrades des Filters unverbrennbare Asche (Oxide von Öladditiven, usw.) leicht eingefangen und neigt dazu, den Filter zu verstopfen.

Aus dem Japanischen Patent 62-45 309 ist ein Ablagerungsfilter bekannt.

Dieser Filter benutzt einen offenporigen Keramikschaum mit einer Vielzahl von kompliziert geformten, kleinen Strömungskanälen, die aus zusammen hängenden Blasen gebildet werden und die Filterelemente darstellen. Sobald nun Abgas durch diese Kanäle strömt, werden feine Partikel an den Wänden der Kanäle abgelagert. Außerdem hat der Keramikschaum eine zylindrische oder tassenartige Form, die den Abgaseinlaß des Keramikschaums erhöht.

Bei dieser Art Ablagerungsfilter werden feine Partikel leicht durch die Hitze des Motors verbrannt. Allerdings sammeln sich bei ungleichmäßiger Ablage rung der feinen Partikel viele Partikel am Abgaseinlaß, so daß die Verbren nung dieser Partikel zu örtlicher Überhitzung im Inneren des Filters führen kann.

Außerdem werden die feinen Partikel an den Stellen, an denen sie sich an sammeln, nicht an den Kanälen abgelagert, sondern an anderen Partikeln, so daß die Fähigkeit des Filters, Partikel zurückzuhalten, gesenkt wird. Wenn der Motor beschleunigt, wird darüber hinaus eine große Menge von Partikeln als schwarzer Rauch ausgestoßen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine durchweg gleichmäßige Ablagerung von feinen Partikeln in Ablagerungs-Abgasfiltern zu erzielen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Ausstoß von feinen Partikeln bei Ablage rungs-Abgasfiltern zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Filter für Motorabga se mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung sieht einen Abgasfilter zum Einfangen feiner Partikel in Motor abgasen vor, der aus einem Gehäuse mit Abgaseinlaß und -auslaß besteht und einem Filterelement mit mehreren Platten aus porösem Keramikschaum, die innerhalb des Gehäuses in Strömungsrichtung des Abgases gestapelt sind. Je de dieser Platten hat eine Oberfläche, auf die ein Katalysator aufgebracht wur de, und eine Vielzahl von Durchgangskanälen, die nicht mit den Durchgangs kanälen der angrenzenden Platten verbunden sind.

Statt Durchgangskanälen können die Platten aus Keramikschaum auch eine Vielzahl von Kanälen aufweisen, von denen jeder nur eine Öffnung hat.

Es können auch dünne Platten aus porösem Keramikschaum zum Begrenzen der Durchgangskanäle zwischen jede der vorgenannten Platten aus Keramik schaum geschoben werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsge mäßen Abgasfilter;

Fig. 2 ist ein Aufriß einer erfindungsgemäßen Platte aus Keramik schaum, die für ein Filterelement verwendet wird;

Fig. 3 ist ein Aufriß einer anderen Platte aus Keramikschaum, die an die Platte von Fig. 2 grenzt;

Fig. 4 ist ein vergrößerter Aufriß eines Teils einer erfindungsge mäßen Platte aus Keramikschaum;

Fig. 5 zeigt einen vergrößerten vertikalen Schnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen Filterelements;

Fig. 6 ist ähnlich wie Fig. 5, zeigt aber auch, wie die feinen Par tikel verstreut werden;

Fig. 7 ist ein vergrößerter vertikaler Schnitt durch einen Teil des erfindungsgemäßen Filterelements und zeigt, wie feine Partikel angesammelt werden;

Fig. 8 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen anderen erfin dungsgemäßen Abgasfilter;

Fig. 9 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen weiteren erfin dungsgemäßen Abgasfilter.

Ein Abgasfilter besteht nach Fig. 1 aus einem Filterelement 2 in einem Ge häuse 1 mit einem Abgaseinlaß 1b und einem Abgasauslaß 1c.

Das Gehäuse 1 kann z. B. in ein Auspuffsystem eines Dieselmotors eingesetzt werden und umfaßt ein zylindrisches Mittelstück 1a, einen im wesentlichen konischen Einlaß 1b und einen Auslaß 1c. Das Gehäuse 1 setzt sich aus einem unteren und oberen Teil zusammen und wird nach Einfügen des Filterele ments 2 und eines dämpfenden Materials 3 zu einem einzigen Teil durch Schweißen o. ä. verkapselt.

Das Filterelement 2 wird von Platten 4A, 4B, 4C, 4D aus offenporigem Keramik schaum gebildet, die in Strömungsrichtung des Abgases geschichtet sind. Dieser Keramikschaum hat eine sehr große Anzahl kleiner Strömungskanäle, die in gewissem Grade feine Partikel passieren lassen.

In jeder der Platten 4A-4D sind in Strömungsrichtung des Abgases eine An zahl von Durchgangskanälen 5 ausgebildet. Außerdem ist auf die Oberfläche der Platten 4A-4D ein Katalysatorpulver durch Sintern o. ä. aufgebracht.

Fig. 2 stellt die am weitesten stromaufwärts liegende Platte aus Keramik schaum dar. Die Durchgangskanäle 5 sind so angeordnet, daß sie sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung einen festen Abstand P zueinan der einhalten, wie in der Figur gezeigt wird. Der feste Abstand P muß die Be dingung P < 2d erfüllen, wobei d der Durchmesser eines Durchgangskanales 5 ist, wird aber bevorzugt so gewählt, daß P 3d gilt.

Fig. 3 zeigt die Platte 4B aus Keramikschaum, die an der Platte 4A anliegt. Die Durchgangskanäle 5 sind in der Platte 4B ebenso im selben festen verti kalen und horizontalen Abstand P angeordnet, allerdings in beiden Richtun gen um jeweils P/2 gegen die Durchgangskanäle 5 der Platte 4A versetzt (s. Fig. 4).

Alle Ausgänge der Durchgangskanäle 5 in Platte 4A werden deshalb durch die Platte 4B verschlossen, und alle Eingänge der Durchgangskanäle 5 in Platte 4B werden durch die Platte 4A verschlossen.

Die benachbarte Platte 4C aus Keramikschaum und die daran anschließende Platte 4D sind ebenso mit in festen vertikalen und horizontalen Abständen P angeordneten Durchgangskanälen 5 derart versehen, daß sie gegeneinander versetzt sind.

Die Durchgangskanäle 5 sind deshalb im gesamten Filterelement 2 so gestal tet, daß sie untereinander nicht verbunden sind.

In Fig. 5 wird veranschaulicht, wie bei diesem Abgasfilter das durch den Einlaß 1b in das Gehäuse 1 eingetretene Abgas auf dem Weg zum Auslaß 1c das Filterelement 2 passiert, indem es durch die Durchgangskanäle 5 und das Innere der Platten 4A-4D aus Keramikschaum strömt.

Bei diesem Vorgang werden zahlreiche feine Partikel im Abgas an den Stirn seiten der Platte 4A aus Keramikschaum und an den Innenwänden der Durchgangskanäle 5 in der Platte 4A gefangen.

Als erstes strömt Abgas durch den dünnen Teil des Keramikschaums zu den Durchgangskanälen 5 in der keramischen Platte 4B. Dabei sammeln sich die feinen Partikel zuerst hauptsächlich im stromabwärts befindlichen Teil der Durchgangskanäle 5, aber sobald diese Partikel bis zu einem gewissen Maß angewachsen sind oder sobald der Druck der Abgase ansteigt, dringt Abgas an erheblich weiter stromaufwärts liegenden Stellen der Durchgangskanäle 5 in den umgebenden Keramikschaum ein (s. Fig. 6), so daß sich Partikel in den Durchgangskanälen 5 auch weiter stromaufwärts ansammeln. Darüber hinaus strömen nicht eingefangene Partikel gemeinsam mit Abgas durch das Innere des Keramikschaums zu den weiter stromabwärts liegenden Durchgangska nälen 5.

Das Abgas strömt also durch die Platten 4A-4D aus Keramikschaum, indem es sich schrittweise von einem Durchgangskanal 5 im Filterelement 2 zum nächsten bewegt, und auch die feinen Partikel werden schrittweise von den Durchgangskanälen 5 in der ersten Platte 4A zu den Durchgangskanälen 5 in den folgenden Platten bewegt.

Die Partikel werden deshalb langsam durch eine große Anzahl von Durch gangskanälen 5 geblasen und so verhältnismäßig gleichmäßig im gesamten Filterelement 2 verteilt. Folglich gibt es mehr Möglichkeiten für das Abgas, mit dem Katalysator in Kontakt zu kommen, so daß es von diesem wirksam gereinigt werden kann. Zudem werden Partikel, während sie schrittweise durch die Durchgangskanäle 5 wandern, eingefangen und nicht in großen Mengen ausgestoßen, selbst wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abga ses durch Beschleunigung des Motors schnell ansteigt.

Außerdem bestimmt die Größe der Filteroberfläche bei einem Ablagerungsfil ter die Sammelleistung. Wenn das Filterelement 2 eine große Anzahl von Durchgangskanälen 5 hat, dann hat es eine große Oberfläche, so daß ein ho her Sammelwirkungsgrad erreicht wird.

Da zudem Partikel durch Anlagerung gesammelt werden, gibt es keine über mäßige Ansammlung wie bei den üblichen Filtern, und der Filter wird nicht durch Asche verstopft.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung wird in Fig. 8 gezeigt. Hierbei sind in den Platten 4A-4D aus Keramikschaum Kanäle 15 mit nur einem offenen Ende an Stelle der Durchgangskanäle 5 vorhanden. In diesem Fall können die Kanäle 15 koaxial in den Platten 4A-4D angeordnet sein.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dargestellt, bei der dünne Platten 7 aus porösem Keramikschaum zwischen Platten 4A-4F aus Ke ramikschaum geschoben sind. In diesem Fall sind viele Durchgangskanäle 5 in geringem Abstand voneinander getrennt angeordnet wie in der Ausführung von Fig. 8. In dieser Figur sind zwar die Durchgangskanäle 5 verschiedener Stufen versetzt angeordnet, können aber auch ausgerichtet sein, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.

Claims

1. Filter für Motorabgase zum Einfangen feiner Partikel in Motorabgasen, mit einem Gehäuse, das einen Abgaseinlaß und -auslaß aufweist, und mit ei nem Filterelement aus porösem Keramikschaum, dessen Oberfläche mit ei nem Katalysator versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (2) aus mehreren Platten (4A, 4B, 4C, 4D) aus porösem Keramikschaum zusam mengesetzt ist, die in Strömungsrichtung des Abgases gestapelt sind und ei ne Vielzahl von Durchgangskanälen (5) aufweisen, die so angeordnet sind, daß sie nicht mit den Durchgangskanälen der angrenzenden Platten verbun den sind.

2. Filter für Motorabgase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (4A, 4B, 4C, 4D) aus porösem Keramikschaum eine Vielzahl von Ka nälen (15) aufweisen, die nur an einem Ende offen sind.

3. Filter für Motorabgase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen allen mit Durchgangskanälen (5) versehenen Platten (4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 4F) aus porösem Keramikschaum dünne Platten (7) aus porösem Keramik schaum sitzen.