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DE4041735C1 - Particle filter for exhaust gas from combustion engine - includes ceramic filter material sleeved support tubes arranged in parallel and having planar walls - Google Patents

Particle filter for exhaust gas from combustion engine - includes ceramic filter material sleeved support tubes arranged in parallel and having planar walls

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Publication number
DE4041735C1
DE4041735C1 DE4041735A DE4041735A DE4041735C1 DE 4041735 C1 DE4041735 C1 DE 4041735C1 DE 4041735 A DE4041735 A DE 4041735A DE 4041735 A DE4041735 A DE 4041735A DE 4041735 C1 DE4041735 C1 DE 4041735C1
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DE
Germany
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support tubes
exhaust gas
filter material
combustion engine
parallel
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE4041735A
Other languages
German (de)
Inventor
Heinrich Dr.-Ing. 7440 Nuertingen De Planck
Rainer Dr.-Ing. 7000 Stuttgart De Renz
Karl-Heinz Dipl.-Ing. 7054 Korb De Thiemann
Hans-Juergen Dipl.-Min. 7312 Kirchheim De Weinert
Friedhelm Dipl.-Chem. 7057 Winnenden De Nunnemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz AG
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Publication date
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Abstract

A particle filter for use in conjunction with exhaust gas from a combustion engine, includes numerous ceramic filter material sleeved support tubes, which are arranged in parallel. The support tubes have planar walls and the walls of adjacent tubes run in parallel to one another. The support tubes pref. have a triangular or honeycomb cross-section. ADVANTAGE - The filter is compact and is designed so that it is uniformly charged during filtering.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Partikelfilter gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a particle filter according to the Features specified in the preamble of claim 1.

Ein derartiger Partikelfilter ist aus DE 30 07 642 C2 bekannt. Bei diesem bekannten Partikelfilter haben die Stützrohre und das sie umgebende Filtermaterial im Querschnitt Kreisform, so daß über den Umfang eines Stützrohres unterschiedliche Abstände zu den benachbarten Stützrohren bestehen, die zu über den Querschnitt unterschiedlichen Strömungsverhältnissen im außer­ halb der Stützrohre gelegenen Gehäuseinnenraum führen. Dadurch werden die Stützrohre und das Filtermaterial über den Umfang von unterschiedlichen Abgasmengen durchströmt und das Filter­ material in unterschiedlichen Graden mit Partikeln aufgeladen, so daß die Ladekapazität des Filtermaterials nicht optimal ge­ nutzt werden kann und unnötige Strömungswiderstände entstehen.Such a particle filter is known from DE 30 07 642 C2. In this known particle filter, the support tubes and the filter material surrounding them in cross section circular shape, so that different distances over the circumference of a support tube to the neighboring support pipes, which are to over the Cross section of different flow conditions in the outside lead half of the interior of the casing. Thereby the support pipes and the filter material over the circumference flows through different amounts of exhaust gas and the filter material charged to different degrees with particles, so that the loading capacity of the filter material is not optimally ge can be used and unnecessary flow resistances arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Partikelfilter der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß bei einer kompakten Bauweise des Partikelfilters eine möglichst gleich­ mäßige Beladung des Filtermaterials mit Partikeln erfolgt.The invention has for its object a particle filter of the type mentioned in such a way that at a compact design of the particle filter is as similar as possible moderate loading of the filter material with particles.

Die Aufgabe ist bei einem Partikelfilter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. The task is with a particle filter according to the generic term of claim 1 according to the invention by the characterizing Features of claim 1 solved.  

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Partikelfilter bilden die einander zugewandten Wandflächen benachbarter Stützrohre Strö­ mungsräume mit über die Breite der Wandflächen gleichbleibender Breite. Die sich daraus ergebenden gleichmäßigen Strömungs- und Druckverhältnisse des Abgases haben auch eine gleichmäßige ra­ diale Durchströmung der Wandflächen über deren Breite zur Fol­ ge. Daraus ergibt sich eine gleichmäßige Aufladung des Filter­ materials mit Partikeln und damit eine höhere Ladekapazität und bessere Abscheiderate. Auch der Abbrand der Partikel wird bei der Regenerierung des Partikelfilters vergleichmäßigt und damit verbessert. Durch den Aufbau der Stützrohre und damit des Fil­ termaterials aus ebenen Wandflächen vergrößert sich gegenüber runden Stützrohren die gesamte Wandfläche bei vorgegebener Ge­ samtgröße des Partikelfilters, ohne daß die Aufteilung der Strömungsquerschnitte innerhalb und außerhalb der Stützrohre sich verändert.In the particle filter designed according to the invention, the mutually facing wall surfaces of adjacent support tubes Strö rooms with more uniform width across the wall Width. The resulting uniform flow and Exhaust gas pressure ratios also have a uniform ra flow through the wall surfaces across their width to fol ge. This results in an even charging of the filter materials with particles and thus a higher loading capacity and better deposition rate. The burning off of the particles is also reduced the regeneration of the particle filter and thus equalized improved. By building the support tubes and thus the fil Termaterials from flat wall surfaces increases in size round support tubes round the entire wall surface for a given Ge total size of the particle filter without the division of the Flow cross sections inside and outside the support tubes to change.

Aus der EP 00 89 751 B1 ist bereits ein Partikelfilter in Mo­ nolithbauweise bekannt, der aus dünnen Wänden besteht, die Ein- und Auslaßkanäle insbesondere in Drei-, Vier- und Sechseckform begrenzen. Die Wände übernehmen gleichzeitig eine Stütz- und Partikelabscheidefunktion, so daß keine freie Wahl bei der Art und Form des Filtermaterials besteht. Auch liegen auf den bei­ den Seiten einer Wand oft zwei Auslaß- oder zwei Einlaßkanäle - bei der Sechseckform ist dies sogar unvermeidlich - , so daß eine ungleichförmige Strömung sowohl innerhalb der Kanäle wie auch durch die Wände entsteht.From EP 00 89 751 B1 a particle filter in Mo is already Known nolith construction, which consists of thin walls, the and outlet channels in particular in triangular, quadrangular and hexagonal shapes limit. The walls take on a support and Particle separation function, so that no free choice in Art and shape of the filter material. Also included on the the sides of a wall often have two outlet or two inlet channels - with the hexagon shape this is inevitable - so that an irregular flow both within the channels as well also arises through the walls.

Aus der DE 35 38 105 A1 und der DE 36 37 331 A1 sind weiterhin Partikelfilter bekannt, bei denen das Stützgerüst linienförmige Auflagen für das darauf aufgewickelte Filtermaterial bildet, das dadurch im Querschnitt eine Vieleckform aufweist. Stütz­ rohre sollen ausdrücklich bzw. können nicht verwendet werden. Da in jedem Partikelfilter jeweils nur ein Stützgerüst angeordnet ist, sind die Strömungsverhältnisse zwischen Stütz­ gerüsten und die dadurch beeinflußte Durchströmung des Filter­ materials nicht angesprochen.From DE 35 38 105 A1 and DE 36 37 331 A1 are also Particulate filters are known in which the support structure is linear Forms supports for the filter material wound on it, which thus has a polygonal shape in cross section. Support Pipes are expressly intended or cannot be used. Since there is only one support frame in each particle filter  is arranged, the flow conditions between support and the flow through the filter affected by this materials not addressed.

Im Patentanspruch 2 sind hinsichtlich Durchströmung und Platz­ nutzung besonders günstige Formen für die Stützrohre und das sie umgebende Filtermaterial angegeben.In claim 2 are in terms of flow and space use particularly favorable forms for the support tubes and that specified filter material surrounding them.

Die Ausbildung des Partikelfilters nach dem Patentanspruch 3 ermöglicht eine platzgünstige Einpassung der Stützrohre in das Gehäuse, wobei diese bei der Ausbildung nach dem Patentanspruch 4 besonders günstig herzustellen ist und außerdem in den Räumen zwischen den äußeren Stützrohren und dem Gehäuse gleich gün­ stige Strömungsverhältnisse wie in den Zwischenräumen zwischen den Stützrohren erreichbar sind.The formation of the particle filter according to claim 3 enables a space-saving fitting of the support tubes into the Housing, these in the training according to the claim 4 is particularly cheap to manufacture and also in the rooms between the outer support tubes and the housing is the same current flow conditions as in the spaces between the support tubes are accessible.

Durch die Ausbildung des Partikelfilters nach dem Patentan­ spruch 5 ist die Übertragung der Form der Stützrohre auf die äußere Form des Filtermaterials besser gewährleistet als bei­ spielsweise bei einem Bewickeln der Stützrohre mit einem als Einzelgarn hergestellten Filtermaterial.By designing the particle filter according to the patent saying 5 is the transfer of the shape of the support tubes to the outer shape of the filter material better guaranteed than at for example when wrapping the support tubes with an as Filter material made from single yarn.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt:The invention is based on two in the drawing illustrated embodiments explained in more detail. It shows:

Fig. 1 einen Partikelfilter im Längsschnitt mit in ihm angeordneten von Filtermaterial umhüllten Stütz­ rohren, Fig. 1 shows a particle filter in longitudinal section with therein arranged tubes of filter material coated support,

Fig. 2 den Partikelfilter der Fig. 1 im Querschnitt mit Stützrohren in Dreieckform und Fig. 2 shows the particle filter of Fig. 1 in cross section with support tubes in a triangular shape and

Fig. 3 den Partikelfilter der Fig. 1 im Querschnitt mit Stützrohren in Wabenform. Fig. 3 shows the particle filter of Fig. 1 in cross section with support tubes in honeycomb form.

Ein Partikelfilter 1 weist ein Gehäuse 2 auf mit einem Einlaß 3 und einem Auslaß 4 für das Abgas einer nicht dargestellten, insbesondere luftverdichtenden, Brennkraftmaschine. Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine Vielzahl von parallel zueinander ange­ ordneten Stützrohren 5 in Öffnungen 6 einer nahe dem Auslaß 4 im Gehäuse 2 befestigten Stirnwand 7 eingesetzt, die die Zwi­ schenräume 8 zwischen den Stützrohren 5 gegenüber dem Auslaß 4 verschließt. Die an ihren dem Einlaß 3 nahen Enden 9 ver­ schlossenen Stützrohre 5 sind von Filtermaterial 10 umgeben, das vorzugsweise aus mindestens einem gewirkten, geflochtenen oder gestrickten Schlauch oder Strumpf aus keramischen Fasern und Fäden besteht. Das über den Einlaß 3 in den Rußfilter 1 einströmende Abgas gelangt in die Zwischenräume 8 und von dort im wesentlichen radial durch das Fasermaterial 10 und die Stützrohre 8 in deren Innenräume 11, von dem aus es über die Öffnungen 6 in den Auslaß 4 strömt. Selbstverständlich kann auch eine radiale Strömung durch die Stützrohre 5 und das Fil­ termaterial 10 von den Innenräumen 11 in die Zwischenräume 8 erreicht werden, indem die Stützrohre 5 an ihren einlaßnahen Enden offen und an ihren auslaßnahen Enden geschlossen sind sowie indem in der Stirnwand 7 im Anschluß an die Zwischenräume 8 Öffnungen vorhanden sind.A particle filter 1 has a housing 2 with an inlet 3 and an outlet 4 for the exhaust gas of an internal combustion engine, not shown, in particular air-compressing. Within the housing 2 , a plurality of mutually parallel support tubes 5 is inserted into openings 6 a near the outlet 4 in the housing 2 attached end wall 7 , which closes the inter mediate spaces 8 between the support tubes 5 with respect to the outlet 4 . The at its inlet 3 close ends 9 closed support tubes 5 are surrounded by filter material 10 , which preferably consists of at least one knitted, braided or knitted tube or stocking made of ceramic fibers and threads. The exhaust gas flowing into the soot filter 1 via the inlet 3 passes into the intermediate spaces 8 and from there essentially radially through the fiber material 10 and the support tubes 8 into their interior spaces 11 , from which it flows through the openings 6 into the outlet 4 . Of course, a radial flow through the support pipes 5 and the Fil can be achieved termaterial 10 of the interiors 11 in the intermediate spaces 8, by the support pipes 5 are closed at their inlet proximate ends open and at their auslaßnahen ends and by the end wall 7 in the connection there are 8 openings in the spaces.

Die Stützrohre 5 bestehen aus ebenen Wänden 12, die den Stütz­ rohren 5, im Querschnitt gesehen, eine mehreckige Form geben, insbesondere eine Wabenform mit gleich- oder ungleichbreiten Wänden 12 (Fig. 3), eine Dreieckform (Fig. 2) oder auch eine Viereckform. Die einander zugewandten Wände 12 zweier benach­ barter Stützrohre 5 sind, in den gezeigten Querschnitten, par­ allel zueinander ausgerichtet, so daß sie auch über ihre Breite gleichbleibenden Abstand zueinander haben. Dieser Abstand ist zwischen den entsprechenden Wänden 12 aller benachbarter Stützrohre 5 in etwa gleich. Dadurch ergeben sich in allen Zwischenräumen 8, sowohl bei einem einzelnen Zwischenraum 8 über dessen Breite gesehen wie auch im Vergleich aller Zwi­ schenräume 8 untereinander, gleiche oder ähnliche Strömungs­ verhältnisse, insbesondere hinsichtlich Strömungsgeschwindig­ keit und -druck, wodurch sich auch die Radialströmungen durch die Wände 12 der Stützrohre 5, sowohl auf deren Breite bezogen wie auch im Vergleich verschiedener Wände 12, und damit die Partikelbeladung des Filtermaterials 10 vergleichmäßigen.The support tubes 5 consist of flat walls 12 , the support tubes 5 , seen in cross section, give a polygonal shape, in particular a honeycomb shape with walls of the same or different widths 12 ( FIG. 3), a triangular shape ( FIG. 2) or also a Square shape. The mutually facing walls 12 of two adjacent support tubes 5 are, in the cross sections shown, par allel to each other, so that they also have a constant distance over their width. This distance is approximately the same between the corresponding walls 12 of all adjacent support tubes 5 . This results in all gaps 8 , both seen at a single gap 8 across its width as well as in the comparison of all inter mediate spaces 8 with each other, the same or similar flow conditions, in particular with regard to flow speed and pressure, which also results in the radial flows through the walls 12 of the support tubes 5 , both based on their width and in comparison of different walls 12 , and thus equalize the particle loading of the filter material 10 .

Die Vieleckform der Stützrohre 5 hat gegenüber der bekannten Kreisform der Stützrohre bei gleicher Gesamtquerschnittsfläche des Partikelfilters 1 den weiteren Vorteil einer größeren Oberfläche der Wände 12, so daß die durchschnittliche Parti­ kelbeladung pro Flächeneinheit verringert oder die Beladungs­ zeit zwischen zwei Regenerationen verlängert wird.The polygonal shape of the support tubes 5 has, compared to the known circular shape of the support tubes with the same total cross-sectional area of the particle filter 1, the further advantage of a larger surface area of the walls 12 , so that the average particle load per unit area is reduced or the loading time is extended between two regenerations.

Das Gehäuse 2 ist in seiner Form der Einzel- und der Gesamtform der Stützrohre 5 angepaßt. Damit ergeben sich in den Zwischen­ räumen 8 zwischen dem Gehäuse 2 und den Stützrohren 5 ähnlich gleichmäßige Strömungsverhältnisse wie in den Zwischenräumen 8 zwischen den Stützrohren 5. Auch läßt sich ein derartiges Ge­ häuse 2 leichter als ein rohrförmiges Gehäuse bestehenden Platzverhältnissen, beispielsweise im Bodenbereich eines Kraftfahrzeuges, anpassen.The shape of the housing 2 is adapted to the individual and overall shape of the support tubes 5 . This results in the spaces 8 between the housing 2 and the support tubes 5 similarly uniform flow conditions as in the spaces 8 between the support tubes 5th Such a Ge housing 2 can more easily than a tubular housing existing space, for example, adjust in the floor area of a motor vehicle.

Claims (5)

1. Von dem Abgas einer Brenn­ kraftmaschine, insbesondere einer luftverdichteten Brennkraftmaschine, durchströmter Partikelfilter mit mehreren in ei­ nem Gehäuse parallel zueinander ausgerichteten, von einem zur Aufnahme von Partikeln, insbesondere Ruß, geeigneten kera­ mischen Filtermaterial umhüllten Stützrohren, die zusammen mit dem Filtermaterial von dem Abgas im wesentlichen radial durch­ strömt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrohre (5) ebene Wandflächen (12) aufweisen und daß die einander zugewandten Wandflächen (12) benachbarter Stütz­ rohre (5), im Querschnitt gesehen, etwa parallel zueinander verlaufen.1. From the exhaust gas of an internal combustion engine, in particular an air-compressed internal combustion engine, flowed through particle filter with several aligned in a egg nem housing parallel to one another by a suitable for receiving particles, in particular soot, ceramic mixing filter material encased support tubes, which together with the filter material of the Exhaust gas flows essentially radially through, characterized in that the support tubes ( 5 ) have flat wall surfaces ( 12 ) and that the mutually facing wall surfaces ( 12 ) of adjacent support tubes ( 5 ), viewed in cross section, run approximately parallel to one another. 2. Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrohre (5) im Querschnitt Dreieck- oder Wabenform, insbesondere mit ungleichen Wandbreiten, aufweisen.2. Particulate filter according to claim 1, characterized in that the support tubes ( 5 ) have a triangular or honeycomb shape in cross section, in particular with uneven wall widths. 3. Partikelfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) gerade Wandflächen aufweist.3. Particulate filter according to claim 1 or 2, characterized in that the housing ( 2 ) has straight wall surfaces. 4. Partikelfilter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2), im Querschnitt gesehen, gleiche Form auf­ weist wie die Stützrohre (5) und seine Wandflächen etwa parallel zu den benachbarten Wandflächen (12) der äußeren Stützrohre (5) liegen.4. Particulate filter according to claim 3, characterized in that the housing ( 2 ), seen in cross section, has the same shape as the support tubes ( 5 ) and its wall surfaces are approximately parallel to the adjacent wall surfaces ( 12 ) of the outer support tubes ( 5 ) . 5. Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial (10) aus mindestens einem gestrickten, gewirkten oder geflochtenen Strumpf oder Schlauch aus kera­ mischem Fasermaterial besteht.5. Particle filter according to one of claims 1 to 4, characterized in that the filter material ( 10 ) consists of at least one knitted, knitted or braided stocking or hose made of ceramic fiber material.
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