DE102005032954A1 - Partikelfilter für Abgase - Google Patents
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Abstract
Ein Partikelfilter für Abgase umfaßt ein einstückiges Substrat (10), das einen ersten Abschnitt (18) und einen zweiten Abschnitt (20) aufweist, wobei die Porosität des ersten Abschnittes (18) niedriger ist als die Porosität des zweiten Abschnittes (20).
Description
- Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter für Abgase.
- Derartige Partikelfilter sind bekannt und werden zum Beispiel bei Kraftfahrzeugen mit Dieselmotor oder mager betriebenem Benzinmotor (z. B. Benzin-Direkteinspritzer) zur Reduktion der partikelförmigen Emissionen des Abgases eingesetzt. Partikelfilter weisen für gewöhnlich einen Einsatzkörper auf, bestehend aus einem extrudierten keramischen Substrat mit einer Vielzahl parallel ausgebildeter Strömungskanäle. Die Strömungskanäle sind abwechselnd als Eintrittskanäle und Austrittskanäle für einen Abgasstrom ausgebildet, indem ihr hinteres bzw. vorderes Ende verschlossen ist. Der Abgasstrom tritt über die Eintrittskanäle in den Einsatzkörper ein, kann diesen jedoch nur wieder verlassen, indem er das poröse Wandmaterial, das die Kanäle voneinander trennt, durchströmt. Dabei lagern sich Rußpartikel an den Zwischenwänden zwischen Eintrittskanälen und Austrittskanälen ab.
- Mit der Zeit werden durch den abgelagerten Ruß die Poren des Wandmaterials verstopft, weshalb der Partikelfilter von Zeit zu Zeit regeneriert wird, indem die auf der Filteroberfläche angesammelten Partikel abgebrannt werden. Hierzu ist es bekannt, dem Partikelfilter einen Oxidationskatalysator vorzuschalten, der durch Oxidation einer im Abgasstrom befindlichen oxidierbaren Substanz, beispielsweise Kraftstoff, die zum Abbrennen der Rußpartikel benötigte Wärme erzeugt.
- Der Oxidationskatalysator kann hierbei als eigenständiger Katalysator ausgebildet sein (d. h. mit einem eigenen Gehäuse und baulich getrennt vom Partikelfilter), vorzugsweise werden jedoch Oxidationskatalysator und Partikelfilter in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, um Platz zu sparen.
- Die Erfindung schafft einen Partikelfilter mit integriertem Oxidationskatalysator, der ein einstückiges Substrat aufweist und sich gegenüber dem Stand der Technik durch eine verbesserte Oxidation von Kohlenwasserstoffen sowie eine einfache Herstellbarkeit auszeichnet.
- Dies wird erfindungsgemäß bei einem Partikelfilter der eingangs genannten An durch ein einstückiges Substrat erreicht, das einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, wobei die Porosität des ersten Abschnittes niedriger ist als die Porosität des zweiten Abschnittes. Der erste Abschnitt dient dabei als Oxidationskatalysator. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei einem herkömmlichen porösen Partikelfiltersubstrat, das zur Ausbildung eines integrierten Oxidationskatalysators in seinem Eintrittsbereich lediglich mit einer Oxidationsbeschichtung versehen wird, Abgase auch in diesem Oxidationskatalysatorbereich die Kanalwände durchströmen, was zu einer Ablagerung von Rußpartikeln im Oxidationskatalysatorbereich führt. Auf diese Weise wird die für die Oxidation benötigte aktive Oberfläche physisch blockiert, was in einem Sauerstoffmangel resultiert. Dadurch wird die Kohlenwasserstoffoxidation im Oxidationskatalysatorabschnitt stark eingeschränkt.
- Gemäß der Erfindung weist nun dieser Oxidationskatalysatorabschnitt eine geringere Porosität auf, wodurch der Abgasstrom durch die Kanalwände in diesem Abschnitt zumindest reduziert und folglich weniger Ruß abgelagert wird. So wird sowohl eine ausreichende wie auch eine homogene Erwärmung des Partikelfilters erreicht, das heißt also, hohe Temperaturgradienten im Substrat werden vermieden und dadurch seine thermomechanische Stabilität verbessert.
- Vorteilhaft sind die Poren des Substrates im ersten Abschnitt durch ein aufgebrachtes Material verkleinert. Als Ausgangsmaterial kann daher ein herkömmlicher Partikelfilter-Monolith dienen, dessen Porengröße im ersten, stromaufwärtigen Abschnitt verringert wird. Auf diese Weise wird eine besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit erreicht.
- Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Poren des Substrats im ersten Abschnitt durch ein aufgebrachtes Material vollständig verschlossen. Dadurch ist eine minimale Partikelablagerung in diesem ersten Abschnitt gewährleistet, da (nahezu) kein Abgas in diesem Bereich die Wandabschnitte durchströmt.
- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß durch Einbringen von zusätzlichem Material zum Verschließen bzw. Verringern der Poren die thermische Masse im Eingangsbereich des Partikelfilters gezielt beeinflußt werden kann, um so das thermische Verhalten des Partikelfilters der Wärmefreigabe bei der Oxidationsreaktion optimal anzupassen.
- Das Material kann eine Beschichtung sein. Alternativ kann es sich bei dem Material um einen Lack handeln.
- Vorzugsweise kommen als Materialien keramische und/oder metallische Substanzen bzw. Mischungen in Betracht.
- Insbesondere kann ein Material gleicher Zusammensetzung wie der zur katalytischen Beschichtung des Oxidationskatalysators verwendete Washcoat eingesetzt werden.
- Ebenso kommt zum Verschließen bzw. Verkleinern der Poren Wasserglas oder ein Wasserglas enthaltendes Material in Betracht.
- Bei dem Material kann es sich auch um einen Zement-Kleber oder einen keramischen Klebstoff handeln. Besonders geeignet sind hier die von der Firma Sauereisen produzierten Keramik-Klebstoffe, die sich durch hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit auszeichnen.
- Zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen weist der erste Abschnitt gemäß der bevorzugten Ausführungsform eine katalytisch wirksame Beschichtung auf. Diese Beschichtung wird über dem Material, das die Poren des Substrats verkleinert bzw. verschließt, aufgebracht.
- Insbesondere wirkt der zweite Abschnitt als Dieselpartikelfilter. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, den Partikelfilter in der Abgasanlage einer beliebigen Verbrennungskraftmaschine einzusetzen, deren Abgas O2 enthält.
- Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung eines Einsatzkörpers eines erfindungsgemäßen Partikelfilters; und -
2 ein vergrößertes Detail aus1 . - Der in
1 gezeigte Einsatzkörper umfaßt ein extrudiertes keramisches Substrat10 mit einer Vielzahl parallel verlaufender Strömungskanäle, die abwechselnd als Eintrittskanäle12 und Austrittskanäle14 für den Abgasstrom (siehe Pfeile) ausgebildet sind. Der Abgasstrom tritt über die Eintrittskanäle12 auf der in der Figur linken Seite in das Substrat10 ein, durchströmt die porösen Zwischenwände16 , die die Kanäle12 ,14 voneinander trennen, und verläßt schließlich das Substrat10 durch die Austrittskanäle14 . Dabei lagern sich Rußpartikel an den Zwischenwänden16 auf der Seite der Eintrittskanäle12 ab. - In Strömungsrichtung des Abgases gesehen weist das Substrat
10 einen ersten Abschnitt18 sowie einen zweiten Abschnitt20 auf. Der zweite Abschnitt20 ist als reiner Partikelfilter ausgebildet, dessen Zwischenwände16 zahlreiche Poren22 aufweisen (siehe2 ), durch die das Abgas strömen kann. Im Unterschied dazu dient der erste Abschnitt18 als Oxidationskatalysatorabschnitt, der mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung24 , beispielsweise in Form von Platin, versehen ist. Um zu verhindern, daß die Zwischenwände16 im ersten Abschnitt18 ebenfalls von Abgas durchströmt werden, sind die Poren22 in diesem ersten Abschnitt18 durch ein aufgebrachtes Material26 vollständig verschlossen. - Bei dem Material
26 handelt es sich um einen Keramik-Klebstoff, wie er von der Firma Sauereisen produziert wird. Alternativ ließe sich durch eine Beschichtung, einen Lack, einen herkömmlichen Zement-Kleber, Wasserglas oder ähnliches der gewünschte Verschluß der Poren22 erreichen. Ebenso ist es möglich, daß beide Abschnitte18 ,20 eine chemisch gleiche Beschichtung aufweisen, die jedoch in unterschiedlicher Menge aufgebracht wird, um die Porosität zu beeinflussen. - In jedem Falle wird jedoch zunächst auf ein unbehandeltes, herkömmliches Substrat
10 im ersten Abschnitt18 das Material26 zum Verschließen (oder zumindest Verringern) der Poren22 aufgebracht, bevor anschließend der erste Abschnitt18 mit seiner katalytisch wirksamen Beschichtung24 versehen wird. -
- 10
- Substrat
- 12
- Eintrittskanäle
- 14
- Austrittskanäle
- 16
- Zwischenwände
- 18
- erster Abschnitt
- 20
- zweiter Abschnitt
- 22
- Poren
- 24
- katalytisch wirksame Beschichtung
- 26
- Material zum Verschließen bzw. Verringern der Poren
Claims (13)
- Partikelfilter für Abgase, mit einem einstückigen Substrat (
10 ), das einen ersten Abschnitt (18 ) und einen zweiten Abschnitt (20 ) aufweist, wobei die Porosität des ersten Abschnittes (18 ) niedriger ist als die Porosität des zweiten Abschnittes (20 ). - Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren (
22 ) des Substrates (10 ) im ersten Abschnitt (18 ) durch ein aufgebrachtes Material (26 ) verkleinert sind. - Partikelfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren (
22 ) des Substrates (10 ) im ersten Abschnitt (18 ) durch ein aufgebrachtes Material (26 ) vollständig verschlossen sind. - Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (
26 ) eine Beschichtung ist. - Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material eine keramische und/oder metallische Substanz umfaßt.
- Partikelfilter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Washcoat ist.
- Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (
26 ) Wasserglas umfaßt. - Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (
26 ) ein Zement-Kleber ist. - Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (
26 ) ein keramischer Klebstoff ist. - Partikelfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (
26 ) ein Lack ist. - Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Abschnitt (
18 ) eine katalytisch wirksame Beschichtung (24 ) vorgesehen ist. - Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (
20 ) als Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine wirkt. - Partikelfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abschnitt (
20 ) als Dieselpartikelfilter wirkt.
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DE102005032954.3A DE102005032954B4 (de) | 2005-07-14 | 2005-07-14 | Partikelfilter für Abgase |
Publications (2)
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DE102005032954A1 true DE102005032954A1 (de) | 2007-01-18 |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102005032954B4 (de) |
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
US9567887B2 (en) | 2012-03-10 | 2017-02-14 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Exhaust gas aftertreatment component with an HC adsorber function and exhaust gas system including such an exhaust gas aftertreatment component |
WO2021218632A1 (zh) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | 中国第一汽车股份有限公司 | 排气颗粒捕集器及车辆 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3501182A1 (de) * | 1985-01-16 | 1986-07-17 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Abgasfilter fuer dieselmotoren |
JP4285096B2 (ja) * | 2003-06-16 | 2009-06-24 | 株式会社デンソー | 内燃機関の排ガス浄化装置 |
-
2005
- 2005-07-14 DE DE102005032954.3A patent/DE102005032954B4/de not_active Expired - Fee Related
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WO2021218632A1 (zh) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | 中国第一汽车股份有限公司 | 排气颗粒捕集器及车辆 |
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DE102005032954B4 (de) | 2017-10-05 |
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