DE102005063183A1 - Diesel particle filter e.g. soot separating filter, for motor vehicle, has porous and/or gas permeable channel walls with layers whose catalytic properties are different from each other - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der Technikwas standing of the technique
Bei der Verbrennung zum Beispiel von fossilen Brennstoffen können Schadstoffe insbesondere durch unvollständige Verbrennung freigesetzt werden. Behandlungsvorrichtungen für Verbrennungsprodukte können hier Abhilfe schaffen. Beispielsweise werden für die Abgasnachbehandlung Abgasfilter bzw. Abgaskatalysatorvorrichtungen eingesetzt, mit welchen ca. 90 % der Schadstoffe umgewandelt werden können. Für die Behandlung von Verbrennungsprodukten bzw. Abgasen aus der Verbrennung von Dieselbrennstoffen werden beispielsweise Dieselpartikelfilter eingesetzt, welche einen Grundkörper aus einem Keramikmaterial wie beispielsweise Cordierit oder Siliciumcarbid aufweisen. Die Abgase überströmen im Dieselpartikelfilter Oberflächen die mit einem sogenannten Washcoat imprägniert sind, welcher als Träger der katalytisch aktiven Komponenten der Abgasbehandlungsvorrichtung dient.at The burning of fossil fuels, for example, can pollutants especially by incomplete Combustion are released. Treatment devices for combustion products can Remedy here. For example, exhaust gas aftertreatment exhaust filter or Used in catalytic converters, with which about 90% of Pollutants can be converted. For the Treatment of combustion products or exhaust gases from combustion Diesel fuels, for example, become diesel particulate filters used, which is a basic body of a ceramic material such as cordierite or silicon carbide exhibit. The exhaust gases overflow in the diesel particulate filter surfaces which are impregnated with a so-called washcoat, which as the carrier of catalytically active components of the exhaust treatment device serves.
Aufgabe der ErfindungTask of invention
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Behandlungsvorrichtung bereitzustellen, mit welcher eine vergleichsweise effektivere Behandlung von Verbrennungsprodukten möglich ist.task the invention is to provide a treatment device, with which a comparatively more effective treatment of combustion products possible is.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.These The object is solved by claim 1.
Offenbarung der Erfindungepiphany the invention
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung für die Behandlung von bei einer Verbrennung anfallenden Verbrennungsprodukten, z.B. Abgase von Dieselmotoren, welche die Vorrichtung durchströmen, mit einem Partikelfilter für eine Partikelrückhaltung sowie katalytisch aktiven Abschnitten, wobei in Durchströmrichtung die Verbrennungsprodukte eine Anströmseite und anschließend eine Anströmseite passieren. Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die katalytisch aktiven Abschnitte eine erste Schicht auf der Anströmseite und eine zweite Schicht auf der Abströmseite umfassen, wobei sich die katalytischen Wirkungen der Schichten voneinander unterscheiden. Damit kann gezielt die Behandlung der Verbrennungsprodukte bzw. Abgase verbessert werden bzw. der Anteil der katalytisch behandelten in den Verbrennungsprodukten vorhandenen Schadstoffe erhöht werden. Insbesondere können unvollständig oxidierte gasförmige, feste bzw. partikulär bzw. flüssige Abgasbestandteile wie Kohlenwasserstoffe (HC) oder Kohlenmonoxid (CO) vollständig bzw. nahezu vollständig zu Wasser bzw. Kohlendioxid oxidiert werden. Durch die beiden Schichten können jeweils unterschiedliche katalytische Reaktionen auf unterschiedlichen Seiten der Behandlungsvorrichtung, beispielsweise eines Dieselpartikelfilters für Dieselmotoren, unterstützt werden. Die Anströmseite und die Abströmseite der Behandlungsvorrichtung bzw. eines Abgaspartikelfilters sind insbesondere durch eine poröse bzw. gasdurchlässige Wand z.B. aus Keramikmaterial voneinander getrennt. Die gezielte katalytische Wirkung der jeweiligen Schicht wird beispielsweise durch Auswahl bzw. Anteile der in der Schicht vorhandenen Katalysatorkomponenten bestimmt. Dabei kann die katalytisch wirksame Komponente aus einem Katalysatorstoff oder aus einer Mischung mehrerer Katalysatorstoffe bestehen.The The invention is based on a device for the treatment of a Combustion of combustion products, e.g. Exhaust gases from diesel engines, which flow through the device, with a particle filter for a particle retention and catalytically active sections, wherein in the flow direction the combustion products an upstream side and then a Pass the inflow side. The core of the invention is that the catalytically active Sections a first layer on the upstream side and a second layer on the downstream side include, wherein the catalytic effects of the layers from each other differ. This allows targeted treatment of the combustion products or exhaust gases are improved or the proportion of catalytically treated be increased in the combustion products pollutants. In particular, you can incompletely oxidized gaseous fixed or particulate or liquid Exhaust components such as hydrocarbons (HC) or carbon monoxide (CO) completely or almost completely be oxidized to water or carbon dioxide. Through the two layers can each different catalytic reactions to different Side of the treatment device, such as a diesel particulate filter for diesel engines, supports become. The inflow side and the downstream side the treatment device or an exhaust particulate filter are in particular by a porous or gas-permeable Wall e.g. made of ceramic material separated from each other. The targeted catalytic effect of the respective layer becomes, for example by selecting or proportions of the catalyst components present in the layer certainly. In this case, the catalytically active component of a Catalyst or from a mixture of several catalyst materials consist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist die erste Schicht ausgebildet, Partikel katalytisch zu oxidieren. Mit einer vergleichsweise hohen Filter- bzw. Abbauwirkung für z.B. Abgaspartikel kann mit der ersten Schicht besonders einer umweltrelevanten Feinstaubbelastung durch Abgase entgegengewirkt werden. Damit lassen sich gesetzliche Vorgaben insbesondere bezüglich Abgasemissionen sicher einhalten. Insbesondere werden die auf der Anströmseite gefilterten Abgaspartikel wie beispielsweise Ruß gezielt abgebaut. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Abgas- bzw. Rußpartikel ausschließlich bzw. nahezu ausschließlich auf der Anströmseite herausgefiltert und dort zumindest teiloxidiert werden, denn dann können die dabei entstehenden ggf. nicht vollständig oxidierten Abbauprodukte insbesondere abströmseitig innerhalb eines anschließenden Abschnitts in der Abgasbehandlungsvorrichtung bis zur höchsten Oxidationsstufe weiteroxidiert werden. Unter Partikeln bzw. Abgaspartikeln sind neben Rußpartikeln insbesondere sämtliche festen Zwischenprodukte der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, z.B. aus Dieselbrennstoff, zu verstehen, beispielsweise auch mit daran anhaftenden gesundheitsschädlichen Kohlenwasserstoffen, z.B. polyzyklische Kohlenwasserstoffe.In A preferred embodiment of the subject invention is the formed first layer to catalytically oxidize particles. With a comparatively high filtering or degrading effect for e.g. exhaust particles can with the first layer especially an environmentally relevant particulate matter through Exhaust gases are counteracted. This allows legal requirements especially regarding Ensure exhaust emissions safely. In particular, those on the inflow Filtered exhaust particles such as soot targeted mined. It is It is advantageous if the exhaust or soot exclusively or almost exclusively on the upstream side filtered out and there at least partially oxidized, because then can the resulting possibly not completely oxidized degradation products especially downstream within a subsequent Oxidized further section in the exhaust treatment device to the highest oxidation state become. Among particles or exhaust particles are in addition to soot particles especially all solid intermediates of the combustion of hydrocarbons, e.g. diesel fuel, to understand, for example, with attached to it harmful to health Hydrocarbons, e.g. polycyclic hydrocarbons.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist die zweite Schicht derart aufgebaut und auf die zweite Schicht abgestimmt, auf der Anströmseite bei der katalytischen zumindest teilweisen Oxidation der partikulären Verbrennungsprodukte gebildete Stoffe und/oder Stoffe, welche die Anströmseite ohne katalytische Behandlung passieren, katalytisch zu behandeln. Die zweite Schicht kann insbesondere zur Katalyse von niedrigeren Kohlenwasserstoffen oder Kohlenmonoxid bzw. von Stoffen, welche bei der Katalyse mittels der ersten Schicht entstanden sind, ausgerichtet sein. In diesem Fall ist z.B. die erste Schicht bevorzugt auf die Katalyse von höheren Kohlenwasserstoffen bzw. von über mehrere Abbauschritte abzubauende Stoffe abgestimmt. Die Schichten können insbesondere gezielt die zu erwartenden nacheinander in der Behandlungsvorrichtung ablaufenden Abbaureaktionen der Verbrennungsprodukte katalytisch stützen. Bevorzugt können somit auch solche in der ersten Schicht beim unvollständigen Abbau z.B. von Abgasschadstoffe entstehenden Zwischenprodukte, welche ebenfalls ein Schadstoffpotential aufweisen können, durch die zweite Schicht katalytisch weiter oxidiert werden bis zu den volloxidierten Produkten.In an advantageous embodiment of the subject invention, the second layer is constructed and adapted to the second layer, catalytically treated on the upstream side in the catalytic at least partial oxidation of the particulate combustion products formed substances and / or substances that pass the inflow side without catalytic treatment. The second layer can in particular be oriented for the catalysis of lower hydrocarbons or carbon monoxide or of substances which have formed during the catalysis by means of the first layer. In this case, for example, the first layer is preferably matched to the catalysis of higher hydrocarbons or to be degraded over several degradation stages substances. In particular, the layers can catalytically support in a targeted manner the expected degradation reactions of the combustion products that occur one after the other in the treatment device. Thus, preference may also be given to those in the first layer in the case of incomplete degradation of, for example, exhaust gas pollutants resulting intermediates, which may also have a pollutant potential, be catalytically further oxidized by the second layer to the fully oxidized products.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Schicht eine Mehrzahl von Faserelementen umfasst. Faserelemente insbesondere auf der Anströmseite z.B. von Abgaspartikelfiltern erhöhen die Rückhaltefähigkeit für Abgas- bzw. Rußpartikel gegenüber faserlosen Bereichen. Durch die Faserelemente in der ersten Schicht können nahezu sämtliche Partikel der Verbrennungsprodukte bzw. des Abgases auf der Anströmseite herausgefiltert bzw. behandelt werden. Insbesondere lassen sich durch die Faserelemente vergleichsweise große für die Partikel in einem Abgas zur Anhaftung geeignete Oberflächen mit relativ wenig Fasermaterial realisieren. Besonders vorteilhaft ist dabei eine vergleichsweise geringe Erhöhung des Druckverlustes beim Durchströmen der Behandlungsvorrichtung. Mit den Faserelementen kann zudem eine Puffereigenschaft bereitgestellt werden. Denn durch die Vielzahl der Fasern wird beispielsweise eine Schutzschicht für den darunter liegenden Trägerkörper zum Beispiel aus Keramik gebildet. Die Fasern wirken sozusagen wie ein wärmedämmender Teppich auf dem ggf. gegenüber Temperaturspitzen empfindlichen Trägerkörper. Die Temperaturspitzen können z.B. durch den Rußabbrand auf den Fasern entstehen.Further It is proposed that the first layer comprise a plurality of fiber elements includes. Fiber elements, in particular on the upstream side, e.g. of exhaust particulate filters the retention capacity for exhaust gas or soot particles across from fiber-free areas. Through the fiber elements in the first layer can almost all Particles of the combustion products or the exhaust gas filtered out on the upstream side or treated. In particular, can be comparatively by the fiber elements size for the Particles in an exhaust gas for adhesion suitable surfaces with realize relatively little fiber material. Is particularly advantageous while a comparatively small increase in the pressure loss during Flow through the treatment device. With the fiber elements can also have a Buffering property are provided. Because of the multitude For example, the fibers become a protective layer for the underlying lying carrier body for Example made of ceramic. The fibers act as if they were one heat-insulating carpet on the opposite if necessary Temperature peaks sensitive carrier body. The temperature peaks can e.g. through the soot burn arise on the fibers.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Faserelemente hochtemperaturbeständige Fasern umfassen. Mit den temperaturbeständigen Fasern aus z.B. Aluminiumoxid können die Standzeiten beispielsweise eines Abgas- bzw. Dieselpartikelfilters erhöht werden, da die Temperaturen im Abgas in der Regel mehrere hundert Grad betragen. Prinzipiell sind neben Aluminiumoxid auch andere hochtemperaturbeständige Materialien für die Fasern denkbar.Especially It is advantageous if the fiber elements high-temperature resistant fibers include. With the temperature resistant Fibers of e.g. Alumina can the service lives of, for example, an exhaust gas or diesel particulate filter are increased, since the temperatures in the exhaust gas are usually several hundred degrees. In principle, in addition to aluminum oxide, other high temperature resistant materials for the Fibers conceivable.
Besonders bevorzugt sind die Faserelemente der ersten Schicht mit einer auf die Behandlung von partikulären Verbrennungsprodukten abgestimmten katalytisch aktiven Beschichtung versehen. Somit kann die Filter- bzw. Abbaufähigkeit der ersten Schicht im Hinblick auf Partikel der Verbrennungsprodukte weiter erhöht werden.Especially Preferably, the fiber elements of the first layer with a on the treatment of particulate Combustion products tuned catalytically active coating Mistake. Thus, the filterability of the first layer with regard to particles of the combustion products can be further increased.
Bevorzugt umfasst die Beschichtung der Faserelemente die Rußoxidation katalysierende Bestandteile. Insbesondere können in der Beschichtung katalytisch aktive Stoffe eingebracht sein, mit denen gezielt ein effektiver Abbau der an den Oberflächen der Faserelemente anhaftenden Rußpartikel gefördert wird, wenn rußbehaftete Abgase behandelt werden. Rußpartikel stellen z.B. die bedeutendste Komponente der schädlichen Abgaspartikel bei einer Dieselverbrennung dar.Prefers For example, the coating of fiber elements includes soot oxidation catalyzing components. In particular, can be catalytically in the coating active substances are introduced, with which targeted an effective Degradation of the surfaces of the Carbon fiber particles adhering to fiber elements promoted becomes, if sooty Exhaust gases are treated. soot make e.g. the most significant component of the harmful exhaust particles at one Diesel combustion dar.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes weist die Beschichtung der Faserelemente zumindest einen der Katalysatorstoffe Cer, Eisen und Vanadium auf. Insbesondere kommen Cer, Eisen oder Vanadium bzw. Mischungen dieser Komponenten als Katalysatormaterialien in Frage. Mit diesen Komponenten wird insbesondere gezielt die Rußabbrandtemperatur erniedrigt, bei welcher eine Rußverbrennung stattfinden kann. Insbesondere das Kaltstartverhalten von Dieselpartikelfiltern für Kraftfahrzeuge wird damit deutlich verbessert. Denn der überwiegende Anteil der unerwünschten Gesamtemissionen durch Kfz-Abgase entsteht in den ersten Minuten nach dem Start der motorischen Verbrennung, weil die Temperaturen der mit Abgas in Kontakt kommenden Oberflächen im Dieselpartikelfilter für eine maximale katalytische Aktivität noch nicht ausreichend hoch sind. Denn die Konversionsrate bzw. die Umwandlung in vollständig oxidierte Produkte durch katalytisch aktive Stoffe ist temperaturabhängig, insbesondere beträgt die Katalysatoranspringtemperatur ca. 250 bis 300 Grad Celsius. Als weiterer wesentlicher Vorteil der genannten Katalysatormaterialien ist deren Eigenschaft zu nennen, dass die Temperaturspitzen beim stattfindenden Abbrand der Rußpartikel vergleichsweise niedriger bzw. abgedämpft ist. Dies schont insbesondere benachbarte Bauteile und Materialien, beispielsweise einen ggf. darunter liegenden Träger aus Keramikmaterial. Die Faserelemente können insbesondere mit einer Suspension beispielsweise als Washcoat z.B. durch Eintauchen oder Tränken des keramischen Trägergerüsts beschichtet werden.at a particularly advantageous embodiment of the subject invention For example, the coating of the fiber elements has at least one of the catalyst substances Cerium, iron and vanadium. In particular, come cerium, iron or Vanadium or mixtures of these components as catalyst materials in question. With these components in particular targeted the Rußabbrandtemperatur lowered, at which a Rußverbrennung can take place. In particular, the cold start behavior of diesel particulate filters for motor vehicles is thus significantly improved. Because the vast majority of unwanted Total emissions from vehicle exhaust gases are created in the first few minutes after the start of the engine combustion, because the temperatures the surfaces coming into contact with exhaust gas in the diesel particulate filter for one maximum catalytic activity not yet high enough. Because the conversion rate or the transformation into complete oxidized products by catalytically active substances is temperature-dependent, in particular is the Katalysatoranspringtemperatur about 250 to 300 degrees Celsius. As a further significant advantage of the catalyst materials mentioned is their property to name that the temperature peaks during occurring burning of soot particles is comparatively lower or damped. This is particularly gentle adjacent components and materials, for example a possibly underlying carrier made of ceramic material. The fiber elements can in particular with a Suspension, for example, as washcoat e.g. by dipping or Soak the ceramic support framework coated become.
Schließlich wird weiter vorgeschlagen, dass die zweite Schicht zumindest einen der Katalysatoren Platin und Palladium aufweist. Die zweite Schicht ist dadurch mit einer vergleichsweise hohen katalytischen Aktivität für Oxidationsvorgänge von gasförmigen Abgasbestandteilen ausgebildet. Insbesondere nicht vollständig oxidierte Brennstoff- bzw. Dieselbestandteile im Gas wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid werden damit weitgehend katalytisch oxidiert, im Idealfall zu Kohlendioxid und Wasser. Durch diese Maßnahme wird gezielt die Diesel-Oxidationskatalyse (DOC) verstärkt. Neben den aufgeführten Katalysatoren sind auch noch andere denkbar z.B. Rhodium oder andere.Finally will further suggested that the second layer at least one of Catalysts platinum and palladium has. The second layer is thereby having a comparatively high catalytic activity for oxidation processes of gaseous Exhaust gas components formed. In particular, not completely oxidized Fuel or diesel components in the gas such as hydrocarbons or carbon monoxide are thus largely catalytically oxidized, ideally to carbon dioxide and water. This measure will targeted the diesel oxidation catalysis Strengthened (DOC). In addition to the listed Catalysts are also conceivable others, e.g. Rhodium or others.
Prinzipiell kann mit der vorgeschlagenen Abgasbehandlungsvorrichtung z.B. in der ersten bzw. zweiten Schicht eine Denitrifikations(DeNOx)-Funktion integriert bzw. eine Abgasrückführung vorgesehen werden.In principle, a denitrification (DeNO x ) function can be integrated with the proposed exhaust gas treatment device, for example in the first or second layer, or exhaust gas recirculation can be provided.
Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der nachstehenden stark schematisierten Figuren unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.An embodiment of the invention is based on the following highly schematic Fi gures, stating further advantages and details.
Einen
Längsschnitt
durch den Dieselpartikelfilter
Die
Innenwandungen der Kanäle
Die
Innenwandungen der abströmseitigen Kanäle
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |