DE102006061685A1 - Filter i.e. soot filter, unit for filtering exhaust gases of e.g. diesel internal combustion engine, has filter walls provided with catalytically active coating that is radially distributed unequally over filter unit - Google Patents

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Abstract

The filter unit (18) has a set of inflow channels (28) and a set of outflow channels (30), where the inflow channels and/or the outflow channels are limited by filter walls (34). The filter walls are provided with a catalytically active coating. The catalytically active coating is radially distributed unequally over the filter unit. A sum of the catalytically active coating in a radially external lying area has a higher catalytic activity against a set of pollutants contained in an exhaust gas than in a wider internal lying area of the filter unit.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Filterelement zur Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Filter mit einem Filterelement nach dem nebengeordneten Anspruch 18. Derartige Filterelemente werden beispielsweise als Rußfilter für Dieselbrennkraftmaschinen eingesetzt.The The invention relates to a filter element for cleaning the exhaust gases of a Internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a filter with a filter element according to the independent claim 18. Such Filter elements are used, for example, as soot filters for diesel internal combustion engines used.

Die Filterelemente bestehen häufig aus einem keramischen Werkstoff und weisen eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Eintrittskanälen und Austrittskanälen auf.The Filter elements are common Made of a ceramic material and have a variety of parallel mutually extending inlet channels and outlet channels.

Hergestellt werden Filterelemente aus keramischen Werkstoffen durch Extrudieren. Dies bedeutet, dass der Rohling des Filterelements ein prismatischer Körper mit einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Kanälen ist. Die Kanäle eines Rohlings sind zunächst an beiden Enden offen.Produced become filter elements of ceramic materials by extrusion. This means that the blank of the filter element is a prismatic body with a plurality of mutually parallel channels. The channels of a blank are first open at both ends.

Damit das zu reinigende Abgas durch die Wände des Filters strömt, wird ein Teil der Kanäle am hinteren Ende des Filterelements verschlossen, während ein anderer Teil der Kanäle am vorderen Ende des Filterelements verschlossen werden. Dadurch werden zwei Gruppen von Kanälen gebildet, nämlich die sogenannten Eintrittskanäle, welche am Ende verschlossen sind und die sogenannten Austrittskanäle, welche am Anfang des Filterelements verschlossen sind.In order to the exhaust gas to be cleaned flows through the walls of the filter is a part of the channels closed at the rear end of the filter element while a other part of the channels be closed at the front end of the filter element. This will be two groups of channels formed, namely the so-called entry channels, which are closed at the end and the so-called exit channels, which are closed at the beginning of the filter element.

Zwischen den Eintrittskanälen und den Austrittskanälen besteht nur über die porösen Wände des Filterelements (nachfolgend Filterwände) eine Strömungsverbindung, so dass das Abgas das Filterelement nur durchströmen kann, indem es aus den Eintrittskanälen durch die Wände des Filterelements hindurch in die Austrittskanäle strömt.Between the entrance channels and the exit channels exists only about the porous ones Walls of the Filter element (hereinafter filter walls) a flow connection, so that the exhaust gas can only flow through the filter element, by passing out of the inlet channels the walls of the filter element flows into the outlet channels.

Bei der Regeneration der Filterelemente werden die Rußablagerungen oxidiert, wobei Wärme freigesetzt wird. Daraus resultiert eine Temperaturerhöhung im Filterelement. Wenn die bei der Regeneration auftretenden Temperaturen zu groß werden, nimmt das Filterelement Schaden. Diese Gefahr ist vor allem bei Filterelementen aus Cordierit gegeben, da Cordierit eine vergleichsweise geringe spezifische Wärmekapazität hat und deshalb bei der Oxidation von Rußablagerungen lokal sehr hohe Temperaturen auftreten können. In Folge dessen können bei der Regeneration in kritischen Motorbetriebspunkten so hohe Temperaturen innerhalb des Filterelements auftreten, dass die thermische Stabilität des Cordierits nicht mehr gewährleistet ist. Dieser Zusammenhang hat bisher den Einsatz von Filterelementen aus Cordierit in Personenkraftwagen verhindert.at The regeneration of the filter elements are the soot deposits oxidized, releasing heat becomes. This results in a temperature increase in the filter element. If the temperatures occurring during regeneration become too large damage the filter element. This danger is mainly with filter elements made of cordierite, since cordierite is a comparatively small has specific heat capacity and Therefore, in the oxidation of soot deposits locally very high Temperatures can occur. As a result, can so high in regeneration at critical engine operating points Temperatures within the filter element occur that the thermal stability Cordierite is no longer guaranteed is. This connection has so far the use of filter elements cordierite in passenger cars prevented.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filterelement aus einem keramischen Werkstoff, bevorzug Cordierit, bereitzustellen, das eine gegenüber herkömmlichen Filterelementen erhöhte Regenerationsrate aufweist. Außerdem soll das Filterelement durch die der bei der Oxidierung der Rußablagerungen freiwerdende Wärme nicht geschädigt werden.Of the Invention is based on the object, a filter element of a ceramic material, preferably cordierite, to provide one opposite usual Increased filter elements Regeneration rate has. Furthermore the filter element is intended by the in the oxidation of soot deposits released heat not damaged become.

Diese Aufgabe wird bei einem Filterelement mit einem parallel zur Hauptströmungsrichtung des Abgases verlaufenden Längsachse, mit einer Vielzahl von Einlasskanälen und mit einer Vielzahl von Auslasskanälen, wobei die Einlasskanäle und/oder die Auslasskanäle durch Filterwände begrenzt werden, und wobei die Filterwände mit einer oder mehreren katalytisch aktiven Beschichtungen versehen sind, dadurch gelöst, dass die eine oder mehreren katalytisch aktive Beschichtungen radial ungleich über das Filterelement verteilt sind.These Task is with a filter element with a parallel to the main flow direction the exhaust gas extending longitudinal axis, with a variety of inlet channels and with a variety of outlet channels, the inlet channels and / or the outlet channels through filter walls be limited, and wherein the filter walls with one or more catalytically active coatings are provided, solved by the one or more catalytically active coatings radially uneven over the filter element are distributed.

Durch die erfindungsgemäß beanspruchte ungleiche Verteilung der mindestens einen katalytisch aktiven Beschichtung ist es möglich, die Regenerationsrate in einem radial außen liegenden Bereich des Filterelements anzuheben, indem in den Bereichen mit geringeren Betriebstemperaturen eine Beschichtung mit höherer katalytischer Aktivität als in den Bereichen mit höheren Betriebstemperaturen auf das Filterelement aufgebracht wird.By the invention claimed unequal Distribution of the at least one catalytically active coating Is it possible, the regeneration rate in a radially outer region of the filter element lift by in areas with lower operating temperatures a coating with higher catalytic activity than in areas with higher ones Operating temperatures is applied to the filter element.

Als katalytisch aktive Beschichtung werden im Zusammenhang mit der Erfindung Beschichtungen verstanden, die eine katalytische Wirkung gegenüber einem oder mehreren der im Abgas enthaltenen Schadstoff – dies sind im Wesentlichen CO, Kohlenwasserstoff, NOx, Zwischenprodukte und Russ – haben.In the context of the invention, catalytically active coatings are coatings which have a catalytic effect on one or more of the pollutants contained in the exhaust gas - these are essentially CO, hydrocarbon, NO x , intermediates and carbon black.

Bei einem herkömmlichen Filterelement sind die Betriebstemperaturen am Außendurchmesser in der Regel niedriger als im Zentrum des Filterelements. Die ungleichen Betriebstemperaturen in radialer Richtung rühren unter Anderem daher, dass das Zentrum des Filterelements mit mehr heißen Abgasen beaufschlagt wird. Weiter verstärkt werden die ungleichen Betriebstemperaturen in radialer Richtung durch die bessere Wärmeabfuhr in den radial äußeren Bereichen der Filterelemente.at a conventional one Filter element are the operating temperatures at the outside diameter usually lower than in the center of the filter element. The unequal Operating temperatures in the radial direction stir, among other things, that the center of the filter element is exposed to more hot exhaust gases. Reinforced become the unequal operating temperatures in the radial direction through the better heat dissipation in the radially outer regions the filter elements.

Die in zeitlichen Verlauf einer Regeneration auftretenden ungleichen Betriebstemperaturen in axialer sowie radialer Richtung rühren von einem zeitlich und örtlich ungleichmäßigen Rußabbrand her, beispielsweise wenn sich im Bereich der zweiten Stirnfläche des Filterelements mehr Ruß ablagert und in Folge dessen mehr Wärme bei der Regeneration in diesen Bereichen frei wird.The in the course of a regeneration occurring uneven Operating temperatures in the axial and radial directions of stirring one temporally and locally uneven Rußabbrand ago, For example, if in the region of the second end face of the Filter element deposits more soot and as a result, more heat is released during regeneration in these areas.

Durch das erfindungsgemäße Aufbringen einer Beschichtung mit höherer katalytischer Aktivität in Bereichen mit geringeren Betriebstemperaturen wird in diesen Bereichen gezielt die Regenerationsrate erhöht, so dass sich die Gesamtregenerationsrate des erfindungsgemäßen Filterelements erhöht, ohne dass der Werkstoff des Filterelements höheren Spitzentemperaturen ausgesetzt wäre.By the application according to the invention a coating with higher catalytic activity in Areas with lower operating temperatures will be in these areas specifically increases the rate of regeneration, so that the overall rate of regeneration of the filter element according to the invention increased, without that the material of the filter element exposed to higher peak temperatures would.

Außerdem wird durch die erhöhte Aktivität der katalytischen Beschichtungen und die daraus resultierende höhere Wärmeentwicklung bei der Regeneration in den Bereichen mit geringerer Betriebstemperatur die Temperatur angehoben, so dass sich eine Vergleichmäßigung des Temperaturprofils innerhalb des Filterelements ergibt. Dadurch werden die durch die Temperaturunterschiede entstehenden mechanischen Spannungen im Filterelement reduziert, was sich positiv auf deren Betriebssicherheit auswirkt.In addition, will through the increased Activity of catalytic coatings and the resulting higher heat development during regeneration in the areas with lower operating temperature raised the temperature, so that a homogenization of the Temperature profile within the filter element results. This will be the mechanical stresses resulting from the temperature differences reduced in the filter element, which is beneficial to their reliability effect.

Da auch in axialer Richtung die Temperatur des Filterelements Unterschiede aufweist, hat es sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, die in axialer Richtung „kälteren" Bereiche des Filterelements mit einer katalytischen aktiven Beschichtung zu versehen, die eine höhere Aktivität entwickelt als die an den wärmeren Bereichen des Filterelements vorhandene katalytisch aktive Beschichtung. Dadurch wird die Temperatur im kälteren Bereich der Filterelements angehoben und dadurch die Regenerationsrate in diesem Bereich des Filterelements erhöht. Auch diese Maßnahme führt zu einer Vergleichmäßigung des Temperaturprofils innerhalb des Filterelements und verringert dadurch die Wärmespannungen innerhalb des Filterelements.There also in the axial direction the temperature of the filter element differences has, it has also proved to be advantageous in axial direction "colder" areas of the filter element to provide a catalytic active coating which has a higher activity developed as the warmer ones Regions of the filter element existing catalytically active coating. This causes the temperature in the colder Raised area of the filter element and thereby the regeneration rate increased in this area of the filter element. This measure also leads to a Equalization of Temperature profile within the filter element and thereby reduced the thermal stresses within the filter element.

Es hat sich bei praktischen Versuchen als vorteilhaft erwiesen, wenn der radial außen liegende Bereich mit höherer katalytischer Aktivität mindestens 2% und höchstens 35% eines Gesamtdurchmessers D des Filterelements beträgt.It has proved to be advantageous in practical experiments when the radially outside lying area with higher catalytic activity at least 2% and at most 35% of a total diameter D of the filter element is.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Querschnitt des Filterelements in verschiedene Segmente unterteilt wird und die verschiedenen Segmente unterschiedliche katalytische Aktivitäten aufgrund einer unterschiedlich dicken oder unterschiedlich zusammengesetzten katalytisch aktiven Beschichtung aufweisen. Diese Segmentierung erlaubt es auf relativ einfache Weise, beispielsweise durch Abdecken der inneren Bereiche des Querschnitts des Filterelements und anschließendes Tränken des Filterelements mit einer katalytisch aktiven Beschichtung die unterschiedlichen katalytischen Aktivitäten des Filterelements auf fertigungstechnisch einfache Weise herzustellen.It has further proven to be advantageous when a cross section of Filter element is divided into different segments and the different segments due to different catalytic activities a different thickness or different composition have catalytically active coating. This segmentation allows it in a relatively simple way, for example by covering the inner regions of the cross section of the filter element and subsequent impregnation of the Filter element with a catalytically active coating the different catalytic activities of the filter element to produce a simple manufacturing technology.

Dabei ist es auch möglich, dass in den Bereichen oder den Segmenten mit geringerer katalytischer Aktivität überhaupt keine katalytisch aktive Beschichtung vorhanden ist.there it is also possible that in the areas or segments with lower catalytic Activity at all no catalytically active coating is present.

Des Weiteren ist es möglich, dass ein fließender, ein gestufter oder ein abrupter Übergang zwischen dem oder den Bereichen mit höherer katalytischer Aktivität und dem Bereich oder den Bereichen mit geringerer katalytischer Aktivität vorhanden ist. Ein abrupter Übergang zwischen den Bereichen mit erhöhter katalytischer Aktivität und den Bereichen mit geringerer katalytischer Aktivität ist fertigungstechnisch einfach zu realisieren. Demgegenüber haben ein gestufter oder ein fließender Übergang zwischen den Bereichen verschiedener katalytischer Aktivitäten den Vorteil einer noch besseren Vergleichmäßigung des Temperaturprofils innerhalb des Filterelements.Of Furthermore, it is possible that a flowing, a stepped or an abrupt transition between the area or areas with higher catalytic activity and the region or regions of lesser catalytic activity is available. An abrupt transition between the areas with elevated catalytic activity and the areas of lower catalytic activity is manufacturing technology easy to realize. In contrast, have a stepped or flowing transition between the areas different catalytic activities have the advantage of one more better homogenization of the Temperature profile within the filter element.

Auch sind Überlappungsbereiche zwischen benachbarten Zonen unterschiedlicher katalytischer Aktivität möglich und zum Teil mit Vorteilen verbunden.Also are overlapping areas between adjacent zones of different catalytic activity possible and sometimes associated with benefits.

Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn die katalytisch aktive Beschichtung eine spezifische Oberfläche von mehr als 50 m2/g, bevorzugt von mehr als 80 m2/g, aufweist. Dies bedeutet, dass in beschichtetem Zustand des Filterelements die spezifische Oberfläche mehr als 1 m2/g, bevorzugt mehr als 4 m2/g, beträgt. In dieser Angabe ist das Gewicht der Filterwand beziehungsweise des Partikelfilters mit berücksichtigt.It has also proved to be advantageous if the catalytically active coating has a specific surface area of more than 50 m 2 / g, preferably of more than 80 m 2 / g. This means that in the coated state of the filter element, the specific surface is more than 1 m 2 / g, preferably more than 4 m 2 / g. In this specification, the weight of the filter wall or the particulate filter is taken into account.

Als geeignete Materialen für die Filterwände des Filterelements haben sich Aluminiumoxid, Magnesiumsilikate, bevorzugt Cordierit, Titandioxid, Siliziumkarbid und/oder Aluminiumtitanat erwiesen. Allerdings ist die Erfindung auch bei Filterelementen auf metallischer Basis mit Erfolg einsetzbar.When suitable materials for the filter walls of the Filter element have alumina, magnesium silicates, preferred Cordierite, titanium dioxide, silicon carbide and / or aluminum titanate proved. However, the invention is also on filter elements metallic basis can be used successfully.

Die eingangs genannten Vorteile werden auch mit einem Rußfilter mit einem Filterelement, mit einem Gehäuse, mit einer Zuleitung und mit einer Ableitung, dadurch gelöst, dass ein erfindungsgemäßes Filterelement eingesetzt wird.The The advantages mentioned above are also with a soot filter with a filter element, with a housing, with a supply line and with a derivative, solved by that a filter element according to the invention is used.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen genannten Vorteile können sowohl Einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention are the subsequent drawing, the description and the claims can be removed. All in the drawing, the description and the claims mentioned advantages can both individually and in any combination with each other essential to the invention be.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinrichtung und 1 a schematic representation of an internal combustion engine with an inventive Exhaust aftertreatment device and

2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements im Längsschnitt 2 An embodiment of a filter element according to the invention in longitudinal section

3, 4 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Filterelemente, 3 . 4 schematic representations of further embodiments of filter elements according to the invention,

5, 6 Darstellungen des Übergangs zwischen Bereichen hoher katalytischer Aktivität und niedriger Aktivität in Diagrammform und 5 . 6 Representations of the transition between areas of high catalytic activity and low activity in diagram form and

7, 8 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Filterelemente, 7 . 8th schematic representations of further embodiments of filter elements according to the invention,

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In 1 trägt eine Brennkraftmaschine das Bezugszeichen 10. Die Abgase werden über ein Abgasrohr 12 abgeleitet, in dem eine Filtereinrichtung 14 angeordnet ist. Mit dieser werden Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden Abgas herausgefiltert, um gesetzliche Bestimmungen einzuhalten.In 1 an internal combustion engine carries the reference number 10 , The exhaust gases are via an exhaust pipe 12 derived in which a filter device 14 is arranged. With this soot particles from the exhaust pipe 12 flowing exhaust gas filtered out to comply with legal requirements.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Filtereinrichtung 14 ein zylindrisches Gehäuse 16, in dem ein im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisches, insgesamt ebenfalls zylindrisches Filterelement 18 angeordnet ist. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf diese Geometrien beschränkt.At the in 1 illustrated embodiment includes the filter device 14 a cylindrical housing 16 , in which in the present embodiment, a rotationally symmetrical, also a total cylindrical filter element 18 is arranged. Of course, the invention is not limited to these geometries.

In 2 ist ein Querschnitt durch ein Filterelement 18 nach dem Stand der Technik dargestellt. Das Filterelement 18 ist als extrudierter Formkörper aus einem keramischen Material, wie zum Beispiel Cordierit, hergestellt. Das Filterelement 18 wird in Richtung der Pfeile 20 von nicht dargestelltem Abgas durchströmt. Eine erste Stirnfläche hat in 2 das Bezugszeichen 22, während eine zweite Stirnfläche in 2 das Bezugszeichen 24 hat.In 2 is a cross section through a filter element 18 represented according to the prior art. The filter element 18 is produced as an extruded molded article of a ceramic material, such as cordierite. The filter element 18 will be in the direction of the arrows 20 flows through not shown exhaust gas. A first face has in 2 the reference number 22 while a second end face in 2 the reference number 24 Has.

Parallel zu einer Längsachse 26 des Filterelements 18 verlaufen mehrere Eintrittskanäle 28 im Wechsel mit Austrittskanälen 30. Die Eintrittskanäle 28 sind an der zweiten Stirnfläche 24 verschlossen. Die Verschlussstopfen sind in 2 ohne Bezugszeichen dargestellt. Im Gegensatz dazu sind die Austrittskanäle 30 an der zweiten Stirnfläche 24 offen und im Bereich der ersten Stirnfläche 22 verschlossen.Parallel to a longitudinal axis 26 of the filter element 18 run several inlet channels 28 in alternation with outlet channels 30 , The entrance channels 28 are at the second end face 24 locked. The sealing plugs are in 2 shown without reference number. In contrast, the exit channels 30 at the second end face 24 open and in the area of the first face 22 locked.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die radial am weitesten außen liegende Lage der Kanäle (60) an beiden Enden mit Verschlussstopfen (ohne Bezugszeichen) verschlossen. Dies führt dazu, das keine Abgase durch die Kanäle 60 strömt. Die Kanäle 60 stellen eine Wärmedämmung dar, die zu einer Anhebung der Temperatur der Filterelements 18 in den angrenzenden radial außen liegenden Bereichen führt. In Folge dessen wird die Regenerationsrate in diesen Bereichen erhöht.In the embodiment according to 2 is the radially outermost position of the channels ( 60 ) closed at both ends with sealing plugs (without reference numerals). This results in no exhaust gases through the channels 60 flows. The channels 60 represent a thermal insulation, which increases the temperature of the filter element 18 in the adjacent radially outer areas leads. As a result, the regeneration rate in these areas is increased.

Der Strömungsweg des ungereinigten Abgases führt also in einen der Eintrittskanäle 28 und von dort durch eine Filterwand (ohne Bezugszeichen) in einen der Austrittskanäle 30. Exemplarisch ist dies durch die Pfeile 32 dargestellt.The flow path of the unpurified exhaust gas thus leads into one of the inlet channels 28 and from there through a filter wall (without reference numeral) in one of the outlet channels 30 , This is exemplified by the arrows 32 shown.

Selbstverständlich können erfindungsgemäße Filterelemente 18 auch in Nutzfahrzeugen oder anderen mobilen oder stationären Anwendungen von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.Of course, filter elements according to the invention 18 can also be used in commercial vehicles or other mobile or stationary applications of internal combustion engines.

3 zeigt stark schematisiert ein Filterelement mit kreisförmigem Querschnitt. Dabei wird ein Gesamtdurchmesser D des Filterelements 18 in einen radial außen liegenden Bereich 38 und einen radial innen liegenden Bereich 40 unterteilt. Bei diesem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Filterelements 18 ist der äußere Bereich 38 mit einer katalytisch aktiveren Beschichtung versehen als der radial innen liegende Bereich 40. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Menge der katalytischen Komponenten in dem äußeren Bereich 38 größer ist als im inneren Bereich 40. Die unterschiedlichen Aktivitäten der katalytischen Beschichtung kann auch durch unterschiedliche Konzentrationen oder eine andere Wahl der katalytisch wirksamen Bestandteile der Beschichtung eingestellt werden. Alternativ ist es auch möglich, lediglich den äußeren Bereich 38 katalytisch zu beschichten und den inneren Bereich 40 nicht mit einer katalytischen Beschichtung zu versehen. 3 shows a highly schematic a filter element with a circular cross-section. In this case, an overall diameter D of the filter element 18 in a radially outer area 38 and a radially inner region 40 divided. In this embodiment of a filter element according to the invention 18 is the outer area 38 provided with a catalytically active coating than the radially inner region 40 , This can be achieved by controlling the amount of catalytic components in the outer region 38 larger than in the inner area 40 , The different activities of the catalytic coating can also be adjusted by different concentrations or a different choice of the catalytically active constituents of the coating. Alternatively, it is also possible only the outer area 38 catalytically coat and the inner area 40 not to be provided with a catalytic coating.

Durch diese Maßnahmen wird unter anderem eine gleichmäßigere Temperaturverteilung bei der Regeneration des im Filterelement 18 abgelagerten Rußes (nicht dargestellt) erreicht, weil durch die katalytisch aktivere Beschichtung im äußeren Bereich 38 dort trotz der niedrigeren Temperaturen die Regenerationsrate angehoben wird. Im inneren Bereich 40, wo aufgrund der besseren Anströmbedingungen und der geringeren Wärmeableitungen höhere Temperaturen herrschen, findet die Regeneration auch mit einer weniger aktiven katalytischen Beschichtung in ausreichendem Maße statt.By these measures, inter alia, a more uniform temperature distribution in the regeneration of the filter element 18 deposited soot (not shown) achieved because of the catalytically active coating in the outer region 38 there, despite the lower temperatures, the regeneration rate is raised. In the inner area 40 where there are higher temperatures due to the better flow conditions and the lower heat dissipation, the regeneration takes place sufficiently even with a less active catalytic coating.

Der Übergang zwischen dem äußeren Bereich 38 und dem inneren Bereich 40 ist durch eine Linie 42 gekennzeichnet. Dies bedeutet, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ein abrupter Übergang zwischen dem äußeren Bereich 38 und dem inneren Bereich 40 vorhanden ist.The transition between the outer area 38 and the inner area 40 is through a line 42 characterized. This means that in the embodiment according to 3 an abrupt transition between the outer area 38 and the inner area 40 is available.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist das Filterelement 18 noch in einen in axialer Richtung ersten Bereich 44 und einen zweiten Bereich 46 unterteilt. Der axial erste Bereich 44 beginnt an der ersten Stirnfläche 22 des Filterelements 18. Der zweite Bereich 46 endet an einer zweiten Stirnfläche 24 des Filterelements 18. Erfindungsgemäß ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 vorgesehen, dass der erste Bereich 44 eine katalytische Beschichtung mit höherer katalytischer Aktivität aufweist als der zweite Bereich 46. Es ist auch möglich, dass der zweite Bereich 46 überhaupt nicht katalytisch beschichtet wird. Durch diese zusätzliche Maßnahme wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die Temperaturen im Bereich der ersten Stirnfläche 22 des Filterelements während der Regeneration niedriger sind als im Bereich der zweiten Stirnfläche 24, so dass durch eine katalytisch aktiviere Beschichtung im ersten Bereich 44 auch dort eine ausreichend hohe Regenerationsrate mit Hilfe der katalytischen Beschichtung eingestellt werden kann. Der Übergang zwischen dem ersten Bereich 44 und dem zweiten Bereich 46 ist in 4 mit dem Bezugszeichen 48 versehen. Es ist selbstverständlich auch möglich, lediglich im ersten Bereich 44 des Filterelements 18 eine katalytisch aktivere Beschichtung als im zweiten Bereich 46 des Filterelements 18 vorzusehen und in radialer Richtung eine gleichbleibend aktive katalytische Beschichtung vorzusehen. Dies würde bedeuten, dass die Unterscheidung zwischen den äußeren Bereichen 38 und 40 entfällt und der Übergang 42 nicht vorhanden ist.In the embodiment according to 4 is the filter element 18 still in a first direction in the axial direction 44 and a second area 46 divided. The axially first area 44 begins at the first end face 22 of the filter element 18 , The second area 46 ends at a second end face 24 of the filter element 18 , According to the invention is in the embodiment according to 4 provided that the first area 44 has a catalytic coating with higher catalytic activity than the second region 46 , It is also possible that the second area 46 not catalytically coated at all. This additional measure takes into account the fact that the temperatures in the region of the first end face 22 of the filter element during the regeneration are lower than in the region of the second end face 24 , so by a catalytically activated coating in the first area 44 Also there, a sufficiently high regeneration rate can be adjusted using the catalytic coating. The transition between the first area 44 and the second area 46 is in 4 with the reference number 48 Mistake. It is of course also possible, only in the first area 44 of the filter element 18 a more catalytically active coating than in the second area 46 of the filter element 18 provide and provide a consistently active catalytic coating in the radial direction. This would mean that the distinction between the outer areas 38 and 40 deleted and the transition 42 not available.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 3 ist der Übergang 42 zwischen den Bereichen unterschiedlicher katalytischer Aktivität abrupt. Dieser abrupte Übergang ist in 5 in einem Diagramm schematisch dargestellt. Dabei ist auf der X-Achse ein Radius R aufgetragen und auf der Y-Achse die katalytische Aktivität der erfindungsgemäßen Beschichtung. Dabei ist die Y-Achse normiert. Einem Wert 1 entspricht eine hohe katalytische Aktivität, während einem Wert kleiner 1, hier etwa 0,2 eine niedrige katalytische Aktivität entspricht.In the embodiments according to 3 is the transition 42 between the regions of different catalytic activity abruptly. This abrupt transition is in 5 shown schematically in a diagram. In this case, a radius R is plotted on the X axis and the catalytic activity of the coating according to the invention on the Y axis. The Y-axis is normalized. A value of 1 corresponds to a high catalytic activity, while a value less than 1, here about 0.2 corresponds to a low catalytic activity.

Der abrupte Übergang zwischen der niedrigen katalytischen Aktivität im inneren Bereich 40 und der hohen katalytischen Aktivität im äußeren Bereich 38 ist in 5 durch eine erste Linie 48 angedeutet. Alternativ ist es auch möglich, dass der Übergang zwischen der niedrigen katalytischen Aktivität und der erhöhten katalytischen Aktivität gestuft ist, wie dies durch eine zweite Linie 50 angedeutet ist. Zudem ist es möglich, einen fließenden Übergang zwischen dem Bereich mit niedriger katalytischer Aktivität und mit erhöhter katalytischer Aktivität vorzusehen, wie dies anhand der dritten Linie 52 dargestellt ist.The abrupt transition between the low catalytic activity in the inner region 40 and the high catalytic activity in the outer region 38 is in 5 through a first line 48 indicated. Alternatively, it is also possible that the transition between the low catalytic activity and the increased catalytic activity is stepped, as by a second line 50 is indicated. In addition, it is possible to provide a smooth transition between the region of low catalytic activity and with increased catalytic activity, as in the third line 52 is shown.

Wenn sich die Bereiche niedriger und hoher katalytischer Aktivität (40, 38) sich teilweise überlappen, entsteht ein Überlappungsbereich 54 mit einer höheren katalytischen Aktivität (Linie 53) als in den Bereichen 40 und 38.When the ranges of low and high catalytic activity ( 40 . 38 ) partially overlap, creating an overlap area 54 with a higher catalytic activity (line 53 ) than in the areas 40 and 38 ,

In 6 sind die Übergänge zwischen dem ersten Bereich 44 und dem zweiten Bereich 46 ebenfalls durch Linien 48, 50 und 52 angedeutet. Dabei beginnt die X-Achse an der Erste Stirnfläche 22 und endet an der Zweite Stirnfläche 24. Auch hier ist es alternativ möglich, einen abrupten Übergang (erste Linie 48), einen gestuften Übergang (zweite Linie 50) oder einen fließenden Übergang (dritte Linie 52) oder einen Überlappungsbereich 54 zwischen dem ersten Bereich 44 mit erhöhter katalytischer Aktivität und dem zweiten Bereich 46 mit demgegenüber niedrigerer katalytischer Aktivität vorzusehen. Auch hierbei kann in dem Überlappungsbereich 54 eine höhere katalytische Aktivität (Linie 53) als in den Bereichen 38 und 40 erreicht werden.In 6 are the transitions between the first area 44 and the second area 46 also by lines 48 . 50 and 52 indicated. The X-axis starts at the first end face 22 and ends at the second end face 24 , Again, it is alternatively possible, an abrupt transition (first line 48 ), a stepped transition (second line 50 ) or a smooth transition (third line 52 ) or an overlap area 54 between the first area 44 with increased catalytic activity and the second region 46 while providing lower catalytic activity. Again, in the overlap area 54 a higher catalytic activity (line 53 ) than in the areas 38 and 40 be achieved.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist ein Querschnitt durch ein Filterelement stark vereinfacht dargestellt. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass das Filterelement 18 in verschiedene Segmente 54 und 56 unterteilt ist. Dabei ist in jedem der Segmente 54 und 56 eine Vielzahl von Eintrittskanälen 28 und Austrittskanälen 30 vorhanden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Eintrittskanäle 28 und Austrittskanäle 30 nicht dargestellt. Die außen liegenden Segmente 54, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle mit Bezugszeichen versehen wurden, weisen eine Beschichtung mit erhöhter katalytischer Aktivität auf, während die innen liegenden Segmente 56 demgegenüber eine geringere katalytische Aktivität aufweisen. Dadurch wird ebenfalls der erfindungsgemäße Effekt erreicht, dass in den Außenbereichen eine erhöhte katalytische Aktivität vorhanden ist und dadurch in den kühleren Außenbereichen ebenfalls eine hohe Regenerationsrate erreicht wird.In the embodiment according to 7 is a cross section through a filter element shown greatly simplified. From this illustration it becomes clear that the filter element 18 into different segments 54 and 56 is divided. It is in each of the segments 54 and 56 a variety of entrance channels 28 and exit channels 30 available. For clarity, the entrance channels 28 and exit channels 30 not shown. The outer segments 54 of which not all have been provided with reference numerals for reasons of clarity, have a coating with increased catalytic activity, while the inner segments 56 in contrast, have a lower catalytic activity. As a result, the effect according to the invention is likewise achieved in that an increased catalytic activity is present in the outer regions, and as a result a high regeneration rate is likewise achieved in the cooler outer regions.

8 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 7 in einer isometrischen Darstellung. Aus dieser Darstellung wird deutlich, dass die verschiedenen Segmente auch in Längsrichtung in einen ersten Bereich 44 und einen zweiten Bereich 46 unterteilt sein können. Auch hier ist es wieder möglich, dass der Übergang zwischen dem ersten Bereich 44 und dem zweiten Bereich 46 entweder abrupt, wie es in 8 dargestellt ist, oder gestuft beziehungsweise fließend erfolgt, wie dies anhand der 6 erläutert wurde. Auch hierbei kann in dem möglichen Überlappungsbereich der Bereiche 44 und 46 eine höher katalytische Aktivität als in den einzelnen Bereichen 44 und 46 selbst vorhanden sein. 8th shows the embodiment according to 7 in an isometric view. From this representation it becomes clear that the different segments also in the longitudinal direction in a first area 44 and a second area 46 can be divided. Again, it is possible again that the transition between the first area 44 and the second area 46 either abruptly, as it is in 8th is shown, or stepped or fluent, as shown by the 6 was explained. Again, in the possible overlap region of the areas 44 and 46 a higher catalytic activity than in the individual areas 44 and 46 himself be present.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß 3 und 4 hat der radial innere Bereich 40 eine kreisförmige Querschnittsfläche, während der radial äußere Bereich 38 eine kreisringförmige Querschnittsfläche hat. Es versteht sich von selbst, dass auch andere Querschnittsgeometrien, insbesondere elliptische oder quadratische beziehungsweise polygonale Querschnittsgeometrien sowohl des inneren Bereichs 40 als auch des radial äußeren Bereichs 38 möglich sind. Dies kann in besonderen Fällen nötig sein, beispielsweise wenn die Platzverhältnisse in dem Fahrzeug, in dem das erfindungsgemäße Filterelement 14 eingebaut werden soll, dies vorgeben oder wenn die Anströmbedingungen durch das Abgasrohr 12 eine nicht kreisförmige beziehungsweise kreisringförmige Querschnittsfläche erfordern.In the embodiments according to 3 and 4 has the radially inner area 40 a circular cross-sectional area, while the radially outer area 38 has an annular cross-sectional area. It goes without saying that other cross-sectional geometries, in particular elliptical or square or polygonal cross-sectional geometries of both the inner region 40 as well as the radially outer region 38 possible are. This may be necessary in special cases, for example when the space in the vehicle in which the filter element according to the invention 14 should be installed, pretend this or if the flow conditions through the exhaust pipe 12 require a non-circular or annular cross-sectional area.

Claims (18)

Filterelement, insbesondere zur Filterung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, mit einer parallel zur Hauptströmungsrichtung des Abgases verlaufenden Längsachse (26), mit einer Vielzahl von Eintrittskanälen (28), und mit einer Vielzahl von Austrittskanälen (30), wobei die Eintrittskanäle (28) und/oder die Austrittskanäle (30) durch Filterwände (34) begrenzt werden, und wobei die Filterwände (34) mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine katalytisch aktive Beschichtung radial ungleich über das Filterelement (18) verteilt ist.Filter element, in particular for filtering exhaust gases of an internal combustion engine, having a longitudinal axis extending parallel to the main flow direction of the exhaust gas (US Pat. 26 ), with a plurality of entry channels ( 28 ), and with a plurality of exit channels ( 30 ), whereby the entry channels ( 28 ) and / or the exit channels ( 30 ) through filter walls ( 34 ) and the filter walls ( 34 ) are provided with a catalytically active coating, characterized in that at least one catalytically active coating radially unequal over the filter element ( 18 ) is distributed. Filterelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der katalytisch aktiven Beschichtungen in einem radial außen liegenden Bereich (38) eine höhere katalytische Aktivität gegenüber einem oder mehreren im Abgas enthaltenen Schadstoffen hat als in einem weiter innen liegenden Bereich (40) des Filterelements (18).Filter element according to claim 1, characterized in that the sum of the catalytically active coatings in a radially outer region ( 38 ) has a higher catalytic activity towards one or more pollutants contained in the exhaust gas than in a further inner region ( 40 ) of the filter element ( 18 ). Filterelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der radial außen liegenden Bereich (38) mit höherer katalytischer Aktivität mindestens 2% und höchstens 35% eines Gesamtdurchmessers (D) des Filterelements (18) beträgt.Filter element according to claim 2, characterized in that the radially outer region ( 38 ) with higher catalytic activity at least 2% and at most 35% of a total diameter (D) of the filter element ( 18 ) is. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnitt des Filterelements (18) in verschiedenen Segmente (54, 56) unterteilt ist, und dass die verschiedenen Segmente (54, 56) unterschiedliche katalytische Beschichtungen aufweisen.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that a cross section of the filter element ( 18 ) in different segments ( 54 . 56 ), and that the different segments ( 54 . 56 ) have different catalytic coatings. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Beschichtung im Bereich einer ersten Stirnfläche (22) eine höhere katalytische Aktivität hat als im Bereich einer zweiten Stirnfläche (24).Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytically active coating in the region of a first end face ( 22 ) has a higher catalytic activity than in the region of a second end face ( 24 ). Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein fließender Übergang (52), ein gestufter (50) oder ein abrupter Übergang (48) zwischen dem Bereich mit höherer katalytischer Aktivität und dem Bereich mit geringerer katalytischer Aktivität ausgebildet ist.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that a flowing transition ( 52 ), a tiered ( 50 ) or an abrupt transition ( 48 ) is formed between the region of higher catalytic activity and the region of lower catalytic activity. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich (40) oder den Segmenten (56) mit geringerer katalytischer Aktivität keine katalytisch aktive Beschichtung vorhanden ist.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that in the region ( 40 ) or the segments ( 56 ) with less catalytic activity no catalytically active coating is present. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Beschichtung einen oder mehrere metalloxidische Stoffe aus der Gruppe Aluminiumoxide (Al2O3), Aluminium-Silikat (x Al2O3·y SiO2), Silizium-Dioxid (SiO2), Zirkon-Dioxid (ZrO2), Titan-Dioxid (TiO2), Cer-Trioxid (Ce2O3) und den Oxiden der Lanthanoide oder Mischoxide der genannten Elemente umfasst.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic coating one or more metal oxide substances from the group aluminum oxides (Al 2 O 3 ), aluminum silicate (x Al 2 O 3 y SiO 2 ), silicon dioxide (SiO 2 2 ), zirconium dioxide (ZrO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), cerium trioxide (Ce 2 O 3 ) and the oxides of lanthanides or mixed oxides of said elements. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Beschichtung Alkali-Metalloxide, Erdalkali-Metalloxide und/oder keramische oder mineralische Stoffe, insbesondere Silizium-Carbid (SiC), Cordierit, Boehmit und Zeolithe, beispielsweise mit Übergangsmetallen ausgetauschte Zeolithe, umfasst.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytically active coating comprises alkali metal oxides, Alkaline earth metal oxides and / or ceramic or mineral substances, in particular silicon carbide (SiC), cordierite, boehmite and zeolites, for example with transition metals exchanged zeolites. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Beschichtung eines oder mehrere Edelmetalle aus der Gruppe der Platinmetalle, insbesondere Platin, Rhodium und Palladium, umfasst.Filter element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the catalytically active coating of one or several precious metals from the group of platinum metals, in particular Platinum, rhodium and palladium. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrer Bestandteile der katalytisch aktiven Beschichtung aus dreidimensional strukturierten Teilchen und/oder aus Mischungen derselben bestehen.Filter element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that one or more components of the catalytic active coating of three-dimensionally structured particles and / or mixtures thereof. Filterelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile der katalytischen Beschichtung aus kugelförmigen, nadelförmigen, plättchenförmigen, agglomerierten, porösen, verästelten Teilchen und/oder aus Mischungen derselben bestehen.Filter element according to claim 11, characterized in that that the components of the catalytic coating are spherical, needle-shaped, flaky, agglomerated, porous, ramified Particles and / or mixtures thereof. Filterelement nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die katalytisch aktive Beschichtung eine spezifische Oberfläche von mehr als 50 Quadratmetern pro Gramm, bevorzugt von mehr als 80 Quadratmetern pro Gramm, aufweist.Filter element according to one of claims 11 or 12, characterized in that in the catalytically active coating a specific surface of more than 50 square meters per gram, preferably more than 80 square meters per gram, has. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwände (34) aus Aluminium-Magnesium-Silikat, bevorzugt Cordierit, Titandioxid (TiO2), Siliziumcarbid (SiC) und/oder Aluminiumtitanat bestehen.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that the filter walls ( 34 ) of aluminum-magnesium silicate, preferably cordierite, titanium dioxide (TiO 2 ), silicon carbide (SiC) and / or aluminum titanate exist. Filterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwände (34) aus Metall, bevorzugt aus Sintermetall, Metallfaser oder Metallschaum, bestehen.Filter element according to one of claims 1 to 14, characterized in that the filter walls ( 34 ) made of metal, preferably of sintered metal, metal fiber or metal foam. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lage der radial am weitesten außen liegenden Kanäle (60) sowohl an der Erste Stirnfläche (22) als auch an einer Zweite Stirnfläche (24) des Filterelements (18) verschlossen sind.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that at least one layer of the radially outermost channels ( 60 ) at both the first face ( 22 ) as well as on a second end face ( 24 ) of the filter element ( 18 ) are closed. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine katalytisch aktive Beschichtung radial ungleich über das Filterelement (18) verteilt ist.Filter element according to one of the preceding claims, characterized in that at least one catalytically active coating radially unequal over the filter element ( 18 ) is distributed. Filtereinrichtung mit einem Filterelement (18), mit einem Gehäuse (16) und mit einem Abgasrohr (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement ein Filterelement (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.Filter device with a filter element ( 18 ), with a housing ( 16 ) and with an exhaust pipe ( 12 ), characterized in that the filter element is a filter element ( 18 ) according to any one of the preceding claims.
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