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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen katalytischen Partikelfilter. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung einen katalytischen Partikelfilter zur Verlängerung der Kontaktdauer oder zur Vergrößerung der Kontaktfläche eines Katalysators und eines Fluids, wobei der Anstieg des Gegendrucks minimiert wird.
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HINTERGRUND
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Feinstaub (PM) ist in einem Gas enthalten, das aus einem Motor mit innerer Verbrennung wie einem Dieselmotor oder verschiedenen Verbrennungsanlagen austritt. Um zu verhindern, dass PM in die Atmosphäre gelangt, wird ein Partikelfilter zum Rückhalten des PM im Abgassystem aus Gründen des Umweltschutzes installiert.
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Partikelfilter können in Abhängigkeit von der Strömung des Fluids oder Abgases in Nebenstromfilter und Wandstromfilter unterteilt werden. Beim Nebenstromfilter strömt das in einen Kanal eintretende Fluid nicht in andere Kanäle, sondern nur in einen Kanal. Folglich wird der Anstieg des Gegendrucks minimiert, jedoch ist ein Mittel zum Rückhalten des im Fluid enthaltenen Feinstaubs erforderlich und die Filterleistung kann sich verschlechtern. Beim Wandstromfilter strömt das in einen Kanal eintretende Fluid zum benachbarten anderen Kanal und wird dann aus dem Partikelfilter durch den anderen Kanal ausgeleitet. Das heißt, das in den Einlasskanal eintretende Fluid strömt durch eine poröse Wand zu einem Auslasskanal und wird durch den Auslasskanal aus dem Partikelfilter ausgeleitet.
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Wenn das Fluid die poröse Wand passiert, passiert der in den Fluid enthaltenen Feinstaub die poröse Wand nicht, sondern wird rückgehalten. Beim Wandstromfilter kann der Gegendruck ansteigen, aber er filtert den Feinstaub wirksam heraus. Deshalb wird der Wandstromfilter häufig verwendet. In einem Fahrzeug ist mindestens ein Katalysator zusammen mit dem Partikelfilter installiert. Der Katalysator ist zur Reduzierung des im Abgas enthaltenen Kohlenmonoxids (CO), Kohlenwasserstoffs (HC) und Stickoxids (NOx) konfiguriert. Der Katalysator kann physisch getrennt vom Partikelfilter installiert werden oder er kann durch katalytische Beschichtung des Partikelfilters mit dem Partikelfilter zusammengelegt werden.
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Der katalytisch beschichtete Partikelfilter wird als katalytischer Partikelfilter (CPF) bezeichnet. Im CPF wird die katalytische Beschichtung auf die poröse Wand aufgebracht, die den Einlasskanal und den Auslasskanal trennt, und das Fluid passiert die poröse Wand und kommt mit der katalytischen Beschichtung in Kontakt. Zwischen dem durch die poröse Wand getrennten Einlasskanal und dem Auslasskanal kann eine Druckdifferenz bestehen, wodurch das Fluid die poröse Wand schnell passiert. Deshalb ist die Kontaktdauer zwischen der katalytischen Beschichtung und dem Fluid kurz, so dass die katalytische Reaktion nicht ausreichend erfolgt. Wenn außerdem die katalytische Schicht auf der porösen Wand zu dick ist, kann die katalytische Schicht die Mikroporen in der Wand verstopfen oder teilweise verstopfen, so dass die Strömung des Fluids vom Einlasskanal zum Auslasskanal gedrosselt werden kann. Dementsprechend steigt der Gegendruck.
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Um den Anstieg des Gegendrucks auf einem Minimum zu halten, wird der CPF dünn mit der katalytischen Schicht beschichtet. Infolgedessen der auf den CPF aufgebrachten katalytischen Schicht für eine einwandfreie katalytische Reaktion nicht ausreichend. Zur Lösung dieser Probleme kann die Wandoberfläche, auf der die katalytische Schicht aufgebracht ist, durch eine größere Anzahl von Einlasskanälen und Auslasskanälen (im Folgenden allgemein als Zelle bezeichnet) vergrößert werden. Wenn jedoch die Dichte der Zelle in dem begrenzten Raum zunimmt, kann die Wanddicke abnehmen. Die Verringerung der Wanddicke kann eine Verschlechterung der Filterleistung verursachen. Dementsprechend darf die Dichte der Zelle um nicht mehr als eine Grenzdichte zunehmen.
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Die obigen Ausführungen dieses Hintergrund-Abschnitts dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Offenbarung und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil des hierzulande dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Demzufolge stellt die vorliegende Offenbarung einen katalytischen Partikelfilter bereit, mit dem die Katalysatormenge erhöht wird, wobei der Anstieg des Gegendrucks auf einem Minimum gehalten wird. Außerdem stellt die vorliegende Offenbarung einen katalytischen Partikelfilter zum Verlängern der Kontaktdauer zwischen dem Katalysator und dem Fluid bereit, wobei der Anstieg des Gegendrucks minimiert wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung enthält ein katalytischer Partikelfilter mindestens einen Einlasskanal, an dessen einem Ende ein Fluid eintritt und dessen anderes Ende geschlossen ist und sich in Längsrichtung erstreckt; mindestens einen Auslasskanal mit einem Ende, das geschlossen ist, und einem anderen Ende, aus dem das Fluid austritt, und wobei sich das andere Ende in Längsrichtung erstreckt; mindestens eine poröse Wand, die eine Abgrenzung zwischen dem einander benachbarten Einlasskanal und dem Auslasskanal definiert und sich in Längsrichtung erstreckt; und ein katalytisches Aufnahmeelement, das an einer Innenseite des Auslasskanals angeordnet ist, wobei das Aufnahmeelement eine Mehrzahl Kugeln enthält.
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Das Aufnahmeelement kann entweder eine poröse Kugel oder eine den Katalysator aufnehmende Kugel enthalten.
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Das Aufnahmeelement kann eine Keramikkugel enthalten.
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Das Aufnahmeelement kann eine Tonerdekugel enthalten.
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Die poröse Wand kann mit dem Katalysator beschichtet sein.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung enthält ein katalytischer Partikelfilter mindestens einen Einlasskanal mit einem Ende, in den ein Fluid eintritt und einem anderen Ende, das geschlossen ist und sich in Längsrichtung erstreckt; mindestens einen Auslasskanal mit einem geschlossenen Ende und einem anderen Ende, aus dem das Fluid austritt und das sich in Längsrichtung erstreckt; mindestens eine poröse Wand, die eine Abgrenzung zwischen dem einander benachbarten Einlasskanal und dem Auslasskanal definiert und sich in Längsrichtung erstreckt; und ein katalytisches Aufnahmeelement, das an einer Innenseite des Auslasskanals angeordnet ist, wobei das Aufnahmeelement ein poröse Struktur hat.
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Das Aufnahmeelement kann aus mindestens einem Material bestehen, das aus der Gruppe Metallschaum, Metallfaser, Drahtgeflecht, Keramikschaum und Keramikfaser gewählt wird.
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Der Metallschaum, die Metallfaser und das Drahtgeflecht können mindestens ein Metall enthalten, das aus der Gruppe Aluminium, Kupfer, Nickel, Mangan, Magnesium, Eisen und Titan gewählt wird.
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Der Keramikschaum und die Keramikfaser können mindestens ein Element enthalten, das aus der Gruppe Silizium, Kohlenstoff und Stickstoff gewählt wird.
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Das Aufnahmeelement kann mindestens entweder ein katalytisches Schaum- oder katalytisches Fasermaterial enthalten.
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Wie oben beschrieben kann durch Ausbilden des Aufnahmeelements innerhalb mindestens eines Auslasskanals und Aufbringen der katalytischen auf das Aufnahmeelement die Katalysatormenge erhöht werden, während der Anstieg des Gegendrucks auf einem Minimum gehalten wird. Da außerdem die Katalysatormenge und die Kontaktfläche (Kontaktdauer) des Fluids und des Katalysators erhöht werden können, während die Wanddicke konstant bleibt, können eine ausreichende Filterleistung und Katalysatorleistung erzielt werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines katalytischen Partikelfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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2 ist eine Schnittansicht des katalytischen Partikelfilters von 1.
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3 ist eine Rückansicht, die einen Einlasskanal und einen Auslasskanal des katalytischen Partikelfilters von 1 teilweise zeigt.
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4 ist eine Schnittansicht eines katalytischen Partikelfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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5 ist eine Rückansicht, die einen Einlasskanal und einen Auslasskanal des katalytischen Partikelfilters von 4 teilweise zeigt.
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6 ist eine Schnittansicht eines katalytischen Partikelfilters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
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7 bis 9 sind Ansichten, die sequentiell einen Herstellungsprozess eines katalytischen Partikelfilters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Offenbarung dargestellt sind, ausführlicher beschrieben. Für den Fachmann versteht es sich, dass die beschriebenen Ausführungsformen auf unterschiedliche Weise modifiziert werden können, ohne von Geist oder Gültigkeitsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Zeichnungen und die Beschreibung sind als beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten. In der gesamten Beschreibung kennzeichnen identische Bezugszeichen gleiche Elemente. Da ferner Größen und Dicken der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Bestandelemente zum besseren Verständnis und zur einfacheren Beschreibung beliebig angegeben sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. In den Zeichnungen kann die Dicke von Schichten, Filmen, Blechen, Feldern, Zonen, usw. der Deutlichkeit halber übertrieben angegeben sein. In den Zeichnungen sind die Dicken mancher Schichten und Bereiche zum besseren Verständnis und zur einfacheren Beschreibung übertrieben angegeben. Sofern in der Beschreibung nicht ausdrücklich gegenteilig angegeben, ist der Begriff ”aufweisen” und Formen davon wie ”aufweist” oder ”aufweisend” oder so zu verstehen, dass er die Einbeziehung angegebener Elemente einschließt, aber andere Elemente nicht ausschließt. Ferner bedeutet in der Beschreibung die Formulierung ”in einer Ebene” die Betrachtung des Objektabschnitts von oben, die Formulierung ”auf der Rückseite” bedeutet die Betrachtung des Objekts von unten, und die Formulierung ”im Querschnitt” die Betrachtung eines Querschnitts von der Seite, bei dem der Objektabschnitt senkrecht durchgeschnitten ist. Ein katalytischer Partikelfilter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann für verschiedene Einrichtungen angewendet werden, die Energie durch Verbrennen eines fossilen Brennstoffs erzeugen und ein in diesem Prozess entstandenes Gas in die Atmosphäre emittieren, sowie für ein Fahrzeug. In der vorliegenden Beschreibung wird ein katalytischer Partikelfilter in einem Fahrzeug eingesetzt, jedoch muss der katalytische Partikelfilter nicht in einem Fahrzeug eingesetzt werden.
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Ein Verbrennungsmotor zur Energieerzeugung ist im Fahrzeug eingebaut. Der Verbrennungsmotor wandelt durch die Verbrennung eines Kraftstoff-/Luftgemischs chemische Energie in mechanische Energie. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Einlasskrümmer für die Zufuhr von Luft in einen Brennraum verbunden und mit einem Abgaskrümmer, so dass das im Verbrennungsprozess erzeugte Abgas im Abgaskrümmer gesammelt und aus dem Fahrzeug nach außen geleitet wird. Ein Injektor ist im Brennraum oder im Einlasskrümmer zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum oder in den Einlasskrümmer installiert. Das im Verbrennungsmotor erzeugte Abgas wird aus Fahrzeug durch eine Auspuffanlage nach außen geleitet. Die Auspuffanlage kann ein Auspuffrohr und eine Abgasrückführungseinrichtung (EGR) enthalten. Das Auspuffrohr ist mit dem Abgaskrümmer zum Ausleiten des Abgases aus dem Fahrzeug nach außen verbunden. Die Abgasrückführungseinrichtung ist so am Auspuffrohr installiert, dass. das Abgas aus dem Verbrennungsmotor die Abgasrückführungseinrichtung passiert. Außerdem ist die Abgasrückführungseinrichtung so mit dem Einlasskrümmer verbunden, dass ein Teil des Abgases mit der Luft zum Regeln der Verbrennungstemperatur gemischt wird.
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Die Verbrennungstemperatur kann durch EIN-/AUS-Steuern eines EGR-Ventils (nicht dargestellt) an der Abgasrückführungseinrichtung geregelt werden. Das heißt, durch EIN-/AUS-Steuern des EGR-Ventils wird die Menge des dem Einlasskrümmer zugeführten Abgases geregelt. In der Auspuffanlage kann ferner ein am Auspuffrohr installierter Partikelfilter zum Rückhalten des im Abgas enthaltenen Feinstaubs enthalten sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann der Partikelfilter ein katalytischer Partikelfilter zum Rückhalten verschiedener Materialien sowie des im Abgas enthaltenen Feinstaubs sein. Im Folgenden wird der katalytische Partikelfilter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Zunächst wird der katalytische Partikelfilter gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung anhand der 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines katalytischen Partikelfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, 2 ist eine Schnittansicht des katalytischen Partikelfilters von 1, 3 ist eine Rückansicht, die einen Einlasskanal und einen Auslasskanal des katalytischen Partikelfilters von 1 teilweise zeigt. Wie in den 1 bis 3 dargestellt kann der katalytische Partikelfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung mindestens einen Einlasskanal 10 und mindestens einen Auslasskanal 20 in einem Gehäuse enthalten. Eine Mehrzahl Einlasskanäle 10 und Auslasskanäle 20 sind durch eine Wand 30 getrennt. Außerdem kann ein Aufnahmeelement 40 innerhalb mindestens eines Auslasskanals 20 angeordnet sind.
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Sämtliche Einlasskanäle 10 und Auslasskanäle 20 können kollektiv als Zelle bezeichnet werden. Das Gehäuse hat die Form eines Zylinders und die Zelle kann die Form eines Vierecks haben, jedoch sind die Form des Gehäuses und der Zelle nicht darauf beschränkt und können verschiedenartig sein.
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Wie in den 2 und 3 dargestellt erstreckt sich der Einlasskanal 10 entlang der Abgasströmung. Ein vorderes Ende des Einlasskanals 10 ist offen, so dass das Abgas durch den Einlasskanal 10 in den Partikelfilter 1 strömt. Ein hinteres Ende des Einlasskanals 10 ist durch einen ersten Stopfen 12 verschlossen. Demzufolge kann das Abgas im Partikelfilter 1 nicht aus dem Partikelfilter 1 durch den Einlasskanal 10 nach außen strömen. Der Auslasskanal 20 kann sich entlang der Abgasströmung erstrecken und parallel zum Einlasskanal 10 angeordnet sein.
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Bei einer Ausführungsform ist mindestens ein Einlasskanal 10 in der Nähe des Auslasskanals 20 positioniert. Wenn die Form der Zelle z. B. viereckig ist, hat die den Auslasskanal 20 umschließende Wand 30 vier Oberflächen. Mindestens einer der den Auslasskanal 20 umschließenden vier Oberflächen der Wand 30 kann zwischen dem Auslasskanal 20 und dem benachbarten Einlasskanal 10 positioniert sein. Wenn die Form der Zelle viereckig ist, wird der Auslasskanal 20 von vier benachbarten Einlasskanälen 10 umschlossen, und der Einlasskanal 10 von vier benachbarten Auslasskanälen 20, was jedoch keine Beschränkung darstellt.
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Das vordere Ende des Auslasskanals 20 ist durch den zweiten Stopfen 22 verschlossen, so dass das Abgas nicht durch den Auslasskanal 20 in den Partikelfilter 1 strömen kann. Das hintere Ende des Auslasskanals 20 ist offen, so dass das Abgas im Partikelfilter 1 durch den Auslasskanal 20 aus dem Partikelfilter 1 strömen kann.
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Die Wand 30 ist zwischen dem Einlasskanal 10 und dem benachbarten Auslasskanal 20 angeordnet und definiert so eine Abgrenzung. Die Wand 30 kann eine poröse Wand 30 sein, in der mindestens eine Mikropore ausgebildet ist. Die poröse Wand 30 steht in fluidischer Kommunikation mit dem Einlasskanal 10 und dem benachbarten Auslasskanal 20. Demzufolge kann das in den Einlasskanal 10 strömende Abgas durch die poröse Wand 30 in den Auslasskanal 20 strömen.
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Bei einer Ausführungsform lässt die poröse Wand 30 den im Abgas enthaltenen Feinstaub nicht durch. Wenn das Abgas durch die poröse Wand 30 vom Einlasskanal 10 zum Auslasskanal 20 strömt, wird der im Abgas enthaltene Feinstaub von der porösen Wand 30 rückgehalten. Die poröse Wand 30 kann aus Aluminiumtitanat, Cordierit, Siliziumcarbid usw. bestehen.
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Ein Katalysator 50 kann auf die poröse Wand 30 aufgebracht werden. Eine solche Ausgestaltung der Beschichtung des Katalysators 50 ist jedoch nicht einschränkend. Das heißt, je nach Auslegungszielen können unterschiedliche Katalysatoren 50 wie ein 3-Wege-Katalysator, ein Oxidationskatalysator, ein Kohlenwasserstofffallen-Katalysator, ein selektiver katalytischer Reduktionskatalysator (SCR) usw. auf die Wand 30 aufgebracht werden. Außerdem kann der der Katalysator 50 aus zwei oder mehr Typen auf die Wand 30 aufgebracht werden. Zum Beispiel kann der 3-Wege-Katalysator auf die Innenwand des Einlasskanals 10 und der selektive katalytische Reduktionskatalysator auf die Innenwand des Auslasskanals 20 aufgebracht werden.
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Das Aufnahmeelement 40 kann im Innern des Auslasskanals 20 angeordnet sein. Das Aufnahmeelement 40 kann aus einer Mehrzahl kugelförmiger Strukturen bestehen, die den Katalysator aufnehmen, und die Kugelformstrukturen können mindestens einen Teil des Innern des Auslasskanals 20 füllen. Das Aufnahmeelement 40 gemäß einem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Struktur mit ovaler Form als ein Beispiel, jedoch können unterschiedliche Strukturformen bereitgestellt und/oder eingesetzt werden.
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Das Aufnahmeelement 40 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann mindestens aus der porösen Kugel oder der den Katalysator aufnehmenden Kugel bestehen. Das Aufnahmeelement 40 kann z. B. eine Keramikkugel und weiter eine Tonerdekugel (Al2O3) sein.
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Der Katalysator 50 kann auf dem Aufnahmeelement 40 aufgebracht sein. Das heißt, je nach den Auslegungszielen können unterschiedliche Katalysatoren 50 wie ein 3-Wege-Katalysator, ein Oxidationskatalysator, ein Kohlenwasserstofffallen-Katalysator, ein selektiver katalytischer Reduktionskatalysator (SCR) usw. auf dem Aufnahmeelement 40 aufgebracht werden. Außerdem kann der Katalysator 50 aus zwei oder mehr Typen oder Bestandsmaterialien auf dem Aufnahmeelement 40 aufgebracht werden. Zum Beispiel können der 3-Wege-Katalysator und der selektive katalytische Reduktionskatalysator nacheinander auf dem Aufnahmeelement 40 aufgebracht werden. Des Weiteren kann der 3-Wege-Katalysator auf einem Teil des Aufnahmeelements 40 und der selektive katalytische Reduktionskatalysator auf dem verbliebenen Teil aufgebracht werden.
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Der Typ des auf dem Aufnahmeelement 40 auf gebrachten Katalysators 50 kann derselbe oder ein anderer als der auf der auf der Wand 30 aufgebrachte Katalysator 50 sein. Wenn das Aufnahmeelement 40 aus einem porösen Material besteht, wird der Katalysator 50 auf der Oberfläche des Aufnahmeelements 40 und den inneren Poren des Aufnahmeelements 40 aufgebracht. Wenn dagegen das Aufnahmeelement 40 aus nicht porösem Material besteht, kann der Katalysator 50 auf der Oberfläche des Aufnahmeelements 40 aufgebracht werden. Ferner kann die Menge des auf dem Aufnahmeelement 40 aufgebrachten Katalysators 50 größer sein als die Menge des auf die Wand 30 aufgebrachten Katalysators 50.
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Die Wand 30 hat die Funktion eines Filters, wobei der Katalysator 50 dünn Wand 30 aufgetragen werden kann, jedoch hat das Aufnahmeelement 40 nicht die Funktion eines Filters, so dass der Katalysator 50 dick auf dem Aufnahmeelement 40 aufgebracht werden kann.
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Das mit dem Katalysator 50 beschichtete Aufnahmeelement 40 kann gebildet werden, indem das Aufnahmeelement 40, bestehend aus mindestens entweder der porösen Kugel oder der den Katalysator aufnehmenden Kugel mit einem Katalysatorschlamm und einem Verbindungselement zusammen beschichtet werden. Außerdem können ein Trocknungsprozess und ein Einbrennprozess nacheinander ausgeführt werden, um das Aufnahmeelement 40 im Innern des Auslasskanals 20 nach dem Einsetzen des Aufnahmeelements 40 in den Auslasskanal 20 zu fixieren. In diesem Fall kann der Trocknungsprozess bei 100 bis 140°C 1 bis 3 Stunden lang und der Einbrennprozess bei 400 bis 600°C 1 bis 3 Stunden lang ausgeführt werden.
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Wie oben beschrieben kann der Partikelfilter 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung das in den Auslasskanal 20 eingebrachte Aufnahmeelement 40 enthalten, so dass sich die Menge des aufgebrachten Katalysators 50 erhöhen kann. Hierbei bedeutet die Menge des Katalysators 50 die Katalysatormenge, die pro Längeneinheit oder Flächeneinheit aufgebracht wird. Außerdem darf das Aufnahmeelement 40 nur im Auslasskanal 20, d. h. im Kanal in Auslassrichtung, aber nicht im Einlasskanal 10 eingesetzt werden, so dass der Anstieg des Gegendrucks minimiert werden kann.
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Im Folgenden wird der Partikelfilter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung anhand der 4 und 5 beschrieben. 4 ist eine Schnittansicht eines katalytischen Partikelfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, und 5 ist eine Rückansicht, die einen Einlasskanal und einen Auslasskanal des katalytischen Partikelfilters von 4 teilweise zeigt.
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Der katalytische Partikelfilter gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist gleich dem katalytischen Partikelfilter gemäß dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, mit Ausnahme der Struktur des Aufnahmeelements, so dass auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird. Wie in den 4 und 5 dargestellt kann das Aufnahmeelement 40 des Partikelfilters 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung aus mindestens einem Material aus der Gruppe Metallschaum, Metallfaser, Drahtgeflecht, Keramikschaum und Keramikfaser als die poröse Struktur bestehen. Dabei können die Materialien Metallschaum, Metallfaser und Drahtgeflecht mindestens ein Element aus der Gruppe Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Magnesium (Mg), Eisen (Fe) und Titan (Ti) enthalten. Außerdem können die Materialien Keramikschaum und Keramikfaser mindestens ein Element aus der Gruppe Silizium (Si), Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) enthalten. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel kann der Katalysator 50 auf die Oberfläche des Aufnahmeelements 40 aufgebracht werden, und die Menge des aufgebrachten Katalysators 50 kann durch das Aufnahmeelement 40 zunehmen. Außerdem ist das Aufnahmeelement 40 im Auslasskanal 20 eingesetzt, d. h. im Kanal in Auslassrichtung, aber nicht im Einlasskanal 10, so dass ein Anstieg des Gegendrucks auf einem Minimum gehalten werden kann.
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Im Folgenden wird ein Partikelfilter gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung anhand von 6 beschrieben. 6 ist eine Schnittansicht eines katalytischen Partikelfilters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Der katalytische Partikelfilter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist gleich dem katalytischen Partikelfilter gemäß dem oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel, mit Ausnahme der Struktur des Aufnahmeelements, so dass auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
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Wie in 6 dargestellt kann der katalytische Partikelfilter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung den Katalysator 50 enthalten, der mindestens einen Teil des Innern des Auslasskanals 20 ausfüllt. Dabei kann der Katalysator 50 mindestens entweder aus Katalysatorschaum oder aus Katalysatorfaser bestehen. Das heißt, ohne Aufnahmeelement 40 des Katalysators 50 wird der Katalysator 50 in Schaum-, Faser- und/oder in Maschenform ausgebildet.
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Das Verfahren zum Ausbilden des Katalysators 50 im Innern des Auslasskanals 20 des katalytischen Partikelfilters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird anhand der 7 bis 9 beschrieben. Die 7 bis 9 sind Ansichten, die sequentiell einen Herstellungsprozess eines katalytischen Partikelfilters gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellen. Die 7 bis 9 zeigen der Übersichtlichkeit halber nur den Auslasskanal 20 des Partikelfilters 1.
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Zuerst wird wie in 7 dargestellt die Zelle des Partikelfilters 1 mit dem Auslasskanal 20 hergestellt, der von der mit dem Katalysator 50 beschichteten Wand 30 in vier Richtungen umschlossen ist.
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Wie in 8 dargestellt wird außerdem eine Schaumschablone 45 in der dem Innenraum des Auslasskanals 20 entsprechenden Größe hergestellt. Da die Schaumschablone 45 am Ende des Trocknungs- und Einbrennprozesses nach dem später beschriebenen Fixieren des Katalysators entfernt werden muss, muss die Schaumschablone 45 mindestens entweder aus Kohlenstoff, Polymer oder Styropor bestehen.
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Anschließend wird wie in 9 dargestellt nach dem Einbringen der Schaumschablone 45 in den Auslasskanal 20 des Partikelfilters 1 der Katalysatorschlamm in den Auslasskanal 20 gefüllt, so dass die Schaumschablone 45 gleichmäßig beschichtet wird.
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Danach kann durch Entfernen der Schaumschablone 45 am Ende der Trocknungs- und Einbrennprozesse und des Härtens des Katalysators 50 der auf der Schaumschablone 45 aufgebrachte Katalysator 50 in die Katalysatorschaumform gebracht werden, die der ursprünglichen Form der Schaumschablone 45 ähnlich ist, womit der Partikelfilter gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel von 6 fertiggestellt ist.
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Da wie oben beschrieben im katalytischen Partikelfilter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung das Aufnahmeelement im Innern mindestens eines Auslasskanals ausgebildet ist und der Katalysator auf dem Aufnahmeelement aufgebracht wird, kann die Katalysatormenge erhöht werden, während ein Anstieg des Gegendrucks auf einem Minimum gehalten wird. Da außerdem die aufzubringende Katalysatormenge und die Kontaktfläche (Kontaktdauer) des Fluids und des Katalysators erhöht werden können, während die Wanddicke konstant bleibt, können eine ausreichende Filterleistung und Katalysatorleistung erzielt werden.
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Obwohl diese Offenbarung in Zusammenhang mit für derzeit als praktikabel geltenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen innerhalb von Geist und Gültigkeitsbereich der beigefügten Ansprüche abdecken soll.
