DE102017103555A1 - Particulate filter for an internal combustion engine with a catalytically active coating - Google Patents
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Abstract
Um einenPartikelfilter (10) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung (28) zur Reinigung eines Abgases (22), wobei der Partikelfilter (10) von einer Vielzahl von Kanälen (12, 14) durchzogenen ist, die mit der katalytisch wirksamen Beschichtung (28) zumindest teilweise versehen und wechselseitig verschlossen sind, und wobei die Kanalwände (18) zum Durchtritt des Abgases durch die Kanalwände (18) von zur Eintrittsseite (20) offenen Kanälen (12) in zur Austrittsseite (24) offene Kanäle (14) porös sind, bereitzustellen, der einen bedarfsgerechten Einsatz von Washcoat und Edelmetallen ermöglicht und daher deren Verbrauch im Vergleich zum Stand der Technik reduziert, wird vorgeschlagen, dass die zur Eintrittsseite (20) offenen Kanäle (12) an den verschlossenen Enden über eine vorgegebene Länge (l) verfüllt sind und/oder die zur Austrittsseite (24) offenen Kanäle (14) an den verschlossenen Enden über eine vorgegebene Länge (l) verfüllt sind, wodurch jeweils eine freie Länge (l, l) der Kanäle (12, 14) resultiert und im Bereich, in dem sich die freie Länge (l) der zur Eintrittsseite (20) offenen Kanälen (12) mit der freie Länge (l) der zur Austrittsseite (24) offenen Kanäle (14) überschneidet, ein Durchtrittbereich (26) in den Kanalwänden (18) für das Abgas (22) angeordnet ist.).A particulate filter (10) for an internal combustion engine having a catalytically active coating (28) for purifying an exhaust gas (22), the particulate filter (10) being crossed by a plurality of channels (12, 14) which are in contact with the catalytically active coating (28). 28) are at least partially provided and mutually closed, and wherein the channel walls (18) for the passage of the exhaust gas through the channel walls (18) of the inlet side (20) open channels (12) in the outlet side (24) open channels (14) porous It is proposed that the channels (12) open to the entry side (20) be provided at the closed ends over a predetermined length (l.), providing a need-based use of washcoat and precious metals, and therefore reducing their consumption compared to the prior art ) are filled and / or the channels (14) open at the outlet end (24) are filled at the closed ends over a predetermined length (1) d, whereby in each case a free length (l, l) of the channels (12, 14) results and in the region in which the free length (l) of the inlet side (20) open channels (12) with the free length (l ) which intersects the outlet side (24) open channels (14), a passage region (26) in the channel walls (18) for the exhaust gas (22) is arranged.).
Description
Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung zur Reinigung eines Abgases, wobei der Partikelfilter von einer Vielzahl von Kanälen durchzogenen ist, die mit der katalytisch wirksamen Beschichtung zumindest teilweise versehen und wechselseitig verschlossen sind, und wobei die Kanalwände zum Durchtritt des Abgases durch die Kanalwände von zur Eintrittsseite offenen Kanälen in zur Austrittsseite offene Kanäle porös sind.The invention relates to a particulate filter for an internal combustion engine having a catalytically active coating for purifying an exhaust gas, wherein the particulate filter is crossed by a plurality of channels, which are at least partially provided with the catalytically active coating and mutually closed, and wherein the channel walls for the passage of Exhaust gases are porous through the channel walls of channels open to the inlet side in open channels to the outlet side.
Partikelfilter dienen zur Abgasnachbehandlung von Otto- und Dieselbrennkraftmaschinen, um deren Partikelemission zu mindern. Ein Partikelfilter basiert üblicherweise auf einem mit Kanälen in Strömungsrichtung versehenen Filterkörper, wobei die Kanäle wechselseitig verschlossen sind und die Kanalwände eine vorbestimmte Porosität aufweisen. Durch den wechselseitigen Verschluss der Kanäle wird ein Wanddurchtritt des den Filterkörper durchströmenden Abgases erzwungen, wodurch im Abgas befindliche Partikel aus dem Abgas herausgefiltert werden. Die Kanalwände können zudem mit einer Beschichtung versehen sein, die ein edelmetallhaltiges Katalysatormaterial zur weiteren Abgasbehandlung enthält. Die katalytisch wirksame Beschichtung wird als ein sogenannter „Washcoat“ aufgetragen.Particulate filters are used for exhaust aftertreatment of petrol and diesel internal combustion engines in order to reduce their particle emission. A particulate filter is usually based on a filter body provided with channels in the flow direction, wherein the channels are mutually closed and the channel walls have a predetermined porosity. Due to the mutual closure of the channels, a wall passage of the exhaust gas flowing through the filter body is forced, as a result of which particles located in the exhaust gas are filtered out of the exhaust gas. The channel walls can also be provided with a coating which contains a noble metal-containing catalyst material for further exhaust gas treatment. The catalytically active coating is applied as a so-called "washcoat".
Die wechselseitig verschlossenen Kanäle verlaufen über die gesamte Kanallänge, die der Länge des Filterkörpers entspricht, parallel, wobei der exakte Bereich, an dem das Abgas von einem Kanal durch die Kanalwand in den anderen Kanal, der auslassseitig offen ist, übertritt, nicht eindeutig bestimmbar ist. Daher werden alle Kanäle weitgehend mit der edelmetallhaltigen Beschichtung versehen, um eine ausreichende Kontaktierung des Abgases mit der Beschichtung sicherzustellen. Dies führt jedoch dazu, dass mehr Washcoat und Edelmetall eingesetzt werden als eigentlich notwendig ist.The mutually sealed channels extend parallel over the entire length of the channel corresponding to the length of the filter body, and the exact range at which the exhaust gas passes from one channel through the channel wall to the other channel open on the outlet side can not be determined unambiguously , Therefore, all channels are largely provided with the noble metal-containing coating to ensure sufficient contact of the exhaust gas with the coating. However, this means that more washcoat and precious metal are used than is actually necessary.
In der
Einzelne Kanäle werden mit einem Füllmaterial teilweise gefüllt, um beim Betrieb des Filters thermische Belastungen durch lokale Anpassung der Wärmekapazität des Filters zu reduzieren. Dadurch wird auch die vom Abgas durchströmbare Kanallänge variiert.Individual channels are partially filled with a filler material to reduce thermal stresses during operation of the filter by locally adjusting the heat capacity of the filter. As a result, the flow through the exhaust gas channel length is varied.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Partikelfilter mit einer edelmetallhaltigen Beschichtung bereitzustellen, der einen bedarfsgerechten Einsatz von Washcoat und Edelmetallen ermöglicht.The invention has for its object to provide a particle filter with a noble metal-containing coating that allows a needs-based use of washcoat and precious metals.
Die Aufgabe wird durch einen Partikelfilter nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a particle filter according to claim 1. Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.
Es wird erfindungsgemäß ein Partikelfilter für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung zur Reinigung eines Abgases bereitgestellt, wobei der Partikelfilter von einer Vielzahl von Kanälen durchzogen ist, die mit der katalytisch wirksamen Beschichtung (Washcoat) zumindest teilweise versehen und wechselseitig verschlossen sind. Die Kanalwände sind zum Durchtritt des Abgases durch die Kanalwände von zur Eintrittsseite offenen Kanälen in zur Austrittsseite offene Kanäle porös, wobei die zur Eintrittsseite offenen Kanäle an den verschlossenen Enden über eine vorgegebene Länge verfüllt sind und/oder die zur Austrittsseite offenen Kanäle an den verschlossenen Enden über eine vorgegebene Länge verfüllt sind, wodurch jeweils eine freie Länge der Kanäle resultiert und im Bereich, in dem sich die freie Länge der zur Eintrittsseite offenen Kanälen mit der freie Länge der zur Austrittsseite offenen Kanäle überschneidet, ein Durchtrittbereich in den Kanalwänden für das Abgas angeordnet ist.According to the invention, a particulate filter for an internal combustion engine with a catalytically active coating for purifying an exhaust gas is provided, wherein the particulate filter is traversed by a multiplicity of channels which are at least partially provided with the catalytically active coating (washcoat) and mutually closed. The channel walls are porous to the passage of the exhaust gas through the channel walls open to the inlet side channels in the outlet side open channels, wherein the channels open to the inlet side are filled at the closed ends over a predetermined length and / or open to the outlet side channels at the closed ends are filled over a predetermined length, which in each case results in a free length of the channels and in the region in which the free length of the channels open to the inlet side overlaps with the free length of the channels open to the outlet side, arranged a passage area in the channel walls for the exhaust gas is.
Die freie Länge der zur Eintrittsseite offenen Kanäle und der zur Austrittsseite offenen Kanäle kann entweder gleich sein oder sich unterscheiden. Dementsprechend kann der Durchtrittbereich in den Kanalwänden für das Abgas mittig im Partikelfilter angeordnet sein, zwischen der Mitte des Partikelfilters und der Eintrittsseite für das Abgas oder zwischen der Mitte des Partikelfilters und der Austrittsseite für das Abgas.The free length of the channels open to the inlet side and the channels open to the outlet side may either be the same or different. Accordingly, the passage area in the exhaust gas passage walls may be centrally located in the particulate filter, between the center of the particulate filter and the exhaust gas entrance side or between the center of the particulate filter and the exhaust gas outlet side.
Die freie Länge aller zur Eintrittsseite offenen Kanäle ist dabei stets gleich und die freie Länge aller zur Austrittsseite offenen Kanäle ist dabei ebenfalls stets gleich.The free length of all open to the inlet side channels is always the same and the free length of all the channels open to the exit side is always the same.
Durch die Anordnung und Länge des Durchtrittbereiches kann vorteilhafterweise Einfluss auf eine thermische Belastung des Partikelfilters genommen werden.Due to the arrangement and length of the passage area can be advantageously taken advantage of a thermal load of the particulate filter.
Die Länge des Durchtrittbereichs beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 80 %, besonders bevorzugt zwischen 15 und 60 % und am meisten bevorzugt zwischen 20 und 30 % der Gesamtlänge des Partikelfilter. Über die Länge des Durchtrittbereichs kann vorteilhafterweise auch die Menge der Partikel, die maximal eingelagert werden können bestimmt werden. Zudem kann darüber Einfluss auf die Druckverhältnisse im Partikelfilter genommen werden. The length of the passage region is preferably between 10 and 80%, more preferably between 15 and 60% and most preferably between 20 and 30% of the total length of the particulate filter. Over the length of the passage region can advantageously also the amount of particles that can be stored maximally be determined. In addition, it can influence the pressure conditions in the particle filter.
Die freie Länge der Kanäle wird durch Stopfen, die zum Verschließen der Kanäle verwendet werden, bestimmt und wie weit diese in die Kanäle hineinragen. Alternativ können die Kanäle auch mit einem Füllmaterial in Verbindung mit einem Stopfen in ihrer Länge variiert werden. Weiterhin sind auch sonstige Ausgestaltungen zur Variierung der Kanallänge möglich.The free length of the channels is determined by plugs used to close the channels and how far they extend into the channels. Alternatively, the channels may also be varied in length with a filler material in conjunction with a plug. Furthermore, other configurations for varying the channel length are possible.
Der Partikelfilter besteht aus den dem Fachmann bekannten Materialien. Vorzugsweise wird der Partikelfilter aus einem keramischen Material oder Metall und besonders bevorzugt aus einem keramischen Material bestehen, wobei die Poren der Kanalwände vorzugsweise 5 - 50 µm, besonders bevorzugt 18 - 22 µm groß sind.The particle filter consists of the materials known to those skilled in the art. The particle filter is preferably made of a ceramic material or metal and particularly preferably of a ceramic material, wherein the pores of the channel walls are preferably 5-50 μm, more preferably 18-22 μm.
Die katalytisch wirksame Beschichtung (Washcoat) kann derart realisiert werden, dass diese auf die Kanalwände aufgebracht wird, wobei auch eine gewisse Eindringungstiefe in die Kanalwände gegeben sein kann, oder dass diese vollständig in die Kanalwände eingebracht wird, wodurch der Querschnitt der Kanalwände nicht reduziert wird.The catalytically active coating (washcoat) can be realized in such a way that it is applied to the channel walls, wherein a certain depth of penetration into the channel walls can be given or that it is completely introduced into the channel walls, whereby the cross section of the channel walls is not reduced ,
Die Beschichtung kann bei den zur Eintrittsseite offenen Kanälen und/oder bei den zur Austrittsseite offenen Kanälen vorgesehen sein. Auch eine nur teilweise Beschichtung der entsprechenden Kanäle ist erfindungsgemäß vorgesehen.The coating may be provided at the channels open to the inlet side and / or at the channels open at the outlet side. Even a partial coating of the corresponding channels is provided according to the invention.
Da bei dem erfindungsgemäßen Partikelfilter vorteilhafterweise bekannt ist, wo der Durchtritt des Abgases erfolgt, kann, um den Gegendruck des Partikelfilters möglichst gering zu halten, eine Beschichtung nur auf einer Seite des Durchtrittbereichs vorgesehen sein. Auch kann in diesem Bereich eine Beschichtung komplett entfallen, wenn in den Kanälen ansonsten ausreichend Beschichtung vorhanden ist.Since in the particulate filter according to the invention is advantageously known, where the passage of the exhaust gas takes place, in order to keep the back pressure of the particulate filter as low as possible, a coating may be provided only on one side of the passage area. Also, in this area, a coating can be completely eliminated if otherwise sufficient coating is present in the channels.
Vorzugsweise ist für den erfindungsgemäßen Partikelfilter und dementsprechend für die Beschichtung zumindest ein katalytisch wirksames Material aus nachfolgender Gruppe ausgewählt vorgesehen: Platin, Palladium, Rhodium, Barium und Zeolith, besonders bevorzugt Platin, Palladium und Rhodium.At least one catalytically active material selected from the following group is preferably provided for the particle filter according to the invention and, accordingly, for the coating: platinum, palladium, rhodium, barium and zeolite, particularly preferably platinum, palladium and rhodium.
Der erfindungsgemäße Partikelfilter kann vorteilhafterweise zur Verwendung mit einer Otto- oder Dieselbrennkraftmaschine ausgelegt sein.The particulate filter according to the invention can be advantageously designed for use with a gasoline or diesel internal combustion engine.
Vorteilhafterweise kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Partikelfilters die Menge an benötigtem Edelmetall deutlich verringert werden, da der Durchtrittbereich des Abgases durch die Kanalwände genau definiert ist und somit auch nur die tatsächlich benötigte Menge an katalytischer Beschichtung eingesetzt werden muss.Advantageously, can be significantly reduced by the inventive design of a particulate filter, the amount of precious metal needed because the passage area of the exhaust gas is precisely defined by the channel walls and thus only the actually required amount of catalytic coating must be used.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application are, unless otherwise stated in the individual case, advantageously combinable with each other.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 in einer geschnittenen Detailansicht zwei wechselseitig verschlossene Kanäle eines Partikelfilters nach dem Stand der Technik, -
2 in einer geschnittenen Detailansicht zwei wechselseitig verschlossene Kanäle eines erfindungsgemäßen Partikelfilters ohne Darstellung der Beschichtung, -
3 in einer geschnittenen Detailansicht die zwei wechselseitig verschlossenen Kanäle des erfindungsgemäßen Partikelfilters nach2 mit abweichender Abgasführung, und -
4 in einer geschnittenen Detailansicht zwei wechselseitig verschlossene Kanäle eines erfindungsgemäßen Partikelfilters nach einer zweiten Ausführungsform mit Darstellung der Beschichtung.
-
1 in a sectional detail view two mutually closed channels of a particle filter according to the prior art, -
2 in a sectional detail view two mutually closed channels of a particle filter according to the invention without showing the coating, -
3 in a sectional detail view of the two mutually closed channels of the particle filter according to the invention after2 with deviating exhaust system, and -
4 in a sectional detail view of two mutually closed channels of a particulate filter according to the invention according to a second embodiment with representation of the coating.
In den nachfolgenden
In den
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Partikelfilterparticulate Filter
- 12, 1412, 14
- Kanalchannel
- 1616
- StopfenPlug
- 1818
- Kanalwandchannel wall
- 2020
- Eintrittsseiteentry page
- 2222
- Abgas/PfeilGas / arrow
- 2424
- Austrittsseiteexit side
- 2626
- DurchtrittbereichPassage region
- 2828
- katalytische Beschichtung catalytic coating
- lges l ges
- Länge des gesamten PartikelfiltersLength of the entire particle filter
- lEfüll l filling
- Länge des verfüllten KanalsLength of the filled channel
- lAfüll l filling
- Länge des verfüllten KanalsLength of the filled channel
- lEfrei l Free
- freie Längefree length
- lAfrei l Afrei
- freie Längefree length
- lD l D
- Länge des DurchtrittbereichsLength of the passage area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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