DE102017103555B4 - Particulate filter for an internal combustion engine with a catalytically active coating - Google Patents
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Abstract
Partikelfilter (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, wobei die zur Eintrittsseite (20) offenen Kanäle (12) an den verschlossenen Enden über eine vorgegebene Länge (lEfüll) verfüllt sind und/oder die zur Austrittsseite (24) offenen Kanäle (14) an den verschlossenen Enden über eine vorgegebene Länge (lAfüll) verfüllt sind, wodurch jeweils eine freie Länge (lEfrei, lAfrei) der Kanäle (12, 14) resultiert und im Bereich, in dem sich die freie Länge (lEfrei) der zur Eintrittsseite (20) offenen Kanäle (12) mit der freien Länge (lAfrei) der zur Austrittsseite (24) offenen Kanäle (14) überschneidet, ein Durchtrittbereich (26) in den Kanalwänden (18) für das Abgas (22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände (18) der zur Eintrittsseite (20) offenen Kanäle (12) und die Kanalwände (18) der zur Austrittsseite (24) offenen Kanäle (14) teilweise mit der katalytisch wirksamen Beschichtung (28) versehen sind, wobei der Durchtrittbereich (26) nicht oder nur einseitig mit der katalytisch wirksamen Beschichtung (28) versehen ist.Particulate filter (10) for an internal combustion engine with a catalytically active coating (28) for cleaning an exhaust gas (22), the particulate filter (10) being traversed by a large number of channels (12, 14) which are coated with the catalytically active coating (28 ) are at least partially provided and mutually closed, and wherein the duct walls (18) are porous for the passage of the exhaust gas through the duct walls (18) from ducts (12) open to the inlet side (20) into ducts (14) open to the outlet side (24). , whereby the channels (12) open to the inlet side (20) at the closed ends are filled over a predetermined length (lEfill) and/or the channels (14) open to the outlet side (24) at the closed ends over a predetermined length (lAfill ) are filled, resulting in a free length (lEfrei, lAfrei) of the channels (12, 14) and in the area in which the free length (lEfrei) of the inlet side (20) open channels (12) with the free n length (lAfrei) of the ducts (14) open to the outlet side (24), a passage area (26) is arranged in the duct walls (18) for the exhaust gas (22), characterized in that the duct walls (18) of the inlet side (20) open channels (12) and the channel walls (18) of the channels (14) open to the outlet side (24) are partially provided with the catalytically active coating (28), with the passage area (26) not having the catalytically active coating or only on one side effective coating (28) is provided.
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 particle filter for an internal combustion engine with a catalytically active coating for cleaning an exhaust gas, the particle filter being traversed by a large number of channels which are at least partially provided with the catalytically active coating and are mutually closed, and the channel walls for the passage of the Exhaust gas through the channel walls from the inlet side open channels to the outlet side open channels are porous.
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 the after-treatment of exhaust gas from petrol and diesel internal combustion engines in order to reduce their particle emissions. A particle filter is usually based on a filter body provided with channels in the direction of flow, the channels being mutually closed and the channel walls having a predetermined porosity. The alternating closure of the channels forces the exhaust gas flowing through the filter body to pass through the wall, as a result of which particles in the exhaust gas are filtered out of the exhaust gas. The channel walls can also be provided with a coating that contains a noble metal-containing catalyst material for further exhaust gas treatment. The catalytically effective 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 alternately closed channels run parallel over the entire length of the channel, which corresponds to the length of the filter body. The exact area where the exhaust gas passes from one channel through the channel wall into the other channel, which is open on the outlet side, cannot be clearly determined . Therefore, all ducts are largely provided with the precious metal-containing coating in order to ensure sufficient contact between the exhaust gas and 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 filling material in order to reduce thermal loads during operation of the filter by locally adapting the heat capacity of the filter. This also varies the channel length through which the exhaust gas can flow.
Aus der
Die
Aus der
Ferner offenbart die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Partikelfilter mit einer edelmetallhaltigen Beschichtung bereitzustellen, der einen bedarfsgerechten Einsatz von Washcoat und Edelmetallen ermöglicht.The invention is based on the object of providing a particle filter with a coating containing precious metals, which enables the washcoat and precious metals to be used as required.
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 the subject matter 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.There is provided according to the invention a particle filter for an internal combustion engine with a catalytically active coating for cleaning an exhaust gas, wherein the particle filter from is traversed by a large number of channels which are at least partially provided with the catalytically active coating (washcoat) and are mutually closed. The duct walls are porous for passage of the exhaust gas through the duct walls from ducts open to the inlet side to ducts open to the outlet side, with the ducts open to the inlet side being filled at the closed ends over a predetermined length and/or the ducts open to the outlet side at the closed ends are filled over a predetermined length, resulting in a free length of the ducts and in the area in which the free length of the ducts open on the inlet side intersects with the free length of the ducts open on the outlet side, a passage area is arranged in the duct 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 entry side and the channels open to the exit side can either be the same or different. Accordingly, the passage area in the channel walls for the exhaust gas can be arranged centrally in the particle filter, between the center of the particle filter and the entry side for the exhaust gas or between the center of the particle filter and the exit side for the exhaust gas.
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 channels open to the inlet side is always the same and the free length of all channels open to the outlet side is also always the same.
Durch die Anordnung und Länge des Durchtrittbereiches kann vorteilhafterweise Einfluss auf eine thermische Belastung des Partikelfilters genommen werden.The arrangement and length of the passage area can advantageously influence a thermal load on the particle 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 area is preferably between 10 and 80%, particularly preferably between 15 and 60%, and most preferably between 20 and 30% of the total length of the particle filter. The maximum quantity of particles that can be stored can also advantageously be determined via the length of the passage area. In addition, the pressure conditions in the particle filter can be influenced.
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 the plugs used to close the channels and how far they protrude into the channels. Alternatively, the length of the channels can also be varied using a filling material in conjunction with a plug. Furthermore, other configurations for varying the channel length are also 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, with the pores of the channel walls preferably having a size of 5-50 μm, particularly 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 implemented in such a way that it is applied to the channel walls, in which case a certain penetration depth into the channel walls can also be given, or that it is completely introduced into the channel walls, whereby the cross section of the channel walls is not reduced .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zur Eintrittsseite offenen Kanäle und die zur Austrittsseite offenen Kanäle teilweise mit einer katalytischen Beschichtung versehen sindAccording to the invention, the channels open to the inlet side and the channels open to the outlet side are partially provided with a catalytic coating
Ferner ist erfindungsgemäß bei dem Partikelfilter vorgesehen, dass in einem Bereich, wo der Durchtritt des Abgases erfolgt, eine Beschichtung nur auf einer Seite des Durchtrittbereichs oder die Beschichtung im Durchgangsbereich komplett entfällt, um den Gegendruck des Partikelfilters möglichst gering zu halten. Insbesondere kann eine Beschichtung komplett entfallen, wenn in den Kanälen ansonsten ausreichend Beschichtung vorhanden ist.Furthermore, the invention provides for the particle filter that in an area where the exhaust gas passes through, a coating is omitted only on one side of the passage area or the coating in the passage area is completely omitted in order to keep the back pressure of the particle filter as low as possible. In particular, a coating can be omitted entirely if there is otherwise sufficient coating 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 particle filter according to the invention can advantageously be designed for use with an Otto 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 katalytisch wirksamer Beschichtung eingesetzt werden muss.Advantageously, the amount of precious metal required can be significantly reduced by the inventive design of a particle filter, since the passage area of the exhaust gas through the channel walls is precisely defined and therefore only the actually required amount of catalytically active coating has to be used.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.
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 detailed sectional view, two alternately closed channels of a particle filter according to the prior art, -
2 in a sectional detailed view, two alternately closed channels of a particle filter according to the invention without showing the coating, -
3 in a detailed sectional view, the two mutually closed channels of the particle filter according to the invention2 with different exhaust routing, and -
4 in a sectional detailed view two mutually closed channels of a particle filter according to a second embodiment of the invention showing the coating.
In den nachfolgenden
In den
In
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Partikelfilterparticle filter
- 12, 1412, 14
- Kanalchannel
- 1616
- StopfenPlug
- 1818
- Kanalwandcanal wall
- 2020
- Eintrittsseiteentry side
- 2222
- Abgas/PfeilExhaust/Arrow
- 2424
- Austrittsseiteexit side
- 2626
- Durchtrittbereichpassage area
- 2828
- katalytisch wirksame Beschichtungcatalytically active coating
- lgestotal
- Länge des gesamten PartikelfiltersLength of the entire particle filter
- lEfülllEfill
- Länge des verfüllten Kanalslength of backfilled canal
- lAfülllAfull
- Länge des verfüllten Kanalslength of backfilled canal
- lEfreilEfree
- freie Längefree length
- lAfreilAfree
- freie Längefree length
- lDID
- Länge des DurchtrittbereichsLength of the transition area
Claims (8)
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