DE102017218573A1 - Method for pretreatment of a particulate filter, particulate filter and motor arrangement - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Partikelfilters angegeben, welches ein Aufbringen einer kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Partikelfilters und ein Ausbilden von Ruß auf der Oberfläche des Partikelfilters mittels unvollständiger Oxidation der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung aufweist.Daneben werden ein Partikelfilter und eine Motoranordnung mit einem solchen Partikelfilter angegeben, wobei eine Oberfläche des Partikelfilters zumindest teilweise eine kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung aufweist.A method of pretreating a particulate filter is disclosed which comprises applying a hydrocarbonaceous composition to a surface of the particulate filter and forming soot on the surface of the particulate filter by incomplete oxidation of the hydrocarbonaceous composition. Next to this are a particulate filter and a motor assembly having such a particulate filter wherein a surface of the particulate filter at least partially comprises a hydrocarbonaceous composition.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Partikelfilters, einen Partikelfilter sowie eine Motoranordnung mit einem solchen Partikelfilter.The present invention relates to a method for pretreatment of a particulate filter, a particulate filter and a motor assembly with such a particulate filter.
Partikelfilter finden zunehmend sowohl im Abgasstrang von Diesel- als auch von Ottomotoren Verwendung, um partikuläre Schadstoffe, insbesondere Rußpartikel, aus dem Abgasstrom heraus zu filtern und so deren Emission in die Umgebung zu verringern. In gewissen Zeitabständen ist eine Regeneration des Partikelfilters erforderlich, bei der die heraus gefilterten Partikel unter Temperaturerhöhung verbrannt werden. Diese Verbrennung erfolgt jedoch nicht rückstandsfrei, so dass sich mit zunehmender Betriebsdauer Ascheablagerungen auf der Partikelfilteroberfläche akkumulieren.Particulate filters are increasingly being used both in the exhaust system of diesel engines and in gasoline engines in order to filter out particulate pollutants, in particular soot particles, from the exhaust gas flow and thus reduce their emission into the environment. At certain intervals, a regeneration of the particulate filter is required, in which the filtered out particles are burned under temperature increase. However, this combustion does not take place without residue, so that as the operating time increases, ash deposits accumulate on the particle filter surface.
In der
Allerdings kann mit diesem Verfahren die Mindestbeladung erst nach einer gewissen Betriebsdauer des Motors erreicht werden, da nur während des Motorbetriebs Rußpartikel gebildet werden. Bei der Erstinbetriebnahme des Motors verbleibt es hingegen bei der niedrigeren Filtereffizienz. Zudem wird durch die Rußbeladung ein starker Abgasgegendruck aufbaut, der zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt und darüber hinaus die Klopfwahrscheinlichkeit von Ottomotoren beim Betreiben unter hoher Last erhöht.However, with this method, the minimum load can be achieved only after a certain period of operation of the engine, since soot particles are formed only during engine operation. On initial start-up of the engine, however, it remains at the lower filter efficiency. In addition, the soot load builds up a strong exhaust backpressure, which leads to increased fuel consumption and, moreover, increases the knock probability of gasoline engines when operating under high load.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit anzugeben, mit der bereits bei Erstinbetriebnahme eines Motors eine ausreichende Filterleistung ermöglicht werden kann. Zudem wäre es wünschenswert, den Aufbau eines Abgasgegendrucks zu verringern und die damit verbundenen Nachteile weitgehend zu vermeiden.The object of the present invention is therefore to specify a possibility with which a sufficient filter performance can already be made possible at the first commissioning of an engine. In addition, it would be desirable to reduce the build-up of an exhaust backpressure and to largely avoid the associated disadvantages.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche enthalten Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösungen.This object is achieved by the subject matters of the independent claims. The dependent claims contain embodiments of these inventive solutions.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung der Erfinder, dass insbesondere, aber nicht nur, bei der Verwendung von Partikelfiltern im Abgasstrang von Ottomotoren die Filtereffizienz, d. h. das Verhältnis von heraus gefilterten Partikeln zu den insgesamt vorhandenen Partikeln einer bestimmten Größe, nach einer gewissen anfänglichen Betriebsdauer (Einfahrphase), die beispielsweise bei Ottomotoren einer ungefähren Laufleistung von 3000 km entspricht, deutlich zunimmt. Dies ist auf die Ausbildung einer Rußschicht bzw. eines Filterkuchens auf der Oberfläche des Partikelfilters zurückzuführen, die aus den im Abgasstrom enthaltenen Rußpartikeln gebildet wird.The invention is based on the finding of the inventors that the filter efficiency, in particular, but not only, the use of particulate filters in the exhaust system of gasoline engines, d. H. The ratio of filtered-out particles to the total existing particles of a certain size, after a certain initial operating time (retraction), which corresponds for example in gasoline engines of an approximate mileage of 3000 km, significantly increases. This is due to the formation of a soot layer or a filter cake on the surface of the particulate filter, which is formed from the soot particles contained in the exhaust stream.
Um bereits bei der Erstinbetriebnahme eines Motors mit Partikelfilter ein ausreichendes Herausfiltern von partikulären Schadstoffen zu ermöglichen, sollte ein neuer Partikelfilter derzeit aufgrund der zu diesem Zeitpunkt noch fehlenden Rußschicht eine sehr geringe Porengröße aufweisen. Dies ist jedoch nach einer gewissen Betriebsdauer nachteilig, da sich durch die Kombination von geringer Porengröße und der sich ausbildenden Rußschicht der Abgasgegendruck weiter erhöht und sich die damit verbundenen oben angeführten nachteiligen Auswirkungen verstärken.In order to enable a sufficient filtering out of particulate pollutants already at the first commissioning of an engine with particle filter, a new particulate filter should currently have a very small pore size due to the still missing at that time soot layer. However, this is disadvantageous after a certain period of operation, since the exhaust gas backpressure is further increased by the combination of small pore size and the soot layer which forms, and the associated adverse effects mentioned above are intensified.
Im späteren Verlauf, d. h. nach Ablauf der Einfahrzeit, könnte die Porengröße hingegen deutlich größer gewählt werden, ohne dass sich die Filtereffizienz signifikant verringert, da nunmehr die ausgebildete Ruß- und/oder Asche enthaltende Schicht ebenfalls zur Filterung beiträgt.Later, d. H. on the other hand, after expiration of the break-in period, the pore size could be chosen to be significantly greater without significantly reducing the filter efficiency, since now the formed soot and / or ash-containing layer also contributes to the filtering.
Grundgedanke der Erfindung ist es daher, einen Partikelfilter herzustellen und zu verwenden, dessen Porosität auf die Verhältnisse nach Ablauf der Einfahrphase abgestimmt ist.The basic idea of the invention is therefore to produce and use a particle filter whose porosity is matched to the conditions at the end of the run-in phase.
Um jedoch auch während der Einfahrphase eine ausreichende Filtereffizienz zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, die Oberfläche des unbenutzten Partikelfilters mit einer kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung zu beschichten, aus der anschließend mittels unvollständiger Oxidation Ruß gebildet wird. Dazu kann die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung beispielsweise während des erstmaligen Betriebs des Verbrennungsmotors unvollständig verbrannt werden. Der gebildete Ruß trägt zusätzlich zur Filterung bei, sodass die Filtereffizienz erhöht wird.However, in order to ensure sufficient filter efficiency even during the run-in phase, it is proposed to coat the surface of the unused particulate filter with a hydrocarbon-containing composition, from which carbon black is subsequently formed by means of incomplete oxidation. For this purpose, the hydrocarbon-containing composition can be incompletely burned, for example during the initial operation of the internal combustion engine. The formed soot adds to the filtering, increasing the filter efficiency.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vorbehandlung eines Partikelfilters weist ein Aufbringen einer kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Partikelfilters und nachfolgend ein Ausbilden von Ruß auf der Oberfläche des Partikelfilters mittels unvollständiger Oxidation der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung auf. Die unvollständige Oxidation bezieht sich dabei auf den Kohlenstoff der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung, d. h. der Kohlenstoff der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung wird (teilweise) oxidiert. Die Ausbildung von Ruß auf der Oberfläche des Partikelfilters führt zur Rußbeladung des Partikelfilters.An inventive method for pretreating a particulate filter comprises applying a hydrocarbon-containing composition to a surface of the particulate filter and subsequently forming carbon black on the surface of the particulate filter by incomplete oxidation of the hydrocarbon-containing composition. The incomplete oxidation refers to the carbon of the hydrocarbon-containing Composition, ie the carbon of the hydrocarbon-containing composition is (partially) oxidized. The formation of soot on the surface of the particulate filter leads to soot loading of the particulate filter.
Bei dem Partikelfilter kann es sich beispielsweise um einen Wandstromfilter oder einen Nebenstromfilter handelt. Der Partikelfilter kann Filterwände aus unterschiedlichen porösen Werkstoffen, wie z. B. Keramiken oder Metallen aufweisen und ist üblicherweise in einem Gehäuse angeordnet. Der Partikelfilter kann mit einer katalytischen Beschichtung, z. B. einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduzierung, zur Oxidation von Kohlenmonoxid und/oder Kohlenwasserstoffen oder für einen Drei-Wege-Katalysator, versehen sein. Der Partikelfilter kann beispielsweise zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors verwendet werden.The particulate filter may be, for example, a wall-flow filter or a bypass filter. The particulate filter filter walls of different porous materials, such. As ceramics or metals and is usually arranged in a housing. The particulate filter may be coated with a catalytic coating, e.g. As a coating for selective catalytic reduction, for the oxidation of carbon monoxide and / or hydrocarbons or for a three-way catalyst, be provided. The particulate filter can be used for example for the aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine.
Unter der Partikelfilteroberfläche ist derjenige Bereich zu verstehen, der während des Einsatzes des Partikelfilters im Abgasstrang mit dem Abgasstrom in Berührung kommt. Demnach sind auch innere Oberflächen, wie z. B. die Oberfläche von Poren des Partikelfilters miterfasst. Bevorzugt kann Ruß auf einer Oberfläche, d. h. zumindest auf einem Teilbereich der gesamten Oberfläche, ausgebildet werden.The particle filter surface is to be understood as that region which comes into contact with the exhaust gas flow during the use of the particle filter in the exhaust gas line. Accordingly, internal surfaces such. B. the surface of pores of the particulate filter miterfasst. Preferably, carbon black may be deposited on a surface, i. H. be formed at least on a portion of the entire surface.
Unter Ruß ist eine Zusammensetzung zu verstehen, die z. B. bei unvollständiger Oxidation, insbesondere unvollständiger Verbrennung, der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung entsteht. Ruß kann beispielsweise Kohlenstoff mit einem Anteil zwischen 80 und 99,5 Gew.-% und darüber hinaus Sulfate, kondensierte Kohlenwasserstoffe und/oder Asche aufweisen.By carbon black is meant a composition which, for. B. incomplete oxidation, especially incomplete combustion, the hydrocarbon-containing composition is formed. Carbon black may, for example, comprise carbon at a level of between 80 and 99.5% by weight and moreover sulphates, condensed hydrocarbons and / or ash.
Das Ausbilden des Rußes ermöglicht die Verwendung eines Partikelfilters mit größerer Porengröße, so dass der Abgasgegendruck gering ist und auch im Laufe der Verwendung des Partikelfilters allenfalls minimal, auf jeden Fall jedoch geringer als bei der Verwendung eines Partikelfilters mit geringerer Porengröße, ansteigt. Dadurch können der Kraftstoffverbrauch gesenkt und die Klopfneigung verringert werden.The formation of the carbon black allows the use of a larger pore size particulate filter such that exhaust backpressure is low and at best minimizes, but in any event less than that of a smaller pore size particulate filter during use of the particulate filter. This can reduce fuel consumption and reduce the tendency to knock.
Der ausgebildete Ruß erhöht die Filtereffizienz, so dass bereits während der Einfahrphase des Verbrennungsmotors eine ausreichende Filtrationswirkung erreicht wird.The formed soot increases the filter efficiency, so that even during the running-in phase of the internal combustion engine, a sufficient filtration effect is achieved.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird zur Vorbehandlung des Partikelfilters verwendet, d. h. es wird ein unbenutzter Partikelfilter behandelt, der noch nicht bestimmungsgemäß, d. h. zum Herausfiltern von partikulären Bestandteilen eines Abgasstroms, gebraucht wurde. Mit anderen Worten wird der Partikelfilter erst nachdem die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung aufgebracht wurde, bestimmungsgemäß genutzt.The inventive method is used for the pretreatment of the particulate filter, d. H. an unused particulate filter is treated which is not yet intended, ie. H. to filter out particulate constituents of an exhaust gas stream. In other words, the particle filter is used only after the hydrocarbon-containing composition has been applied, as intended.
Beispielsweise kann die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung vor dem erstmaligen Verwenden des Partikelfilters in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zum Herausfiltern von Partikeln aus einem im Abgasstrang strömenden Abgasstrom des Verbrennungsmotors aufgebracht werden. Die Ausbildung des Rußes kann ebenfalls vor Beginn des bestimmungsgemäßen Gebrauchs oder zeitgleich mit Beginn des bestimmungsgemäßen Gebrauchs erfolgen.For example, the hydrocarbon-containing composition may be applied prior to initial use of the particulate filter in an exhaust line of an internal combustion engine for filtering out particulates from an exhaust stream of the internal combustion engine flowing in the exhaust line. The formation of the carbon black can also be done before the intended use or at the same time with the beginning of the intended use.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die unvollständige Oxidation, z. B. eine unvollständige Verbrennung, nach Positionierung des Partikelfilters im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors stattfinden.According to various embodiments, the incomplete oxidation, for. B. incomplete combustion, take place after positioning of the particulate filter in the exhaust system of an internal combustion engine.
Dadurch kann die unvollständige Oxidation vorteilhaft unter Verwendung der Einrichtungen des Abgasstrangs durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein oxidierend wirkendes Gas über den Abgasstrang dem Partikelfilter zugeführt und gasförmige Reaktionsprodukte über den Abgasstrang abgeführt werden. Optional kann auch die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Partikelfilters nach der Positionierung des Partikelfilters im Abgasstrang aufgebracht werden.As a result, the incomplete oxidation can advantageously be carried out using the devices of the exhaust gas line. For example, an oxidizing gas can be supplied to the particle filter via the exhaust gas line and gaseous reaction products can be removed via the exhaust gas line. Optionally, the hydrocarbon-containing composition can also be applied to a surface of the particle filter after the positioning of the particle filter in the exhaust gas line.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung durch Zuführen eines sauerstoffhaltigen Gasstroms unvollständig oxidiert werden. Hierdurch erfolgt die Umsetzung der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung zu Kohlenstoff und Wasser sowie ggf. zu Nebenprodukten wie Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid.According to various embodiments, the hydrocarbon-containing composition may be incompletely oxidized by supplying an oxygen-containing gas stream. As a result, the conversion of the hydrocarbon-containing composition to carbon and water and optionally to by-products such as hydrocarbons and / or carbon monoxide.
Beispielsweise kann ein sauerstoffhaltiger Abgasstrom eines Verbrennungsmotors als sauerstoffhaltiger Gasstrom zugeführt werden. Hierzu kann das Verbrennungsluftverhältnis des Verbrennungsmotors so eingestellt werden, dass ein geringfügiger Sauerstoffüberschuss vorhanden ist, der zur unvollständigen Oxidation der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung genutzt wird. Die zugeführte Sauerstoffmenge muss so eingestellt werden, dass die Oxidation unvollständig verläuft, da sich sonst der Kohlenstoff der kohlenwasserstoffhaltigen Verbindung in Kohlenstoffdioxid anstelle Ruß umwandelt.For example, an oxygen-containing exhaust gas stream of an internal combustion engine can be supplied as an oxygen-containing gas stream. For this purpose, the combustion air ratio of the internal combustion engine can be adjusted so that a slight excess of oxygen is present, the incomplete oxidation of the hydrocarbonaceous composition is utilized. The amount of oxygen supplied must be adjusted so that the oxidation is incomplete, otherwise the carbon of the hydrocarbon-containing compound will convert to carbon dioxide instead of soot.
Beispielsweise kann bei einem stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch betriebenen Verbrennungsmotor mit einem Verbrennungsluftverhältnis von λ ≤ 1 während Schubphasen Sauerstoff durch den Abgasstrang gefördert werden, der zur unvollständigen Oxidation der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung genutzt werden kann. Eine vollständige Oxidation kann dabei durch die enorme Wärmeabfuhr im Partikelfilter verhindert werden. Zudem kann auch die Sauerstoffzufuhr im Schubbetrieb so begrenzt werden, dass lediglich eine unvollständige Oxidation stattfindet.For example, in a stoichiometrically or substoichiometrically operated internal combustion engine with a combustion air ratio of λ ≦ 1, during coasting phases oxygen can be conveyed through the exhaust gas line, which can be used for incomplete oxidation of the hydrocarbonaceous composition. A complete oxidation can be prevented by the enormous heat dissipation in the particle filter. In addition, the oxygen supply in overrun operation can be limited so that only an incomplete oxidation takes place.
Daneben besteht die Möglichkeit, im Rahmen einer Einlaufkalibrierung den Verbrennungsmotor in einem Anfangsbetrieb, z. B. während der ersten Kilometer, mager zu betreiben, d. h. mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ > 1, so dass die unvollständige Oxidation der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung ermöglicht oder erleichtert wird.In addition, it is possible within the scope of an intake calibration, the internal combustion engine in an initial operation, for. B. during the first kilometer to operate lean, d. H. with a combustion air ratio λ> 1, so that the incomplete oxidation of the hydrocarbon-containing composition is made possible or facilitated.
Vorteilhaft kann die unvollständige Oxidation daher mit Inbetriebnahme des Partikelfilters des Verbrennungsmotors erfolgen, indem der Abgasstrom des Verbrennungsmotors dem zuvor mit der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung versehenen Partikelfilter zugeführt wird.Advantageously, the incomplete oxidation can therefore be carried out with the commissioning of the particulate filter of the internal combustion engine by the exhaust gas stream of the internal combustion engine is supplied to the previously provided with the hydrocarbonaceous composition particulate filter.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung vor der Positionierung des Partikelfilters im Abgasstrang des Verbrennungsmotors aufgebracht werden. Dadurch kann eine höhere Flexibilität in Hinblick auf das Aufbringen der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung erreicht werden. Diese kann beispielsweise bei der Herstellung des Partikelfilters oder bei dessen Einhausung in ein Gehäuse aufgebracht werden.According to further embodiments, the hydrocarbon-containing composition can be applied before the positioning of the particulate filter in the exhaust line of the internal combustion engine. Thereby, a higher flexibility with regard to the application of the hydrocarbon-containing composition can be achieved. This can be applied, for example, in the manufacture of the particulate filter or in its housing in a housing.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Verfahren weiterhin ein Bestimmen einer optimalen Porengröße und/oder Porengrößenverteilung für den Partikelfilter für einen Zeitpunkt nach Ablauf einer Einfahrphase eines Verbrennungsmotors, in dessen Abgasstrang der Partikelfilter angeordnet werden soll, aufweisen, wobei die Rußausbildung derart erfolgt, dass der rußbeladene Partikelfilter die optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung aufweist.According to various embodiments, the method may further comprise determining an optimum pore size and / or pore size distribution for the particulate filter for a time after expiration of a retraction phase of an internal combustion engine, in the exhaust line of the particulate filter is to be arranged, wherein the soot formation takes place such that the soot-laden particulate filter having the optimum pore size and / or pore size distribution.
Mit anderen Worten wird zunächst ermittelt, beispielsweise durch dem Fachmann bekannte Simulationen oder entsprechende Versuche mit einem baugleichen Partikelfilter, welche Porengröße und/oder Porengrößenverteilung für den konkreten Partikelfilter nach Ablauf der Einfahrphase am günstigsten ist, d. h. bei welcher Porengröße und/oder Porengrößenverteilung die Filtereffizienz möglichst hoch ist, ohne dass der Abgasgegendruck zu sehr ansteigt. Der tolerierbare Abgasgegendruck ist dabei stark vom Motorkonzept, z. B. der Anzahl der Zylinder, des verwendeten Brennverfahrens etc., abhängig.In other words, it is first determined, for example by simulations known to the person skilled in the art or corresponding experiments with a particle filter of the same type, which pore size and / or pore size distribution is the most favorable for the concrete particle filter after expiry of the run-in phase, d. H. at which pore size and / or pore size distribution, the filter efficiency is as high as possible without the exhaust back pressure rises too much. The tolerable exhaust backpressure is very strong from the engine concept, z. As the number of cylinders, the combustion method used, etc. dependent.
Anhand dieser optimalen Porengröße und/oder Porengrößenverteilung wird das Ausbilden des Rußes auf die Partikelfilteroberfläche nun so durchgeführt, dass diese optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung bereits vor dem erstmaligen bestimmungsgemäßen Gebrauch oder vor dem weiteren bestimmungsgemäßen Gebrauch, falls die Rußausbildung zeitgleich mit dem Beginn des bestimmungsgemäßen Gebrauchs erfolgt, vorliegt. Mit anderen Worten werden die Poren des Partikelfilters durch das Ausbilden des Rußes so verkleinert, dass die optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung eingestellt wird. Je nach Bedarf können dazu die Menge des auszubildenden Rußes, die Partikelgröße des Rußes und/oder die Partikelgrößenverteilung des Rußes variiert werden.On the basis of this optimum pore size and / or pore size distribution, the formation of the carbon black on the particle filter surface is now carried out so that this optimal pore size and / or pore size distribution before the first intended use or before further intended use, if the soot formation at the same time as the beginning of the intended Use takes place, is present. In other words, the pores of the particulate filter are reduced by the formation of the soot, that the optimum pore size and / or pore size distribution is adjusted. Depending on requirements, the amount of soot to be formed, the particle size of the carbon black and / or the particle size distribution of the carbon black can be varied.
Dadurch kann eine optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung bereits während der Einfahrphase des Verbrennungsmotors gewährleistet werden, so dass bereits in dieser Phase partikuläre Schadstoffe effektiv aus dem Abgasstrom entfernt werden können.As a result, an optimal pore size and / or pore size distribution can already be ensured during the run-in phase of the internal combustion engine, so that particulate pollutants can be effectively removed from the exhaust gas flow even in this phase.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können als kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzungen beispielsweise organische Verbindungen genutzt werden, die sich gut in dünnen Schichten aufbringen lassen. Ein mögliches Beispiel sind Kunstharze, die in Form von Dispersionen, wie sie z. B. zur Grundierung poröser Oberflächen wie beispielsweise Mauerwerk vor dem eigentlichen Anstrich verwendet werden, auf die Oberfläche des Partikelfilters aufgebracht werden können. Als Dispergiermittel kann beispielsweise Wasser verwendet werden, so dass eine wässrige Kunstharzdispersion vorliegt. According to further embodiments, as hydrocarbon-containing compositions, for example, organic compounds can be used, which can be applied well in thin layers. A possible example is synthetic resins, which in the form of dispersions, as z. B. used for priming porous surfaces such as masonry before the actual painting, can be applied to the surface of the particulate filter. As a dispersant, for example, water can be used, so that an aqueous synthetic resin dispersion is present.
Derartige Kunstharzdispersionen enthalten feinverteilte Kunstharzpartikel, die sich nach dem Entfernen des Dispergiermittels, z. B. durch Trocknen, als Schicht auf der Oberfläche des Partikelfilters abscheiden. Die Porosität dieser Schicht kann durch Veränderung der Eigenschaften der Dispersion, z. B. Feststoffgehalt, Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, eingestellt werden. Die abgeschiedenen Kunstharzpartikel werden dann mittels unvollständiger Oxidation zumindest teilweise in Ruß umgewandelt. Unter Kunstharzen sind durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktionen synthetisch hergestellte Harze, z. B. Alkyd- oder Acrylharze, zu verstehen.Such synthetic resin dispersions contain finely divided synthetic resin particles, which after removal of the dispersant, z. B. by drying, as a layer on the surface of the particulate filter. The porosity of this layer can be improved by altering the properties of the dispersion, e.g. Solids content, particle size, particle size distribution. The deposited resin particles are then at least partially converted to carbon black by incomplete oxidation. Among synthetic resins by synthetic, polyaddition or polycondensation reactions synthetically produced resins, eg. As alkyd or acrylic resins to understand.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der Partikelfilter ein Dieselpartikelfilter oder ein Ottokraftstoffpartikelfilter, z. B. ein Partikelfilter für mit Motorenbenzin betriebene Verbrennungsmotoren, sein. Da die Partikelemission von Ottomotoren im Vergleich zu Dieselmotoren deutlich geringer ist, dauert es bis zum Aufbau eines Filterkuchens, der zu einer ausreichenden Filtration führt, deutlich länger. Daher führt das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für Ottokraftstoffpartikelfilter zu einer deutlichen Verbesserung der Filterleistung von Beginn an.According to further embodiments, the particulate filter, a diesel particulate filter or a gasoline fuel particle filter, for. B. a particulate filter for engine-powered internal combustion engines be. Since the particle emission of gasoline engines is significantly lower compared to diesel engines, it takes much longer to build up a filter cake, which leads to a sufficient filtration. Therefore The method according to the invention leads, in particular for gasoline particle filters, to a marked improvement in filter performance from the beginning.
Ein erfindungsgemäßer Partikelfilter verfügt über eine Oberfläche, die zumindest teilweise eine kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung aufweist.A particulate filter according to the invention has a surface which at least partially has a hydrocarbon-containing composition.
Die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung kann unvollständig unter Ausbildung von Ruß oxidiert, z. B. unvollständig verbrannt, werden. Die sich ausbildende Rußschicht trägt zur Filtrationswirkung des Partikelfilters bei und kann die Filtereffizienz erhöhen. Daher kann für den Partikelfilter eine größere Porengröße gewählt werden, so dass der Abgasgegendruck verringert und Kraftstoff eingespart werden kann.The hydrocarbonaceous composition may be incompletely oxidized to form soot, e.g. B. burned incomplete. The forming carbon black layer contributes to the filtration effect of the particulate filter and can increase the filter efficiency. Therefore, a larger pore size can be selected for the particulate filter, so that the exhaust back pressure can be reduced and fuel can be saved.
Die Herstellung dieses Partikelfilters kann beispielsweise wie obenstehend zum erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben durch Aufbringen einer kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Partikelfilters erfolgen. Daher dienen die obenstehenden Erläuterungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Partikelfilters. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Partikelfilters entsprechen denen des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen entsprechender Ausführungsvarianten.The production of this particulate filter can be carried out, for example, as described above for the process according to the invention by applying a hydrocarbon-containing composition to a surface of the particulate filter. Therefore, the above explanations of the method according to the invention also serve to describe the particulate filter according to the invention. The advantages of the particulate filter according to the invention correspond to those of the method according to the invention and its corresponding variants.
Der erfindungsgemäße Partikelfilter kann beispielsweise im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors angeordnet sein oder werden und zur Nachbehandlung eines vom Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstrom, d. h. zum Herausfiltern von partikulären Bestandteilen des Abgasstroms, genutzt werden.The particulate filter according to the invention can be arranged, for example, in the exhaust system of an internal combustion engine and / or for the aftertreatment of an exhaust gas flow generated by the internal combustion engine, d. H. for filtering out particulate constituents of the exhaust gas stream.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung auf der Oberfläche des Partikelfilters derart ausgebildet und angeordnet sein, dass nach einer unvollständigen Oxidation der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung der Partikelfilter eine optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung für einen Zeitpunkt nach Ablauf einer Einfahrphase eines Verbrennungsmotors, in dessen Abgasstrang der Partikelfilter angeordnet werden soll, aufweist.According to various embodiments, the hydrocarbon-containing composition may be formed and arranged on the surface of the particulate filter such that after incomplete oxidation of the hydrocarbonaceous composition of the particulate filter an optimum pore size and / or pore size distribution for a time after expiration of a Einfahrphase an internal combustion engine, in the exhaust line of the particulate filter should be arranged.
Mit anderen Worten wird zunächst ermittelt, beispielsweise durch dem Fachmann bekannte Simulationen oder entsprechende Versuche mit einem baugleichen Partikelfilter, welche Porengröße und/oder Porengrößenverteilung für den konkreten Partikelfilter nach Ablauf der Einfahrphase am günstigsten ist, d. h. bei welcher Porengröße und/oder Porengrößenverteilung die Filtereffizienz möglichst hoch ist, ohne dass der Abgasgegendruck zu sehr ansteigt. Der tolerierbare Abgasgegendruck ist dabei stark vom Motorkonzept, z. B. der Anzahl der Zylinder, des verwendeten Brennverfahrens etc., abhängig.In other words, it is first determined, for example by simulations known to the person skilled in the art or corresponding experiments with a particle filter of the same type, which pore size and / or pore size distribution is the most favorable for the concrete particle filter after expiry of the run-in phase, d. H. at which pore size and / or pore size distribution, the filter efficiency is as high as possible without the exhaust back pressure rises too much. The tolerable exhaust backpressure is very strong from the engine concept, z. As the number of cylinders, the combustion method used, etc. dependent.
Anhand dieser optimalen Porengröße und/oder Porengrößenverteilung wird die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung auf der Partikelfilteroberfläche so ausgebildet und angeordnet, dass diese optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung nach einer unvollständigen Oxidation der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung erreicht wird. Je nach Bedarf können dazu beispielsweise die Menge der kohlenwasserstoffhaltigen Zusammensetzung, ihre konkrete chemische Zusammensetzung und der Ort auf der Oberfläche des Partikelfilters, auf den die kohlenwasserstoffhaltige Zusammensetzung aufgebracht wird, variiert werden.On the basis of this optimum pore size and / or pore size distribution, the hydrocarbon-containing composition is formed and arranged on the particle filter surface so that this optimal pore size and / or pore size distribution is achieved after an incomplete oxidation of the hydrocarbon-containing composition. For example, as needed, the amount of the hydrocarbonaceous composition, its specific chemical composition, and the location on the surface of the particulate filter to which the hydrocarbonaceous composition is applied may be varied.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die kohlenstoffhaltige Zusammensetzung ein Kunstharz sein.According to further embodiments, the carbonaceous composition may be a synthetic resin.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der Partikelfilter als Dieselpartikelfilter oder Ottokraftstoffpartikelfilter ausgebildet sein.According to further embodiments, the particulate filter may be formed as a diesel particulate filter or gasoline particulate filter.
Eine erfindungsgemäße Motoranordnung weist einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasstrang zur Aufnahme eines vom Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstroms auf, wobei im Abgasstrang ein Partikelfilter gemäß der vorstehenden Beschreibung angeordnet ist.An engine arrangement according to the invention has an internal combustion engine with an exhaust gas line for receiving an exhaust gas stream generated by the internal combustion engine, wherein a particle filter according to the above description is arranged in the exhaust gas line.
Die Motoranordnung kann in einem Fahrzeug angeordnet sein, wobei unter einem Fahrzeug jedes mobile Verkehrsmittel, d. h. sowohl ein Landfahrzeug als auch ein Wasser- oder Luftfahrzeug, z. B. ein Personenkraftwagen, zu verstehen ist. Da die gesetzlichen Vorschriften hinsichtlich der zulässigen Emission von Luftschadstoffen beim Betreiben eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor zunehmend strenger werden, d. h. die einzuhaltenden Grenzwerte verringert werden, wirkt sich die Erfindung in diesem Bereich besonders vorteilhaft aus, da einerseits bereits in der Einfahrphase ein verbessertes Herausfiltern von partikulären Bestandteilen des Abgasstroms ermöglicht wird. Andererseits kann die Porengröße und/oder Porengrößenverteilung für eine Situation nach Ablauf der Einfahrphase optimiert werden, sodass die durch einen zu hohen Abgasgegendruck hervorgerufenen Probleme, wie z. B. ein erhöhter Kraftstoffverbrauch, minimiert werden können.The engine assembly may be disposed in a vehicle, wherein under a vehicle any mobile transport, i. H. both a land vehicle and a watercraft or aircraft, e.g. As a passenger car to understand. As the regulatory requirements for permissible emissions of air pollutants when operating a vehicle with internal combustion engine become increasingly stringent, d. H. the limit values to be observed are reduced, the invention has a particularly advantageous effect in this area since, on the one hand, an improved filtering out of particulate constituents of the exhaust gas flow is made possible already in the run-in phase. On the other hand, the pore size and / or pore size distribution for a situation after the end of the break-in phase can be optimized, so that caused by a high exhaust back pressure problems such. As an increased fuel consumption can be minimized.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Abbildungen und der zugehörigen Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 beispielhafte Porengrößenverteilungen von kommerziell erhältlichen Filtern; -
2 beispielhafte Porengrößenverteilung im Neuzustand und im gebrauchten Zustand, -
3 Anzahl freigesetzter Partikel bei aufeinanderfolgend durchgeführten Tests.
-
1 exemplary pore size distributions of commercially available filters; -
2 exemplary pore size distribution in new condition and in used condition, -
3 Number of particles released in successive tests.
In
Die Verbesserung der Filtereffizienz während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Partikelfilters geht auch aus
Zu erkennen ist, dass die kumulierte Anzahl an freigesetzten Partikeln von Test zu Test abnimmt, insbesondere bei den ersten Tests. Um bereits bei der Erstinbetriebnahme (Test
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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