DE102017218574A1 - A method of pretreating a particulate filter with a composition, particulate filter and motor assembly - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Partikelfilters angegeben, welches ein Aufbringen einer wachshaltigen Zusammensetzung und/oder einer harzhaltigen Zusammensetzung und/oder einer anorganische Verbindungen enthaltenden Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Partikelfilters vor dem erstmaligen Verwenden des Partikelfilters in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zum Herausfiltern von Partikeln aus einem im Abgasstrang strömenden Abgasstrom des Verbrennungsmotors aufweist.
Des Weiteren werden ein Partikelfilter und eine Motoranordnung mit einem solchen Partikelfilter angegeben, wobei eine Oberfläche des Partikelfilters zumindest teilweise eine wachshaltige Zusammensetzung und/oder eine harzhaltige Zusammensetzung und/oder eine anorganische Verbindungen enthaltende Zusammensetzung aufweist
Furthermore, a particulate filter and a motor arrangement are provided with such a particulate filter, wherein a surface of the particulate filter has at least partially a wax-containing composition and / or a resinous composition and / or a composition containing inorganic compounds
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 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 a particle filter, a new particulate filter should have a very small pore size due to the still missing soot layer at this time. 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 wachshaltigen und/oder einer harzhaltigen Zusammensetzung und/oder einer anorganische Verbindungen enthaltenden Zusammensetzung zu versehen. Diese Zusammensetzungen tragen zusätzlich zur Filterung bei, sodass die Filtereffizienz erhöht wird. Während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Partikelfilters im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors können die zuvor aufgebrachten Zusammensetzungen zumindest teilweise verdampfen, verdunsten und/oder sich lösen. Im Gegenzug bildet sich während der Verwendung des Partikelfilters eine Rußschicht aus, die die Filtereffizienz verbessert. Mit anderen Worten tragen anfänglich die aufgebrachten Zusammensetzungen zur Verbesserung der Filtrationswirkung bei, während nach einer gewissen Benutzungsdauer des Partikelfilters diese Aufgabe von der sich ausbildenden Rußschicht übernommen werden kann.However, in order to ensure sufficient filter efficiency even during the run-in phase, it is proposed to provide the surface of the unused particulate filter with a wax-containing and / or a resinous composition and / or a composition containing inorganic compounds. These compositions add to the filtering, thus increasing filter efficiency. During the intended use of the particulate filter in the exhaust line of an internal combustion engine, the previously applied compositions can at least partially vaporize, evaporate and / or dissolve. In turn, during use of the particulate filter, a soot layer is formed which improves filter efficiency. In other words, the applied compositions initially contribute to the improvement of the filtration effect, while after a certain period of use of the particulate filter, this task can be taken over by the forming carbon black layer.
Unter Ruß ist dabei eine Zusammensetzung zu verstehen, die bei unvollständiger Verbrennung kohlenwasserstoffhaltiger Kraftstoffe entsteht. Ruß kann beispielsweise Kohlenstoff mit einem Anteil zwischen 80 und 99,5 Gew.-% und darüber hinaus Sulfate, kondensierte Kohlenwasserstoffe und/oder Asche aufweisen. Under soot is understood to mean a composition that results from incomplete combustion of hydrocarbon-containing fuels. 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.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vorbehandlung eines Partikelfilters weist ein Aufbringen einer wachshaltigen Zusammensetzung und/oder einer harzhaltigen Zusammensetzung und/oder einer ein oder mehrere anorganische Verbindungen enthaltenden Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Partikelfilters vor dem erstmaligen Verwenden des Partikelfilters in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zum Herausfiltern von Partikeln aus einem im Abgasstrang strömenden Abgasstrom des Verbrennungsmotors auf. Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, dass sie die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.A method according to the invention for pretreatment of a particulate filter comprises applying a wax-containing composition and / or a composition containing one or more inorganic compounds to a surface of the particulate filter prior to first use of the particulate filter in an exhaust line of an internal combustion engine for particulate filtering from an exhaust gas stream flowing in the exhaust gas line of the internal combustion engine. As used herein, the term "and / or" when used in a series of two or more elements means that each of the listed elements may be used alone, or any combination of two or more of the listed elements may be used. For example, when describing a composition containing components A, B and / or C, composition A may be alone; B alone; C alone; A and B in combination; A and C in combination; B and C in combination; or A, B, and C are included in combination.
Beispielsweise kann eine wachshaltige Zusammensetzung oder einer harzhaltige Zusammensetzung oder eine anorganische Verbindungen enthaltene Zusammensetzung allein aufgebracht werden; oder eine wachshaltige und eine harzhaltige Zusammensetzung; oder eine wachshaltige und eine anorganische Verbindungen enthaltene Zusammensetzung; oder eine harzhaltige und eine anorganische Verbindungen enthaltene Zusammensetzung; oder eine wachshaltige und eine harzhaltige und eine anorganische Verbindungen enthaltene Zusammensetzung gemeinsam.For example, a wax-containing composition or a resinous composition or an inorganic compound-containing composition may be applied alone; or a waxy and a resinous composition; or a waxy composition containing an inorganic compound; or a resinous composition and an inorganic compound-containing composition; or a waxy and a resinous and an inorganic compounds contained composition together.
Enthaltend oder -haltig bedeutet, dass die Zusammensetzung eine oder mehrere entsprechende Substanzen aufweist oder aus einer oder mehreren entsprechenden Substanzen besteht. Beispielsweise kann eine anorganische Verbindungen enthaltende Zusammensetzung ein oder mehrere anorganische Verbindungen (neben anderen Bestandteilen) aufweisen oder aus einer oder mehreren anorganischen Verbindungen bestehen. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Zusammensetzung aufzubringen, die wachshaltig und/oder harzhaltig ist und/oder anorganische Verbindungen enthält.Containing or containing means that the composition comprises one or more corresponding substances or consists of one or more corresponding substances. For example, a composition containing inorganic compounds may comprise one or more inorganic compounds (among other ingredients) or may consist of one or more inorganic compounds. It is also possible to apply a composition which contains waxes and / or resins and / or contains inorganic compounds.
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.
Der Partikelfilter kann 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.The particulate filter may be a diesel particulate filter or a gasoline particulate filter, e.g. 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, in particular for gasoline fuel particle filters, leads to a significant improvement in filter performance from the beginning.
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.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.
Beispiele für wachshaltige Zusammensetzungen stellen paraffinhaltige Zusammensetzungen dar, wobei unter Paraffin ein Gemisch aus acyclischen Alkanen mit der allgemeinen Summenformel CnH2n+2 zu verstehen ist. Paraffin zeichnet sich durch seine Ungiftigkeit aus, so dass es beim Verdampfen und/oder Verdunsten keine Umweltgefahr darstellt. Anorganische Verbindungen sind chemische Verbindungen, die keinen Kohlenstoff enthalten sowie Carbonate, Carbide, Cyanide, Cyanate und Thiocyanate.Examples of wax-containing compositions are paraffin-containing compositions, paraffin being understood to mean a mixture of acyclic alkanes having the general empirical formula C n H 2n + 2 . Paraffin is characterized by its non-toxicity, so that it does not represent an environmental hazard during evaporation and / or evaporation. Inorganic compounds are chemical compounds that contain no carbon as well as carbonates, carbides, cyanides, cyanates and thiocyanates.
Die Zusammensetzung(en) können beispielsweise aus einer flüssigen oder gasförmigen Phase, z. B. einer Lösung oder einer Dispersion wie einer Suspension oder einem Aerosol, auf die Oberfläche des Partikelfilters aufgebracht werden, z. B. mittels Sprühen, Streichen, Eintauchen, etc. Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Aufbringen ein Teil der Zusammensetzung(en), z. B. ein Dispersionsmedium oder ein Lösungsmittel, verdunstet oder verdampft, so dass beispielsweise lediglich die wachshaltigen bzw. harzhaltigen Bestandteile bzw. die anorganischen Verbindungen auf der Oberfläche des Partikelfilters verbleiben. Dieser Vorgang kann durch ein Erwärmen des mit den Zusammensetzung(en) versehenen Partikelfilters unterstützt werden.The composition (s) may for example consist of a liquid or gaseous phase, e.g. As a solution or a dispersion such as a suspension or an aerosol, are applied to the surface of the particulate filter, for. Example by means of spraying, brushing, dipping, etc. It may be provided that after application of a part of the composition (s), for. As a dispersion medium or a solvent, evaporated or evaporated, so that, for example, only the wax-containing or resinous components or inorganic compounds remain on the surface of the particulate filter. This process can be assisted by heating the particle filter provided with the composition (s).
Das Aufbringen einer oder mehrere der genannten Zusammensetzungen führt zu einem teilweisen Verschließen der Poren des Partikelfilters, d. h. die Porengröße wird verringert, und ermöglicht bei gleicher Filtereffizienz die Verwendung eines Partikelfilters mit einer größeren ursprünglichen Porengröße, d. h. einer größeren Porengröße vor dem Aufbringen der Zusammensetzung(en). Durch die Möglichkeit des Abbaus der aufgebrachte(n) Zusammensetzung(en) mit zunehmender Betriebsdauer kann gewährleistet werden, dass der Abgasgegendruck zu jeder Zeit 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 application of one or more of said compositions results in a partial closure of the pores of the particulate filter, ie the pore size is reduced, and with the same filtration efficiency, allows the use of a particulate filter having a larger initial pore size, ie, a larger pore size, prior to application of the composition (s). The possibility of degradation of the applied composition (s) with increasing operating time can ensure that the exhaust backpressure is low at all times and at best minimal during the use of the particulate filter, but in any case less than when using a particulate filter Particle filter with smaller pore size, increases. This can reduce fuel consumption and reduce the tendency to knock.
Die aufgebrachte(n) Zusammensetzung(en) erhöhen die Filtereffizienz, so dass bereits während der Einfahrphase des Verbrennungsmotors eine ausreichende Filtrationswirkung erreicht wird.The applied composition (s) increase the filter efficiency, so that a sufficient filtration effect is already achieved during the run-in phase of the internal combustion engine.
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 Zusammensetzung(en) aufgebracht wurden 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 composition (s) were applied as intended.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann das Verfahren weiterhin ein Positionieren des Partikelfilters im Abgasstrang des Verbrennungsmotors und ein zumindest teilweises Entfernen der aufgebrachten Zusammensetzung oder Zusammensetzungen während der Verwendung des Partikelfilters im Abgasstrang des Verbrennungsmotors aufweisen. Das Entfernen kann beispielsweise durch Verdampfen, Verdunsten, Lösen, Sublimieren und/oder Zersetzen erfolgen.According to various embodiments, the method may further include positioning the particulate filter in the exhaust line of the internal combustion engine and at least partially removing the applied composition or compositions during use of the particulate filter in the exhaust line of the internal combustion engine. The removal can be done, for example, by evaporation, evaporation, dissolution, sublimation and / or decomposition.
Mit anderen Worten kann der mit einer oder mehreren Zusammensetzungen versehene Partikelfilter bestimmungsgemäß verwendet werden, wobei während der bestimmungsgemäßen Verwendung die Zusammensetzungen zumindest teilweise entfernt werden. Dadurch können die zuvor teilweise verschlossenen Poren wieder geöffnet werden und die Porengröße nimmt im Verlauf der Verwendung des Partikelfilters zu. Da sich während der bestimmungsgemäßen Verwendung eine die Filtereffizienz erhöhende Rußschicht ausbildet, kann die durch das Entfernen der Zusammensetzungen bedingte Verringerung der Filtereffizienz ausgeglichen werden.In other words, the particulate filter provided with one or more compositions can be used as intended, with the compositions being at least partially removed during intended use. As a result, the previously partially closed pores can be reopened and the pore size increases in the course of using the particulate filter. Since a soot layer which increases the filter efficiency is formed during the intended use, the reduction of the filter efficiency due to the removal of the compositions can be compensated.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können ein oder mehrere der anorganischen Verbindungen wasserlöslich sein. Eine Verbindung gilt beispielsweise als wasserlöslich, wenn ihre Löslichkeit in Wasser bei 20 °C größer als 1 mol/l ist. Eine Verbindung gilt auch dann als wasserlöslich, wenn die Löslichkeit von mehr als 1 mol/l nur bei einem bestimmten pH-Wert oder bei Zusatz weiterer chemischer Verbindungen erreicht wird.According to further embodiments, one or more of the inorganic compounds may be water-soluble. For example, a compound is considered to be water-soluble if its solubility in water at 20 ° C is greater than 1 mol / l. A compound is considered to be soluble in water even if the solubility of more than 1 mol / l is achieved only at a certain pH or with the addition of other chemical compounds.
Beispielsweise ist Calciumcarbonat im Sinne der vorliegenden Anmeldung als wasserlöslich einzustufen, trotz dessen, dass die Löslichkeit von reinem Calciumcarbonat in Wasser lediglich 14 mg/l beträgt. Wird dem Wasser jedoch Kohlenstoffdioxid zugesetzt, bildet sich Calciumhydrogencarbonat und die Löslichkeit steigt um mehr als das Hundertfache.For example, calcium carbonate is to be classified as water-soluble in the sense of the present application, despite the fact that the solubility of pure calcium carbonate in water is only 14 mg / l. However, when carbon dioxide is added to the water, calcium hydrogencarbonate forms and the solubility increases by more than a hundredfold.
Wasserlösliche anorganische Verbindungen können beispielsweise mittels im Abgasstrom vorhandenen Wasser, das zumindest teilweise kondensiert vorliegt, gelöst werden. Dadurch kann die Porengröße vorteilhaft über die Menge und Zusammensetzung des Abgasstroms gesteuert werden. Je mehr Abgas dem Partikelfilter zugeführt wird und je mehr Wasser das Abgas enthält, desto mehr der anorganischen Verbindung wird gelöst. Die Porengröße nimmt zu, so dass auch bei Ausbildung der Rußschicht ein niedriger Abgasgegendruck erhalten bleibt.Water-soluble inorganic compounds can be dissolved, for example, by means of water present in the exhaust gas stream which is at least partially condensed. As a result, the pore size can advantageously be controlled via the quantity and composition of the exhaust gas flow. The more exhaust gas is supplied to the particulate filter and the more water the exhaust gas contains, the more of the inorganic compound is dissolved. The pore size increases, so that a low exhaust back pressure is maintained even when the soot layer is formed.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die anorganische Verbindungen enthaltende Zusammensetzung Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat aufweisen.According to various embodiments, the composition containing inorganic compounds may comprise calcium carbonate and / or magnesium carbonate.
Beide anorganischen Verbindungen kommen natürlich vor und zeichnen sich durch eine hohe Umweltverträglichkeit aus. Eine magnesiumcarbonathaltige Zusammensetzung kann beispielsweise durch Erwärmen bis zur Umwandlung von Magnesiumcarbonat in Magnesiumoxid und Kohlenstoffdioxid zumindest teilweise entfernt werden.Both inorganic compounds occur naturally and are characterized by a high level of environmental compatibility. For example, a composition containing magnesium carbonate may be at least partially removed by heating until the conversion of magnesium carbonate to magnesium oxide and carbon dioxide.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten können das Wachs der wachshaltigen Zusammensetzung und/oder das Harz der harzhaltigen Zusammensetzung zumindest teilweise verdampfbar, verdunstbar, löslich, sublimierbar und/oder zersetzbar sein.According to various embodiments, the wax of the wax-containing composition and / or the resin of the resinous composition may be at least partially vaporizable, vaporizable, soluble, sublimable and / or decomposable.
Dies ermöglicht bei Bedarf ein einfaches zumindest teilweises Entfernen der wachshaltigen und/oder harzhaltigen Zusammensetzung.This allows, if necessary, a simple at least partial removal of the wax-containing and / or resinous composition.
Beispielsweise können das Wachs und/oder das Harz bei den Temperatur- und Druckbedingungen, die bei der Verwendung des Partikelfilters im Abgasstrang herrschen, verdampfbar, verdunstbar, sublimierbar und/oder zersetzbar sein. Derartige Temperatur- und Druckbedingungen können beispielsweise bei Temperaturen oberhalb von 250 °C und Drücken zwischen Umgebungsdruck und einem leichten Überdruck von bis zu 60 kPa vorherrschen. Dadurch können das Wachs und/oder das Harz während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Partikelfilters zumindest teilweise entfernt werden, so dass die Porengröße des Partikelfilters zunimmt.For example, the wax and / or the resin may be vaporizable, vaporizable, sublimable and / or decomposable under the conditions of temperature and pressure prevailing in the exhaust line when using the particulate filter. Such temperature and pressure conditions may for example prevail at temperatures above 250 ° C and pressures between ambient pressure and a slight overpressure of up to 60 kPa. This allows the wax and / or the resin during the intended use of the Particle filter are at least partially removed, so that the pore size of the particulate filter increases.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können ein oder mehrere der Zusammensetzungen eine katalytische Wirkung für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweisen und/oder es kann eine weitere Zusammensetzung mit einer katalytischen Wirkung für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid auf den Partikelfilter aufgebracht werden.According to further embodiments, one or more of the compositions may have a catalytic effect for the oxidation of hydrocarbons and / or carbon monoxide and / or a further composition with a catalytic effect for the oxidation of hydrocarbons and / or carbon monoxide may be applied to the particulate filter.
Im Falle des Aufbringens einer weiteren Zusammensetzung mit katalytischer Wirkung kann diese bevorzugt über der wachshaltigen und/oder harzhaltigen Zusammensetzung und/oder der anorganische Verbindungen enthaltenden Zusammensetzung aufgebracht werden, so dass ein direkter Kontakt zwischen dem im Abgasstrang strömenden Abgasstrom und der katalytisch wirkenden Zusammensetzung ermöglicht und so eine Oxidation der Kohlenwasserstoffe und/oder des Kohlenstoffmonoxids effektiv stattfinden kann. Eine solche katalytische Wirkung kann zu einer effektiven Abgasnachbehandlung beitragen und zur Senkung von Schadstoffemissionen beitragen.In the case of applying a further composition having a catalytic effect, it can preferably be applied over the wax-containing and / or resinous composition and / or the composition containing inorganic compounds, so that a direct contact between the exhaust stream flowing in the exhaust line and the catalytically active composition allows so that oxidation of the hydrocarbons and / or the carbon monoxide can take place effectively. Such a catalytic effect can contribute to an effective exhaust aftertreatment and contribute to the reduction of pollutant emissions.
Gemäß weiteren können ein oder mehrere der Zusammensetzungen während einer Herstellung des Partikelfilters, während oder nach einer Einhausung des Partikelfilters oder während eines Einbaus des Partikelfilters in den Abgasstrang auf die Oberfläche des Partikelfilters aufgebracht werden.Further, one or more of the compositions may be applied to the surface of the particulate filter during production of the particulate filter, during or after enclosure of the particulate filter, or during installation of the particulate filter in the exhaust line.
Bei einem Aufbringen vor der Positionierung des Partikelfilters im Abgasstrang kann eine höhere Flexibilität in Hinblick auf das Verfahren zum Aufbringen der Zusammensetzungen erreicht werden.When applied prior to positioning of the particulate filter in the exhaust line, greater flexibility can be achieved with respect to the method of applying the compositions.
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 das Aufbringen der Zusammensetzungen derart erfolgt, dass der mit den Zusammensetzungen versehene Partikelfilter, d. h. der Partikelfilter mit den aufgebrachten Zusammensetzungen, die optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung aufweist.According to various embodiments, the method may further comprise determining an optimal pore size and / or pore size distribution for the particulate filter for a time after expiry of a run-in phase of an internal combustion engine, in the exhaust line of the particulate filter is to be arranged, wherein the application of the compositions is such that the particle filters provided with the compositions, d. H. the particulate filter with the applied compositions having 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 Aufbringen der Zusammensetzungen auf die Partikelfilteroberfläche nun so durchgeführt, dass diese optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung bereits vor dem erstmaligen bestimmungsgemäßen Gebrauch vorliegt. Mit anderen Worten werden die Poren des Partikelfilters durch das Aufbringen der Zusammensetzungen so verkleinert, dass die optimale Porengröße und/oder Porengrößenverteilung eingestellt wird. Je nach Bedarf kann dazu beispielsweise die Menge der Zusammensetzungen variiert werden.On the basis of this optimum pore size and / or pore size distribution, the application of the compositions to the particle filter surface is now carried out in such a way that this optimum pore size and / or pore size distribution is present even before the first intended use. In other words, the pores of the particulate filter are reduced by the application of the compositions so that the optimum pore size and / or pore size distribution is adjusted. For example, as needed, the amount of the compositions 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.
Ein erfindungsgemäßer Partikelfilter zum Herausfiltern von Partikeln aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors verfügt über eine Oberfläche, die zumindest teilweise eine wachshaltige Zusammensetzung und/oder eine harzhaltige Zusammensetzung und/oder eine anorganische Verbindungen enthaltende Zusammensetzung aufweist.A particle filter according to the invention for filtering out particles from an exhaust gas stream of an internal combustion engine has a surface which at least partially comprises a wax-containing composition and / or a resinous composition and / or a composition containing inorganic compounds.
Die Herstellung dieses Partikelfilters kann beispielsweise wie obenstehend zum erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben durch Aufbringen einer wachshaltigen Zusammensetzung und/oder einer harzhaltigen Zusammensetzung und/oder einer anorganische Verbindungen enthaltenden Zusammensetzung auf eine Oberfläche des Partikelfilters vor dem erstmaligen Verwenden des Partikelfilters in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors 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 wax-containing composition and / or a composition containing inorganic compounds to a surface of the particulate filter prior to first using the particulate filter in an exhaust line of an internal combustion engine. 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 können ein oder mehrere der anorganischen Verbindungen wasserlöslich sein. According to various embodiments, one or more of the inorganic compounds may be water-soluble.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die anorganische Verbindungen enthaltende Zusammensetzung Calciumcarbonat und/oder Magnesiumcarbonat aufweisen.According to further embodiments, the composition containing inorganic compounds may comprise calcium carbonate and / or magnesium carbonate.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können das Wachs der wachshaltigen Zusammensetzung und/oder das Harz der harzhaltigen Zusammensetzung zumindest teilweise verdampfbar, verdunstbar, löslich, sublimierbar und/oder zersetzbar sein.According to further embodiments, the wax of the wax-containing composition and / or the resin of the resinous composition may be at least partially vaporizable, vaporizable, soluble, sublimable and / or decomposable.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die wachshaltige Zusammensetzung und/oder die harzhaltige Zusammensetzung und/oder die anorganische Verbindungen enthaltende Zusammensetzung auf der Oberfläche des Partikelfilters derart ausgebildet und angeordnet sein, dass der mit den Zusammensetzungen versehene 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 further embodiments, the wax-containing composition and / or the resinous composition and / or the inorganic compound-containing composition may be formed and arranged on the surface of the particulate filter such that the particulate filter provided with the compositions has an optimum pore size and / or pore size distribution for one time Expiry of a break-in phase of an internal combustion engine, to be arranged in the exhaust line of the particulate filter has.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können ein oder mehrere der Zusammensetzungen eine katalytische Wirkung für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweisen und/oder kann der Partikelfilter, z. B. die Oberfläche des Partikelfilters, eine weitere Zusammensetzung mit einer katalytischen Wirkung für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen und/oder Kohlenstoffmonoxid aufweisen. Die weitere Zusammensetzung kann auch auf der wachshaltigen und/oder harzhaltigen Zusammensetzung und/oder der anorganische Verbindungen enthaltenden Zusammensetzung angeordnet sein.According to further embodiments, one or more of the compositions may have a catalytic effect for the oxidation of hydrocarbons and / or carbon monoxide and / or the particulate filter, e.g. As the surface of the particulate filter, a further composition having a catalytic effect for the oxidation of hydrocarbons and / or carbon monoxide. The further composition can also be arranged on the wax-containing and / or resinous composition and / or the composition containing inorganic compounds.
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 1 entsprechend) eine ausreichende Filterleistung zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß wachshaltige Zusammensetzung und/oder eine harzhaltigen Zusammensetzung und/oder eine anorganische Verbindungen enthaltenden Zusammensetzung auf die Oberfläche des Partikelfilters vor dem erstmaligen Verwenden des Partikelfilters aufgebracht. Das Aufbringen der Zusammensetzungen erfolgt dabei derart, dass der mit den Zusammensetzungen versehene Partikelfilter vor dem erstmaligen Verwenden eine optimale Porengrößenverteilung, also z. B. die Porengrößenverteilung „gealtert“ gemäß
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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| R016 | Response to examination communication | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATERIS THEOBALD ELBEL & PARTNER, PATENTANWAEL, DE Representative=s name: MARKOWITZ, MARKUS, DR.-ING., DE |
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| R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATERIS THEOBALD ELBEL & PARTNER, PATENTANWAEL, DE |
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| R016 | Response to examination communication |