DE102018128161A1 - Partikelfilter sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Partikelfilters - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter (60) zur Anordnung in einer Abgasanlage (20) eines Verbrennungsmotors (10), wobei der Partikelfilter (60) eine integrierte Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist. Dabei sind an dem Partikelfilter (60) eine Mehrzahl von Einlasskanälen (82) und eine Mehrzahl von Auslasskanälen (84) ausgebildet, welche jeweils durch eine poröse Filterwand (86) voneinander getrennt sind, wobei die Einlasskanäle (82) auslassseitig verschlossen sind und die Auslasskanäle (84) einlassseitig verschlossen sind, derart, dass der Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) durch die poröse Filterwand (86) geführt wird. Der Filterkörper (90) des Partikelfilters (60) ist als Vollextrudat aus einem Filtermaterial (88) mit einer katalytischen Wirkung bezüglich der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden hergestellt.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Partikelfilters (60) sowie ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10) mit einem solchen Partikelfilter (60).
Description
- Die Erfindung betrifft einen Partikelfilter mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem solchen Partikelfilter sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Partikelfilters gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
- Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen StickoxidEmissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
- Ferner sind aus dem Stand der Technik Partikelfilter bekannt, welche eine katalytisch wirksame Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweisen. Diese beschichteten Filter weisen jedoch den Nachteil auf, dass zum Beschichten ein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich ist, welcher den Fertigungsaufwand und die Fertigungskosten erhöht. Zudem führt eine Beschichtung des Partikelfilters zu einem erhöhten Abgasgegendruck, wodurch sich der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verschlechtert und der Kraftstoffverbrauch steigt.
- Aus der US 2006 / 0 161 323 A1 ist ein Partikelfilter für einen Dieselmotor bekannt, wobei der Filterkörper des Partikelfilters zumindest anteilig aus einem Material hergestellt ist, welches eine NOx-Speicherkomponente oder eine katalytische Wirkung bezüglich der Oxidation von unverbrannten Abgaskomponenten oder bezüglich der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Partikelfilter darzustellen, welcher sowohl Partikel als auch Stickoxide aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors zurückhält, die Kosten für einen solchen Partikelfilter reduziert und die Dauerhaltbarkeit verbessert.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Partikelfilter zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Mehrzahl von Einlasskanälen und einer Mehrzahl von Auslasskanälen gelöst, wobei die Einlasskanäle und die Auslasskanäle jeweils über eine poröse Filterwand voneinander getrennt sind, wobei der Filterkörper des Partikelfilters als Vollextrudat aus einem Filtermaterial mit einer katalytischen Wirkung bezüglich der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden hergestellt ist. Durch eine Einbettung des SCR-aktiven Materials in den Filterkörper des Partikelfilters werden gegenüber einem Partikelfilter mit einer SCR-aktiven Beschichtung eine höhere Konvertierungsleistung sowie eine verbesserte Alterungsbeständigkeit erzielt. Zudem reduziert dies die Herstellungskosten des Partikelfilters, da der Partikelfilter bei gleicher Konvertierungsleistung kleiner ausgeführt werden kann und auf einen zusätzlichen, kostenintensiven Beschichtungsprozess verzichtet werden kann. Darüber hinaus ergeben sich bei der Auslegung neue Möglichkeiten, da gegenüber einer Beschichtung deutlich mehr katalytisch wirksames Material in den Partikelfilter eingebracht werden kann.
- Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Partikelfilters mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden möglich.
- In bevorzugter Ausgestaltung des Partikelfilters ist vorgesehen, dass der Filterkörper mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 10 %, besonders bevorzugt mindestens 50 % katalytisch wirksames Filtermaterial aufweist. Durch eine entsprechende Menge an katalytisch wirksamem Material kann die Konvertierungsleistung des Partikelfilters an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Dabei kann auf einfache Art und Weise ein Kostenoptimum zwischen der notwendigen Konvertierungsleistung und dem dazu benötigten Anteil an katalytisch wirksamem Material erzielt werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des Partikelfilters ist vorgesehen, dass das katalytisch wirksame Filtermaterial eine Matrix ausbildet oder homogen in einer Matrix eines Filtermaterials verteilt ist. Dabei bildet das SCR-aktive Material die Matrix des Filterkörpers aus oder ist homogen in der Matrix des Filterkörpers verteilt. Somit wird eine gleichmäßige Konvertierungsleistung über alle Bereiche des Partikelfilters erzielt.
- Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die mittlere Korngröße des katalytisch wirksamen Filtermaterials um maximal 50 %, vorzugsweise um maximal 10 % von der mittleren Korngröße des Matrixmaterials abweicht. Wird der Filterkörper nicht vollständig aus einem katalytisch wirksamen Material hergestellt, so wird die Herstellung des Filterkörpers dadurch erleichtert, dass das katalytisch wirksame Material und die Matrix des Filterkörpers eine im Wesentlichen gleiche Korngröße aufweisen. Dadurch wird die Festigkeit und somit die Dauerhaltbarkeit des Partikelfilters verbessert und die Gefahr von Spannungen und spannungsindizierten Rissen oder Brüchen wird verringert.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des Partikelfilters ist vorgesehen, dass das katalytisch wirksame Material ein Zeolith, insbesondere ein Kupfer-Zeolith oder ein Eisen-Zeolith oder eine Vanadiumverbindung ist. Solche Werkstoffe lassen sich einfach und stabil im Rahmen des Herstellungsprozesses in die Matrix eines Filterkörpers einbringen, wobei eine hohe Konvertierungsleistung bezüglich der Stickoxide erreicht wird.
- Bevorzugt ist dabei, dass die Matrix als Matrixmaterial ein Siliziumcarbit, ein Aluminiumtitanat, ein Cordierit, ein Mullit oder einen Werkstoff mit ähnlicher Porosität und ähnlichen Materialeigenschaften aufweist. Prinzipiell sind solche Werkstoffe bereits als Filtermaterial für einen Partikelfilter bekannt, wobei der Filterkörper bislang durch eine katalytisch wirksame Beschichtung um die Funktionalität zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden erweitert wurde.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des Partikelfilters ist vorgesehen, dass der Partikelfilter ein Volumen von 2 dm3 bis 5 dm3 aufweist. Für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen, haben sich Partikelfilter mit einer solchen Größe als hinreichend guter Kompromiss bezüglich der Konvertierungsleistung und den notwendigen Regenerationsintervallen auf der einen Seite sowie dem benötigten Bauraum und den Herstellungskosten auf der anderen Seite etabliert. Für größere Kraftfahrzeuge wird ein Volumen des Partikelfilters angestrebt, welches etwa dem 1,2 - 2fachen des Hubraums des Verbrennungsmotors entspricht.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Partikelfilters vorgeschlagen, wobei der Filterkörper des Partikelfilters als Vollextrudat aus einem SCR-aktiven Material hergestellt wird. Ein Vollextrudat ist eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung eines Filterkörpers. Dabei kann das katalytisch wirksame Material im Herstellungsprozess in die Filtermatrix des Partikelfilters eingebracht werden, wodurch eine homogene Verteilung des katalytischen Materials erreicht und das Alterungsverhalten des Partikelfilters verbessert wird.
- Erfindungsgemäß wird ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Abgaskanal, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases durch den Abgaskanal ein erster Katalysator mit einer oxidativen Wirkung, insbesondere ein Oxidationskatalysator oder ein NOx-Speicherkatalysator, stromabwärts des ersten Katalysators ein Dosiermodul zur Eindosierung eines Reduktionsmittels und stromabwärts des Dosiermoduls ein erfindungsgemäßer Partikelfilter mit einer integrierten Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist. Durch ein entsprechendes Abgasnachhandlungssystem ist eine effiziente Abgasnachbehandlung eines Dieselmotors möglich. Dabei werden sowohl die im Abgas vorhandenen Stickoxide in ungiftigen, elementaren Stickstoff konvertiert, als auch die Rußpartikel aus dem Abgasstrom zurückgehalten. Durch die Einbettung des katalytisch wirksamen Materials in die Filtermatrix wird das Alterungsverhalten der SCR-Komponente des Partikelfilters gegenüber einem beschichteten Partikelfilter deutlich verbessert. Daher kann die Alterungsreserve, also dass zusätzliche Volumen, welches eine betriebsbedingte Alterung und eine damit verbundene Reduktion der Konvertierungsleistung ausgleichen soll, verringert werden. Somit kann ein kleinerer und leichter Partikelfilter verwendet werden, was das Fahrzeuggewicht und die Herstellungskosten senkt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass stromabwärts des Partikelfilters mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden mindestens ein weiterer SCR-Katalysator angeordnet ist oder mehrere parallel angeströmte SCR-Katalysatoren angeordnet sind, wobei das Volumen respektive die Summe der Volumina der weiteren SCR-Katalysatoren größer als das Volumen des Partikelfilters mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ist. Durch eine zweite, dem Partikelfilter nachgeschaltete SCR-Katalysatorstufe kann die Konvertierungsleistung des Abgasnachbehandlungssystems bezüglich Stickoxidemissionen weiter verbessert werden. Insbesondere wird der Betriebsbereich erweitert, in welchem zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, also der Partikelfilter oder der SCR-Katalysator, in einer Temperatur betrieben werden, in welcher eine effiziente Konvertierung von Stickoxiden mittels der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden möglich ist.
- Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
- Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel für eine Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, in welcher ein erfindungsgemäßer Partikelfilter angeordnet ist; und -
2 eine schematische Darstellung eines Wabenkörpers eines solchen Partikelfilters. -
1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors10 mit einem Luftversorgungssystem20 und einer Abgasanlage40 . Der Verbrennungsmotor10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist mehrere Brennräume12 auf. An den Brennräumen12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor10 ist mit seinem Einlass16 mit einem Luftversorgungssystem20 und mit seinem Auslass18 mit einer Abgasanlage40 verbunden. Der Verbrennungsmotor10 umfasst ferner eine HochdruckAbgasrückführung36 mit einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil38 , über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors10 von dem Auslass18 zum Einlass16 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem20 zu den Brennräumen12 oder von den Brennräumen12 zur Abgasanlage40 geöffnet oder verschlossen werden kann. - Das Luftversorgungssystem
20 umfasst einen Ansaugkanal22 , in welchem in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal22 ein Luftfilter24 , stromabwärts des Luftfilters24 ein Luftmassenmesser26 , insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers26 ein Verdichter30 eines Abgasturboladers44 , stromabwärts des Verdichters30 eine Drosselklappe32 und weiter stromabwärts ein Ladeluftkühler34 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser26 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters24 angeordnet sein, sodass der Luftfilter24 und der Luftmassenmesser26 eine Baugruppe ausbildet. Stromabwärts des Luftfilters24 und stromaufwärts des Verdichters30 ist eine Einmündung28 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung72 einer Niederdruck-Abgasrückführung70 in den Ansaugkanal22 mündet. - Die Abgasanlage
40 umfasst einen Abgaskanal42 , in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors10 durch den ersten Abgaskanal42 eine Turbine46 des Abgasturboladers44 angeordnet ist, welche den Verdichter30 im Luftversorgungssystem20 über eine Welle48 antreibt. Der Abgasturbolader44 ist vorzugsweise als Abgasturbolader44 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine46 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine46 variiert werden kann. Alternativ können die Turbine46 und der Verdichter30 auch als voneinander getrennte, elektrische Bauteile ausgeführt sein, wobei die Turbine46 über einen Dynamo elektrische Energie erzeugt und in einen hier nicht dargestellten elektrischen Energiespeicher einspeist, während der Verdichter30 davon unabhängig über einen Elektromotor angetrieben wird. Stromabwärts der Turbine46 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten50 ,52 ,60 ,66 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine46 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein Oxidationskatalysator50 oder ein NOx-Speicherkatalysator52 angeordnet. Dem Oxidationskatalysator50 oder dem NOx-Speicherkatalysator52 folgt in Strömungsrichtung des Abgases des Verbrennungsmotors10 ein Partikelfilter60 mit einer integrierten Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden. Stromabwärts des Partikelfilters60 kann ein weiterer SCR-Katalysator66 angeordnet sein. Stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators66 kann zusätzlich ein Ammoniak-Sperrkatalysator vorgesehen werden, welcher einen Austritt von unverbrauchtem Ammoniak verhindert und dieses in Stickstoff, Stickoxide und Wasserdampf konvertiert. Stromabwärts des Partikelfilters60 und stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators66 ist in dem Abgaskanal42 eine Abgasklappe62 vorgesehen, mit welcher der Querschnitt des Abgaskanals42 zumindest teilweise versperrt werden kann, um den Abgasgegendruck im Abgaskanal42 zu erhöhen. Stromabwärts des Partikelfilters60 und stromaufwärts der Abgasklappe62 ist am Abgaskanal42 eine Verzweigung68 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung72 einer Niederdruck-Abgasrückführung70 aus dem Abgaskanal42 abzweigt. - Die Abgasrückführung
70 umfasst neben der Abgasrückführungsleitung72 einen Abgasrückführungskühler76 und ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil78 , über welches die Niederdruck-Abgasrückführung70 durch die Abgasrückführungsleitung72 steuerbar ist. An der Abgasrückführungsleitung72 der Niederdruck-Abgasrückführung70 kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, über welchen eine Abgastemperatur in der Abgasrückführung70 ermittelt werden kann, um die Abgasrückführung70 zu deaktivieren, sobald die Abgastemperatur in der Niederdruck-Abgasrückführung70 einen definierten Schwellenwert unterschritten hat. Somit kann verhindert werden, dass Wasserdampf oder im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel58 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere flüssige Harnstofflösung, auskondensiert und in der Niederdruck-Abgasrückführung70 oder im Luftversorgungssystem20 zu Beschädigungen oder Ablagerungen führt. Ferner ist in der Niederdruck-Abgasrückführung70 ein Filter74 vorgesehen, um zu verhindern, dass Partikel über die Niederdruck-Abgasrückführung70 in das Luftversorgungssystem20 gelangen oder in der Abgasrückführung70 zu Beschädigungen oder Funktionsstörungen führen. - In der Abgasanlage
40 kann ein Temperatursensor vorgesehen sein, mit welchem eine Abgastemperatur in der Abgasanlage40 überwacht werden kann, um eine effektive und effiziente Abgasnachbehandlung des Abgases des Verbrennungsmotors10 zu ermöglichen. Ferner sind Differenzdrucksensoren vorgesehen, um eine Druckdifferenz über dem Partikelfilter60 zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Beladungszustand des Partikelfilters60 ermittelt und bei Überschreiten eines definierten Beladungsniveaus eine Regeneration des Partikelfilters60 eingeleitet werden. Ferner ist am Abgaskanal42 mindestens ein Dosiermodul54 ,64 vorgesehen, um ein Reduktionsmittel58 , insbesondere wässrige Harnstofflösung, stromabwärts des Oxidationskatalysators50 oder des NOx-Speicherkatalysators52 und stromaufwärts des Partikelfilters60 in den Abgaskanal42 einzudosieren. Dabei ist ein erstes Dosiermodul54 vorgesehen, mit welchem Reduktionsmittel stromaufwärts des Partikelfilters60 und stromaufwärts des weiteren SCR-Katalysators66 in den Abgaskanal42 eingebracht wird. Ferner kann ein weiteres Dosiermodul64 vorgesehen sein, mit welchem das Reduktionsmittel58 abwärts der Verzweigung68 in den Abgaskanal42 eindosiert wird. Dabei sind die Dosiermodule54 ,64 über eine Leitung mit einem Reduktionsmitteltank56 verbunden, in welchem das Reduktionsmittel58 , insbesondere eine wässrige Harnstofflösung, bevorratet ist. - Im Abgaskanal
42 können jeweils stromabwärts des jeweiligen Dosiermoduls54 ,64 Mischelemente angeordnet sein, um eine Vermischung des Reduktionsmittels58 mit dem Abgas des Verbrennungsmotors10 zu begünstigen. - Im Abgaskanal
42 kann stromaufwärts vom Partikelfilter mit NOx-Minderungsfunktion60 ein NOx-Sensor angeordnet werden, um die notwenige Menge an Reduktionsmittel58 für den Reduktionsmittelinjektor54 zu ermitteln. Außerdem kann stromabwärts zum Partikelfilter mit NOx-Minderungsfunktion60 aber stromaufwärts zum NOx-Katalysator66 ein NOx/NH3-Sensor verbaut sein, um die Dosiermenge an Reduktionsmittel58 für den Injektor64 zu ermitteln, sowie die Funktion des Partikelfilters mit NOx-Minderungsfunktion60 zu überwachen und gegebenenfalls eine Überdosierung an Reduktionsmittel58 zu erkennen. Überdies kann stromabwärts zum NOx-Katalysator66 ein NOx/NH3-Sensor angeordnet sein, um die Funktion des NOx-Katalysators66 zu überwachen und Ammoniakschlupf zu erkennen, um gegebenenfalls die dosierte Menge an Reduktionsmittel58 anzupassen. - Der Verbrennungsmotor
10 ist mit einem Motorsteuergerät80 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit den Dosiermodulen54 ,64 , den Sensoren in der Abgasanlage40 sowie mit einem Steuerelement der Abgasklappe62 verbunden ist. Ferner ist das Motorsteuergerät80 mit den Kraftstoffinjektoren14 des Verbrennungsmotors10 sowie mit den Steuereinrichtungen26 ,32 des Luftversorgungssystems20 verbunden. - In
2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Partikelfilters60 dargestellt. Der Partikelfilter60 umfasst ein Filtergehäuse, in welchem ein Filterkörper90 aus einem Vollextrudat angeordnet ist. Der Filterkörper90 umfasst eine Mehrzahl von Einlasskanälen82 und eine Mehrzahl von Auslasskanälen84 , welche jeweils durch eine poröse Filterwand86 voneinander getrennt sind. Dabei sind die Einlasskanäle82 jeweils an ihrer Auslassseite und die Auslasskanäle84 jeweils an ihrer Einlassseite verschlossen, sodass der Abgasstrom zwangsweise durch die poröse Filterwand76 geleitet wird. Der Filterkörper90 weist eine Matrix aus Siliziumcarbid, Aluminiumtitanat, Alumosilicat, Cordierit oder Mullit auf. In diese Matrix ist ein SCR-aktives Material, insbesondere Zeolith, beispielsweise ein Kupfer-Zeolith oder ein Eisen-Zeolith oder eine Vanadiumverbindung eingebettet. - Bei der Nutzung eines Vollextrudats für den Filterkörper
90 ist aufgrund der deutlich homogeneren Verteilung der SCR-aktiven Materialien im Filterkörper90 gegenüber einem Partikelfilter60 mit einer SCR-Beschichtung mit einer signifikant höheren Alterungsstabilität hinsichtlich der NOx-Konvertierung zu rechnen. Die Dimensionen des Partikelfilters60 richten sich zum einen nach der Partikelbeladung, das heißt den Rohemissionen des Verbrennungsmotors10 , sowie nach dem gewünschten Regenerationsintervall des Partikelfilters60 . Zum anderen ist die erforderliche Konvertierungsleistung bezüglich der Sickoxid-Emissionen ein Auslegungskriterium für den Partikelfilter60 . Bei Verbrennungsmotoren mit einer vergleichsweise geringen Partikelrohemission wird daher die Konvertierungsleistung für die Stickoxide die ausschlaggebende Größe für das notwendige Volumen des Partikelfilters60 , da die Konvertierungsleistung auch von der Verweildauer des Abgases im Partikelfilter60 abhängig ist. - Für Kraftfahrzeuge wird angestrebt, dass der Partikelfilter
60 so ausgelegt ist, dass im NEFZ-Prüfzyklus eine Mindestfahrstrecke von 500 km zwischen zwei Regenerationen des Partikelfilters60 erreicht wird. Vorzugsweise liegt das Volumen des Partikelfilters60 mit der integrierten Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden bei 1 - 1,8 dm3 pro dm3 Hubraum des Verbrennungsmotors10 . - Bei Kraftfahrzeugen, bei denen dem Partikelfilter
60 ein weiterer SCR-Katalysator66 nachgeschaltet ist, beträgt das Volumen des weiteren SCR-Katalysators vorzugsweise das 1,2 - 1,6fache des Volumens des Partikelfilters60 . Wird der weitere SCR-Katalysator66 ebenfalls aus einer Matrix mit einem SCR-aktiven Material hergestellt, so kann der weitere SCR-Katalysator etwas kleiner ausgeführt werden und weist vorzugsweise das 1,1 - 1,3fache des Volumens des Partikelfilters60 auf. - Durch die Einbettung des SCR-aktiven Materials in die Matrix des Filterkörpers wird eine deutlich langsamere Alterung des Partikelfilters
60 bezüglich der Konvertierung von Stickoxiden erreicht, wodurch der Partikelfilter60 kleiner und leichter ausgeführt werden kann und somit weniger Bauraum benötigt. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Brennraum
- 14
- Kraftstoffinjektor
- 16
- Einlass
- 18
- Auslass
- 20
- Luftversorgungssystem
- 22
- Ansaugkanal
- 24
- Luftfilter
- 26
- Luftmassenmesser
- 28
- Einmündung
- 30
- Verdichter
- 32
- Drosselklappe
- 34
- Ladeluftkühler
- 36
- Hochdruckabgasrückführung
- 38
- Hochdruck-Abgasrückführungsventil
- 40
- Abgasanlage
- 42
- Abgaskanal
- 44
- Abgasturbolader
- 46
- Turbine
- 48
- Welle
- 50
- Oxidationskatalysator
- 52
- NOx-Speicherkatalysator
- 54
- Dosiermodul
- 56
- Reduktionsmitteltank
- 58
- Reduktionsmittel
- 60
- Partikelfilter mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion
- 62
- Abgasklappe
- 64
- zweites Dosiermodul
- 66
- SCR-Katalysator
- 68
- Verzweigung
- 70
- Niederdruck-Abgasrückführung
- 72
- Niederdruck-Abgasrückführungsleitung
- 74
- Filter
- 76
- Abgasrückführungskühler
- 78
- Niederdruck-Abgasrückführungsventil
- 80
- Steuergerät
- 82
- Einlasskanal
- 84
- Auslasskanal
- 86
- poröse Filterwand
- 88
- Filtermaterial
- 90
- Filterkörper
Claims (10)
- Partikelfilter (60) zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einer Mehrzahl von Einlasskanälen (82) und einer Mehrzahl von Auslasskanälen (84), wobei die Einlasskanäle (82) und die Auslasskanäle (84) jeweils über eine poröse Filterwand (86) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (90) des Partikelfilters (60) als Vollextrudat aus einem Filtermaterial (88) mit einer katalytischen Wirkung bezüglich der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden hergestellt ist.
- Partikelfilter (60) nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkörper (90) mindestens 5 % katalytisch wirksames Filtermaterial (88) aufweist. - Partikelfilter (60) nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das katalytisch wirksame Filtermaterial (88) eine Matrix ausbildet oder homogen in einer Matrix aus einem Filtermaterial verteilt ist. - Partikelfilter (60) nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngröße des katalytisch wirksamen Filtermaterials (88) um maximal 50 % von der mittleren Korngröße des Matrixmaterials abweicht. - Partikelfilter (60) nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass das katalytisch wirksame Filtermaterial ein Zeolith, insbesondere einen Kupfer-Zeolith oder einen Eisen-Zeolith oder eine Vanadiumverbindung ist. - Partikelfilter (60) nach einem der
Ansprüche 3 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial Siliziumcarbit, Aluminiumtitanat, Alumosilicat, Cordierit oder Mullit ist. - Partikelfilter (60) nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (60) ein Volumen von 2 dm3 bis 5 dm3 aufweist. - Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters (60) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Filterkörper (90) des Partikelfilters als Vollextrudat aus einem SCR-aktiven Material hergestellt wird. - Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Abgaskanal (42), in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases durch den Abgaskanal (42) ein erster Katalysator (50, 52) mit einer oxidativen Wirkung für Stickstoffmonoxid, stromabwärts des ersten Katalysators (50, 52) ein Dosiermodul (54) zur Eindosierung eines Reduktionsmittels (58) und stromabwärts des Dosiermoduls (54) ein Partikelfilter (60) mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden nach einem der
Ansprüche 1 bis7 angeordnet sind. - Abgasnachbehandlungssystem nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Partikelfilters (60) mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein weiterer SCR-Katalysator (66) angeordnet ist, wobei das Volumen des weiteren SCR-Katalysators (66) größer als das Volumen das Partikelfilters (60) mit integrierter Funktion zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ist.
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DE102018128161.7A DE102018128161A1 (de) | 2018-11-12 | 2018-11-12 | Partikelfilter sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Partikelfilters |
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2018
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