DE10218775A1 - Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Filtereinrichtung, welche für das Durchströmen des zu reinigenden Abgases durchlässig ist, wobei in Strömungsrichtung des Abgases DOLLAR A - ein Filter 1 mit einer Washcoat-Beschichtung; DOLLAR A - ein zweites als Partikelfilter wirkendes Filter 4, welches eine Rußzündpunkt-erniedrigende Substanz aufweist DOLLAR A und gegebenenfalls DOLLAR A - ein Katalysator 3 DOLLAR A nacheinander angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Filtereinrichtung, welche für das Durchströmen des zu reinigenden Abgases durchlässig ist. Stand der Technik
  • Aus der DE 38 01 634 C2 ist eine Filter- und Nachverbrennungseinrichtung für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei der die metallischen Einfassungsmäntel der Filterelemente mit einer katalytischen Oxidations- oder Drei-Wege-Beschichtung versehen sind. Der gasdurchlässige Filterkörper kann aus einem Drahtgestrick gebildet sein. Ferner werden abgeschiedene Ruß- und andere Feststoffpartikel durch Abbrand beseitigt.
  • Aus der DE 199 12 846 A1 ist ferner ein Oxidationskatalysator bekannt, der als Trägerkörper einen Wabenkörper mit einer Vielzahl von durchströmbaren axialen Kanälen aufweist, wobei an den Kanalwänden eine katalytisch aktive Beschichtung vorgesehen ist. Die Beschichtung kann aus einem Washcoat, insbesondere aus porösem Aluminiumoxid (Al2O3) bestehen, wobei als katalytisch aktives Material darin ein Edelmetall, beispielsweise Platin und/oder Rhodium enthalten sein kann.
  • Ferner ist aus der DE 43 03 850 C1 ein Oxidationskatalysator bekannt, bei dem der Trägerkörper aus einem Gestrick aus warmfesten Fasermaterial besteht, das mit dem katalytisch wirksamen Material, beispielsweise Platin, Palladium, Vanadium oder Rhodium beschichtet ist. Das Gestrick, auf welches die katalytisch aktive Beschichtung aufgebracht ist, kann aus Keramikfasern bestehen. Zur Bildung des Katalysatorkörpers wird das Gestrick leporelloartig gefaltet und zu einem Stapel aus aufeinanderliegenden Lagen gelegt. Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem pro Volumeneinheit eine verbesserte Reinigungswirkung erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Bei der Erfindung sind in Strömungsrichtung des zu reinigenden Abgases zunächst ein erstes Filter mit einer Washcoat- Beschichtung angeordnet. Anschließend wird das Abgas durch ein zweites Filter, welches als Partikelfilter, insbesondere Rußfilter, ausgebildet ist, hindurchgeleitet. Dieses zweite Filter besitzt eine Rußzündpunkt-erniedrigende Substanz, die insbesondere als Beschichtung der Strömungskanäle des zweiten Filters ausgebildet ist. Durch das die Washcoat- Beschichtung aufweisende erste Filter (Vorfilter) erreicht man eine Erhöhung der Betriebstemperatur der Vorrichtung. Durch diese Erhöhung der Betriebstemperatur und die Erniedrigung des Rußzündpunktes im zweiten Filter erreicht man eine wirkungsvollen Abbrand der im zweiten Filter abgeschiedenen Feststoffpartikel, insbesondere Rußpartikel.
  • An das zweite Filter kann sich ein Katalysator, insbesondere Oxydkatalysator anschließen. Hierdurch erreicht man eine kombinierte Oxidationskatalysator- und Partikelrußfilter- Vorrichtung, die in äußerst kompakter Bauweise die einzelnen Filter- und Katalysatorfunktionen nacheinander in einem Gehäuse aufweist.
  • Der Träger des Katalysatorkörpers besteht vorzugsweise aus einem Metalldrahtgestrick, auf dessen Metalldrähte eine Washcoat-Zwischenschicht und darauf die katalytisch wirksame Beschichtung aufgebracht sind. Ferner sind im Gehäuse in Abgasströmungsrichtung vor dem Katalysatorkörper die beiden Filter vorgesehen, wobei das erste Filter vorzugsweise aus einem Metalldrahtgestrick, auf dessen Oberfläche eine Washcoat-Beschichtung vorgesehen ist, besteht. Durch dieses Vorfilter erreicht man die Erhöhung der Betriebstemperatur der Vorrichtung und das Abbrennen der im zweiten Filter abgeschiedenen Feststoffpartikel und Rußpartikel vor dem Eintritt des Abgases in den Katalysator. Das Metalldrahtgestrick des ersten Filters mit der Beschichtung ist so verdichtet, dass die Partikel, insbesondere Rußpartikel ohne die Gefahr des Zusetzens durch das erste Filter hindurchströmen können.
  • Die Washcoat-Beschichtung im ersten Filter und im Katalysatorkörper besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3) Vorzugsweise enthält die Washcoat-Beschichtung ein Seltenerdmetalloxid, insbesondere Ceroxid. Die Washcoat- Beschichtung kann ferner eines oder mehrere weitere Metalloxide, die ausgewählt sind aus der Gruppe anorganischer Oxide der Seltenerdmetalle, und von Lanthan, Titan, Zirconium, Hafnium, enthalten.
  • Für die katalytisch aktive Beschichtung des Katalysatorkörpers eignen sich vorzugsweise Edelmetalle, wie Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium und Iridium.
  • Durch die Erfindung wird eine kompakte kombinierte Anordnung für einen Oxidationskatalysator- und ein Partikelrußfilter geschaffen. Beispiele
  • Anhand der Figuren wird an Ausführungsbeispielen die Erfindung noch näher erläutert.
  • Es zeigt
  • Fig. 1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel; und
  • Fig. 2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel.
  • Bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind in einem Gehäuse 3 ein erstes Filter 1 und ein zweites eine Rußzündpunkt-erniedrigende Substanz aufweisenden Filter 4 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist ein vorzugsweise als Oxidationskatalysator ausgebildeter Katalysatorkörper 2 vorgesehen. Durch Pfeile ist die Abgasströmungsrichtung durch die Vorrichtungen in den Figuren von links nach rechts gekennzeichnet. Das erste Filter 1, welches als Vorfilter wirkt, befindet sich in Abgasströmungsrichtung vor dem Rußzündpunkterniedrigenden zweiten Filter 4 und in Fig. 2 vor dem Katalysatorkörper 2 im Gehäuse 3 der Vorrichtung. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 stellt ein kombiniertes Oxidations- und Partikelrußfilter dar. Das erste Filter (Vorfilter) 1 besteht aus einem Metalldrahtgestrick, an dessen Metalldrähte eine Washcoat-Beschichtung auf Aluminiumoxidbasis, welche ferner Ceroxid enthält, vorgesehen sind. Die Washcoat-Beschichtung kann ferner weitere Metalloxide, insbesondere von Seltenerdmetallen, Lanthan, Titan, Zirkonium oder Hafnium enthalten.
  • Zwischen dem ersten Filter 1 und dem Katalysatorkörper 2 befindet sich in der Fig. 2 das zweite Filter 4, welches als Partikelfilter, insbesondere Rußfilter, ausgebildet ist. Der Filterkörper kann ebenfalls aus einem Metalldrahtgestrick bestehen, dessen Metalldrähte mit der Rußzündpunkterniedrigenden Substanz beschichtet sind. Diese Substanz besteht beispielsweise aus einem Oxyd oder Mischoxyd von Fe, Cu, Mo, La, Cs, V, Ce, Zr, Si. Außerdem kann eine das Abgas konditionierende Katalysatorbeschichtung, beispielsweise aus Pt, Pd, Ru, Rh, Ir oder Kombinationen hiervon vorgesehen sein.
  • Der Katalysatorkörper 2 besitzt als Trägerkörper ebenfalls ein Metalldrahtgestrick, auf dessen Metalldrähte eine Washcoat-Zwischenschicht auf Aluminiumoxidbasis vorgesehen ist. Diese kann ebenfalls ein Seltenerdmetalloxid, insbesondere Ceroxid enthalten. Ferner können eines oder mehrere weitere anorganische Metalloxide, insbesondere von Seltenerdmetallen sowie von Lanthan, Titan, Zirconium oder Hafnium in der Washcoat-Beschichtung enthalten. Für die katalytisch wirksame Beschichtung werden Edelmetalle, insbesondere Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium oder Iridium verwendet. Der Katalysatorkörper kann einteilig oder mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, wie in der Figur dargestellt, ausgebildet sein. Hierzu sind auf zwei Drahtgestrickträgerkörper die Zwischenschicht und die katalytisch aktive Beschichtung aufgetragen.
  • Bei der Herstellung der Filter 1 und 4 sowie des Katalysatorkörpers 2 wird zunächst das jeweilige Drahtgestrick beschichtet und dann eine Ronde (Vollzylinder), welche den gesamten Strömungsquerschnitt des Katalysatorgehäuses 3 ausfüllt, durch Wickeln und gegebenenfalls Verdichten geformt.
  • Für den Strickvorgang wird ein Metalldraht, welcher Cer aufweisen kann, mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,35 mm verwendet. Das Drahtgestrick kann eine Breite von 35 mm aufweisen mit einer Anzahl der Nadeln von 20. Ferner kann der Metalldraht eine Pfeilwellung von ca. 5 bis 6 mm Höhe haben.
  • Ein Ausführungsbeispiel der kombinierten Filtervorrichtung wurde an einem Dieselmotor mit Turbolader, einem Hubraum von 3920 cm3 und 85 kW bei verschiedenen Drehzahlen geprüft. Es wurden Prüfläufe ohne Katalysator und mit der Filtervorrichtung gemäß der Erfindung durchgeführt. Im folgenden sind die Messergebnisse angegebenen: CO(g/kWh)

    HC (g/kWh)

    Nox (g/kWh)

  • Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die beiden Filter 1 und 4 und der Katalysatorkörper 2 blockförmig, insbesondere als Vollzylinder ausgebildet. Zwischen den Filtern 1 und 4 sowie dem Katalysatorkörper 2 sind Abstandhalter 5, insbesondere in Ringform angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Filter 1 und 4 sowie den Katalysatorkörper 2 ineinander liegend anzuordnen, wobei die Abgasströmungsrichtung in der Vorrichtung im wesentlichen im radialer Richtung verläuft. Das Abgas strömt somit zunächst durch das innenliegende erste Filter 1, dann durch das zweite Filter 4 und schließlich durch den die Filter 1 und 4 umgebenden Katalysatorkörper 2. Hierzu können die Filter 1 und 4 sowie der Katalysatorkörper 2 auch hohlzylindrisch ausgebildet sein und ineinander angeordnet sein. Gegebenenfalls kann auch bei dieser Anordnung zwischen den Filter 1 und 4 sowie dem Katalysatorkörper 2 ein radialer Abstand vorgesehen sein.
  • Je nach den Einbauerfordernissen können auch andere geometrische Formen für die Filter 1 und 4 sowie den Katalysatorkörper 2 vorgesehen sein. Anstelle von kreiszylindrischen Filter- bzw. Katalysatorkörpern können sternförmige, ovale, rechteckige und anderweitig geformte Bauelementekörper zum Einsatz kommen.
  • Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt ein Filter zur Beseitigung von Feststoffpartikeln, insbesondere Rußpartikeln aus den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Dieselmotors dar. Das erste Filter 1 bewirkt eine Erhöhung der Betriebstemperatur und fördert in Verbindung mit dem zweiten Filter 4, welches die Rußzündpunkt-erniedrigende Substanz aufweist, den Abbrand der Feststoffpartikel bzw. Rußpartikel. Dieser Abbrand erfolgt bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, bevor die Abgase in den Katalysator insbesondere Oxydkatalysator 2 gelangen.

Claims (25)

1. Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit einer Filtereinrichtung, welche für das Durchströmen des zu reinigenden Abgases durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases ein Filter (1) mit einer Washcoat-Beschichtung und ein zweites als Partikelfilter wirkendes Filter (4), welches eine Rußzündpunkt-erniedrigende Substanz aufweist, nacheinander angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußzündpunkterniedrigende Substanz als Beschichtung im zweiten Filter (4) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußzündpunkterniedrigende Substanz als Oxyd oder Mischoyxd von Fe, Cu, Mo, La, Cs, V, Ce, Zr, Si ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filter (1, 4) jeweils einen aus einem Metallgestrick bestehenden Filtergrundkörper aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoat-Beschichtung des ersten Filters (1) aus Aluminiumoxyd (Al2O3) besteht, welches ein Seltenerdmetalloxid enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerdmetalloxid Ceroxid ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Washcoat- Beschichtung des Filters (1) wenigstens ein weiteres Metalloxid enthält.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine weitere Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe der anorganischen Oxide von Seltenerdmetallen, Lanthan, Titan, Zirconium und Hafnium.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Drahtgestrick der Filter (1) und (4) zu einem zylindrischen, insbesondere vollzylindrischen Körper gewickelt ist, der den gesamten Strömungsquerschnitt des Gehäuses (3) ausfüllt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (1) und (4) ein Bauteil bilden.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Filtern (1) und (4) im Abstand voneinander angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung des Abgases ein Katalysator (3), insbesondere Oxidationskatalysator nach dem zweiten Filter (4) angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorkörper eine Washcoat-Zwischenschicht aufweist, auf der eine katalytisch aktive Beschichtung vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper des Katalysatorkörpers (2) als Metalldrahtgestrick ausgebildet ist, auf dessen Metalldrähte die Washcoat- Zwischenschicht und darauf die katalytisch aktive Beschichtung aufgebracht sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung des Katalysatorkörpers (2) aus Aluminiumoxyd (Al2O3) besteht, welches ein Seltenerdmetall enthält,
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerdmetall Ceroxid ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Washcoat-Beschichtung des Katalysatorkörpers (2) wenigstens ein weiteres Metalloxid enthält.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine weitere Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe der anorganischen Oxide von Seltenerdmetallen, Lanthan, Titan, Zirconium und Hafnium.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Beschichtung des Katalysatorkörpers (2) eine Edelmetallbeschichtung ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium und Iridium.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Drahtgestricke der beiden Filter (1) und (4) des Katalysatorkörpers (2) zu zylindrischen Körpern gewickelt sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgestricke als Vollzylinder ausgebildet sind, welche den gesamten Strömungsquerschnitt des Gehäuses (3) ausfüllen.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgestricke des zweiten Filters (4) und des Katalysatorkörpers (2) als Hohlzylinder ausgebildet sind und die beiden Filter (1) und (4) sowie der Katalysatorkörper ineinanderliegend angeordnet sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter (1) und (4) sowie der Katalysator (2) ein Bauteil bilden.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Filter (1) und (4) sowie dem Katalysator (2) Abstände vorgesehen sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103277172A (zh) * 2013-05-13 2013-09-04 宁夏新航能源环境科技有限公司 环保型汽车尾气过滤器
EP2876271A4 (de) * 2012-07-23 2015-08-19 Toyota Motor Co Ltd Abgasreiniger für einen verbrennungsmotor

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