DE60213426T2

DE60213426T2 - Abgasreinigungssystem

Info

Publication number: DE60213426T2
Application number: DE60213426T
Authority: DE
Inventors: Koichiro Toyota-shi Aichi-ken Nakatani; Shinya Toyota-shi Aichi-ken Hirota
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2002-08-07
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2003049641A; CN1267626C; WO2003014538B1; EP1417400A1; KR100610525B1; WO2003014538A1; DE60213426D1; EP1417400B1; KR20040032900A; US7141088B2; US20040244343A1; CN1541299A; JP3702821B2

Description

1. Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung – nachfolgend „Abgasreinigungsvorrichtung" genannt – und insbesondere den Aufbau eines Partikelfilters als Bestandteil einer Abgasreinigungsvorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Partikelfilter zum Sammeln von Partikeln aus dem Abgas, welches von einer Brennkraftmaschine abgegeben wird, ist in der veröffentlichten japanischen Übersetzung der PCT-Anmeldung JP-T-8-508199 beschrieben. Bei diesem Partikelfilter ist ein Körper mit Bienenwabenstruktur aus einem porösen Material gefertigt. Von der Mehrzahl von Durchlässen in diesem Körper mit Bienenwabenstruktur (nachfolgend als Filterdurchgänge bezeichnet), sind einige der Filterdurchgänge mit Verschlüssen an ihren stromaufwärtigen Enden verschlossen, wohingegen die verbleibenden Filterdurchgänge mit Verschlüssen an ihren stromabwärtigen Enden verschlossen sind, so dass in den Partikelfilter strömendes Abgas stets die Wände störungsfrei durchtritt, welche die Filterdurchgänge bilden (nachfolgend als Filtertrennwände bezeichnet) und dann aus dem Partikelfilter austritt.
Da bei diesem Partikelfilter das Abgas stets die Filtertrennwände ohne Ausfall durchtritt und dann aus dem Partikelfilter austritt, ist die Partikelsammelrate höher als die Partikelsammelrate eines Partikelfilters, bei dem das Abgas nur die Filterdurchgänge durchläuft, ohne die Trennwände des Partikelfilters zu durchtreten.
Bei dem Partikelfilter, wie er in der genannten Patentveröffentlichung beschrieben ist, werden die Filterdurchgänge verschlossen, indem die Endabschnitte der Filtertrennwände miteinander kombiniert werden und dann diese Endabschnitte miteinander verbunden werden. Als Ergebnis dieses Aufbaus sind die Abgaseinlassöffnungen der Filterdurchgänge in Form eines Rohrs gebildet. Bei einem Aufbau, wo die Abgaseinlassöffnungen der Filterdurchgänge in Form eines Rohrs ausgebildet sind, wie in der oben beschriebenen Weise, strömt das Abgas glatt in die Filterdurchgänge, ohne dass Turbulenzen erzeugt werden. Mit anderen Worten, wenn das Abgas in die Filterdurchgänge strömt, gelangt das Abgas niemals in Turbulenz. Aus diesem Grund ist der Druckverlust in dem Partikelfilter, wie er in dieser Patentveröffentlichung beschrieben ist, gering.
Bei dem oben beschriebenen Partikelfilter sind die Kopfenden der kombinierten Trennwände scharfendig. Wenn daher beispielsweise der Partikelfilter gehandhabt wird, um den Partikelfilter in dem Abgasdurchlass der Brennkraftmaschine einzubauen, werden, wenn diese kombinierten Trennwände in Kontakt mit den Teilen oder dergleichen der Brennkraftmaschine gebracht werden, die Kopfenden der kombinierten Trennwände abgetragen.
Die EP 0 745 759 A2 beschreibt eine Partikelfalle für einen Dieselmotor, welche ebenfalls abwechselnd verschlossene Einlässe und Auslässe zwischen benachbarten Filtern und scharfendige Trennwände hat.
Die EP 1 270 884 B1 , welche ein Dokument gemäß Art. 54(3) EPÜ ist, zeigt in 4 einen Partikelfilter mit verlängerten Abschnitten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Aufbau zu schaffen, der verhindern kann, dass die Kopfenden der Trennwände nahe aneinander herangebracht werden und der Partikelfilter beschädigt wird, wenn mit dem Partikelfilter hantiert wird.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist versehen mit einem Partikelfilter zum Sammeln von Partikeln in Abgas und der Partikelfilter enthält Trennwände zur Bildung eines Durchgangs. Die Trennwände sind aus einem porösen Material und Endabschnitte der Trennwände werden miteinander kombiniert derart, dass die Querschnittsfläche eines Strömungsdurchgangs, der durch die Endabschnitte der Trennwände gebildet wird, kleiner als derjenige eines Strö mungsdurchganges ist, der durch den übrigen Abschnitt der Trennwände gebildet wird. Zusätzlich hat der Partikelfilter einen verlängerten Abschnitt, der sich über die Kopfenden der Trennwände von der Endoberfläche des Partikelfilters hinaus erstreckt. Der verlängerte Abschnitt kann an verschiedenen Stellen angeordnet sein, z.B. an den äußeren Umfangswänden, aber auch an ausgewählten Trennwänden.
Gemäß dem ersten Aspekt, wo der verlängerte Abschnitt, der sich über die Kopfenden der Trennwände von der Endoberfläche des Partikelfilters aus hinaus erstreckt, bei dem Partikelfilter gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung vorgesehen ist, werden die Kopfenden der Trennwände, die miteinander kombiniert sind, nicht beschädigt, wenn der Partikelfilter gehandhabt wird.
Zusätzlich kann bei dem oben erwähnten ersten Aspekt der verlängerte Abschnitt ein Abschnitt einer äußeren Umfangswand des Partikelfilters sein, der sich über die Kopfenden der Trennwände hinaus erstreckt.
Weiterhin kann ein Abschnitt an der äußeren Umfangswand, der sich über die Kopfenden der Trennwände hinaus erstreckt, so aufgebaut werden, dass er sich derart erstreckt, dass die Kopfenden der Trennwände umgeben werden.
Weiterhin kann ein Abschnitt der äußeren Umfangswand, der sich über die Kopfenden der Trennwände hinaus erstreckt, eine erhöhte Steifigkeit haben, indem beispielsweise die Dicke erhöht wird.
Bei dem oben erwähnten ersten Aspekt kann eine oxidierende Substanz, die in der Lage ist, Partikel zu oxidieren, von den Trennwänden getragen werden.
Bei dem oben erwähnten ersten Aspekt können die Endabschnitte der Trennwände miteinander kombiniert werden und die Kopfenden der Trennwände können miteinander verbunden werden, um eine Endoberfläche des Durchgangs zu verschließen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die voranstehenden und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
1A und 1B sind Darstellungen, die einen Partikelfilter der Erfindung zeigen.
2A und 2B sind Darstellungen, die einen Teil des Partikelfilters der Erfindung zeigen.
3A und 3B sind Darstellungen, die einen Partikelfilter nach dem Stand der Technik bei der Erfindung zeigen.
4A und 4B sind Darstellungen, die einen Körper mit Honigwabenstruktur zeigen.
5A und 5B sind Darstellungen, die eine Form zeigen.
6 ist eine Darstellung, die einen Partikelfilter gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7A und 7B sind Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise bei der Oxidation von Partikeln.
8A, 8B und 8C sind Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise beim Sammeln von Partikeln.
9 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Partikelmenge, welche oxidiert und entfernt werden kann und der Temperatur des Partikelfilters zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. 1A ist eine Enddraufsicht auf einen Partikelfilter und 1B ist eine Darstellung, die einen Querschnitt entlang Linie IB-IB im Partikelfilter von 1A zeigt. Wie in den 1A und 1B gezeigt, hat ein Partikelfilter 22 eine Honigwabenstruktur und weist eine Mehrzahl von Abgasströmungsdurchgängen 50, 51 auf, die sich parallel zueinander erstrecken. Diese Abgasströmungsdurchgänge werden gebildet durch Abgaseinlassdurchgänge 50, von denen jeder ein stromabwärtiges Ende hat, das mit einer schräg verlaufenden Wand verschlossen ist (nachfolgend als stromabwärtige schräge Wand bezeichnet) und durch Abgasauslassdurchgänge 51, von denen jeder ein stromaufwärtiges Ende hat, das durch eine schräg verlaufende Wand 52 verschlossen ist (nachfolgend als stromabwärtige schräg verlaufende Wand bezeichnet) und durch Abgasauslassdurchgänge 51, von denen jeder ein stromaufwärtiges Ende hat, das von einer schräg verlaufenden Wand 53 verschlossen ist (nachfolgend als stromaufwärtige schräg verlaufende Wand bezeichnet). Das heißt, die Abgasströmungsdurchgänge 50, welche einige der Abgasströmungsdurchgänge sind, sind mit den stromabwärtigen schräg verlaufenden Wänden 52 an ihren stromabwärtigen Enden verschlossen, wohingegen die verbleibenden Abgasströmungsdurchgänge 51 mit den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 an ihren stromaufwärtigen Enden verschlossen sind.
Obgleich Details später beschrieben werden, so ist die stromabwärtige schräg verlaufende Wand 52 gebildet durch Kombinieren am stromabwärtigen Ende liegender Trennwandabschnitte der Trennwände, welche den Abgaseinlassdurchgang 50 des Partikelfilters 22 bilden und durch Verbinden hiervon miteinander. Andererseits wird die stromaufwärtige schräg verlaufende Wand 53 gebildet durch Kombinieren von am stromaufwärtigen Ende liegenden Trennwandabschnitten der Trennwände, welche den Abgasauslassdurchgang 51 des Partikelfilters 22 bilden und durch Verbinden hiervon miteinander.
Bei dieser Ausführungsform sind die Abgaseinlassdurchgänge 50 und die Abgasauslassdurchgänge 51 abwechselnd mittels einer dünnen Trennwand 54 angeordnet. Mit anderen Worten, die Abgaseinlassdurchgänge 50 und die Abgasauslassdurchgänge 51 sind derart angeordnet, dass jeder Abgaseinlassdurchgang 50 von vier Abgasauslassdurchgängen 51 umschlossen ist und jeder Abgasauslassdurchgang 51 von vier Abgaseinlassdurchgängen 50 umschlossen ist. Das heißt, ein Abgasdurchlassdurchgang 50 von zwei benachbarten Abgasdurchlassdurchgängen ist mit der stromabwärtigen schräg verlaufenden Wand 52 an seinem stromabwärtigen Ende vollständig verschlossen, wohingegen der andere Abgasströmungsdurchgang 51 mit der stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wand 53 an seinem stromaufwärtigen Ende vollständig verschlossen ist.
Der Partikelfilter 22 ist aus einem porösen Material, wie Cordierit. Daher strömt Abgas, welches in den Abgaseinlassdurchgang 50 geströmt ist, durch die umgebenden Trennwände 54, wie durch den Pfeil in 1B gezeigt, und strömt dann in den benachbarten Abgasauslassdurchgang 51. Es versteht sich, dass, da die schräg verlaufenden Wände 52, 53 aus einem Material des gleichen Typs wie die Trennwände 54 gemacht sind, das Abgas durch die stromaufwärtige schräg verlaufende Wand 53 strömen kann, wie durch den Pfeil in 2A gezeigt, und dann in den Abgasauslassdurchgang 51 strömt und zusätzlich durch die stromabwärtige schräg verlaufende Wand 52 strömen kann, wie durch einen Pfeil in 2B gezeigt.
Die stromaufwärtige schräg verlaufende Wand 53 hat die Form eines quadratischen Konus, der sich in Richtung der stromaufwärtigen Seite derart verjüngt, dass die Querschnittsfläche des Strömungdurchgang der Abgasauslassdurchgangs 51 allmählich abnimmt. Daher ist das stromaufwärtige Ende des Abgaseinlassdurchgangs 50, der gebildet wird, indem er von vier stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 umschlossen ist, in Form eine quadratischen Konus ausgebildet, der sich in Richtung der stromaufwärtigen Seite derart erweitert, dass die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgang des Abgaseinlassdurchgangs 50 allmählich erhöht wird. Mit diesem Aufbau strömt Abgas einfacher in den Partikelfilter als im Vergleich zu dem Fall, wo die Einlassöffnung des Abgaseinlassdurchgangs, wie in 3A gezeigt, ausgebildet ist.
Das heißt, bei dem Partikelfilter gemäß 3A ist das stromaufwärtige Ende des Abgasauslassdurchgangs mit einem Verschluss 72 verschlossen. Da in diesem Fall ein Teil des Abgases gegen den Verschluss 72 stößt, wie mit Bezugszeichen 73 bezeichnet, ist es schwierig für das Abgas, in den Abgaseinlassdurchgang zu strömen. Aus diesem Grund wird der Druckverlust des Partikelfilters groß. Zusätzlich gelangt Abgas, das von der Nähe des Verschlusses 72 in den Abgaseinlassdurchgang strömt, im Nahbereich des Einlasses in Turbulenz, wie durch das Bezugszeichen 74 bezeichnet. Dies macht es dem Abgas ebenfalls schwer, in den Abgaseinlassdurchgang zu strömen. Im Ergebnis wird der Druckverlust des Partikelfilters noch größer.
Andererseits kann bei dem Partikelfilter 22 gemäß der Erfindung, wie in 2A gezeigt, das Abgas in den Abgaseinlassdurchgang 50 strömen, ohne in Turbulenz zu gelangen. Aufgrund dieser Anordnung gemäß der Erfindung strömt Abgas problemlos in den Partikelfilter 22. Daher ist der Druckverlust des Partikelfilters 22 gering.
Weiterhin neigt bei dem Partikelfilter gemäß 3 eine große Menge der Partikel im Abgas dazu, sich an der stromaufwärtigen Endoberfläche des Verschlusses 72 und an der Oberfläche der Trennwände in der Nähe hiervon anzusammeln. Dies deshalb, als das Abgas mit dem Verschluss 72 zusammenstößt und zusätzlich das Abgas in der Nähe des Verschlusses 72 turbulent wird. Im Gegensatz hierzu existiert bei dem Partikelfilter 22 der Erfindung, da die stromaufwärts schräg verlaufende Wand 53 die Form eines quadratischen Konus hat, keine stromaufwärtige Endoberfläche, an der das Abgas heftig auftrifft und zusätzlich geht das Abgas in der Nähe der stromaufwärtigen Endoberfläche nicht in Turbulenz. Somit sammelt sich bei der Erfindung keine große Menge von Partikeln an dem stromaufwärtigen Endbereich des Partikelfilters 22, was zu einem Unterdrücken des Anstiegs von Druckverlusten im Partikelfilter 22 führt.
Weiterhin ist die stromabwärtige schräg verlaufende Wand 52 in Form eines quadratischen Konus ausgebildet, der sich in Richtung der stromabwärtigen Seite derart verjüngt, dass die Querschnittsfläche im Strömungsdurchgang des Abgaseinlassdurchgangs 50 allmählich abnimmt. Daher ist das stromabwärtige Ende des Ab gasauslassdurchgangs 51, der durch die Einschließung mit vier stromabwärtig schräg verlaufenden Wänden 52 gebildet ist, in Form eines quadratischen Konus ausgebildet, der sich in Richtung der stromabwärtigen Seite derart erweitert, dass die Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs des Abgasauslassdurchgangs 51 allmählich erhöht wird. Mit dieser Anordnung strömt Abgas von dem Partikelfilter einfacher als im Vergleich zu dem Fall, wo die Auslassöffnung des Abgasauslassdurchgangs wie in 3B gezeigt aufgebaut ist.
Das heißt, bei dem Partikelfilter gemäß 3B ist das stromabwärtige Ende des Abgaseinlassdurchgangs mit einem Verschluss 70 verschlossen und der Abgasauslassdurchgang erstreckt sich gerade bis zu dieser Auslassöffnung. In diesem Fall strömt ein Teil des Abgases, welches aus der Auslassöffnung des Abgasauslassdurchgangs herausgekommen ist, entlang der stromabwärtigen Endoberfläche des Verschlusses 70 und im Ergebnis hiervon wird eine Turbulenz 71 in der Nähe der Auslassöffnung des Abgasauslassdurchgangs erzeugt. Wenn gemäß obiger Beschreibung die Turbulenz erzeugt wird, wird es für das Abgas schwierig, aus dem Abgasauslassdurchgang herauszuströmen.
Andererseits kann bei dem Partikelfilter der Erfindung gemäß 2B das Abgas durch die Auslassöffnung am Endabschnitt des Abgasauslassdurchgangs 51 herausströmen, ohne in Turbulenz zu gelangen. Somit strömt bei der Erfindung das Abgas vergleichsweise einfach aus dem Partikelfilter. Folglich wird auch durch diesen Aufbau der Wert an Druckverlust des Partikelfilters 22 niedrig.
Die schräg verlaufenden Wände 52, 53 können irgendeine andere Form als der quadratische Konus haben, beispielsweise ein runder Konus, solange sie so geformt sind, dass sie sich allmählich in Richtung der Außenseite des Partikelfilters 22 verjüngen.
Nebenbei gesagt, da die schräg verlaufenden Wände 52, 53 in Form quadratischer Konusse vorliegen, wie oben beschrieben, sind ihre Kopfenden schart zugespitzt. Bei dieser Anordnung besteht Wahrscheinlichkeit, dass die Kopfenden brechen, wenn sie in Kontakt mit anderen Gegenständen gelangen, während der Parti kelfilter 22 gehandhabt wird, beispielsweise um den Partikelfilter 22 in einer Brennkraftmaschine einzubauen.
Daher sind bei dem Partikelfilter 22 der Erfindung die äußeren Umfangswände 56 so geformt, dass sie sich über die Endoberfläche hinaus erstrecken, die von den Kopfenden der schräg verlaufenden Wände 52, 53 in Axialrichtung des Partikelfilters 22, d.h. in Strömungsrichtung des Abgases innerhalb des Partikelfilters erstrecken. Mit anderen Worten, der Partikelfilter 22 der Erfindung weist Abschnitte an der äußeren Umfangswand 56 auf (nachfolgend als verlängerte Abschnitte 55 bezeichnet), die sich über die Endoberfläche hinaus erstrecken, die von den Kopfenden der schräg verlaufenden Wände 52, 53 gebildet wird, d.h. über die Endoberfläche des Partikelfilters 22 hinaus. Die verlängerten Abschnitte 55 der äußeren Umfangswände 56 erstrecken sich so, dass sie die Kopfenden der schräg verlaufenden Wände 52, 53 umgeben.
Mit dieser Anordnung sind es die verlängerten Abschnitte 55 der äußeren Umfangswände 56, die in Kontakt mit anderen Gegenständen gelangen, wenn mit dem Partikelfilter 22 hantiert wird. Somit gelangen die Kopfenden der schräg verlaufenden Wände 52, 53 niemals in Kontakt mit anderen Gegenständen und daher sind die Kopfenden der schräg verlaufenden Wände 52, 53 vor Beschädigung geschützt.
Weiterhin ist der Partikelfilter 22 der Erfindung derart aufgebaut, dass die Steifigkeit zumindest in den verlängerten Abschnitten 55 der äußeren Umfangswände 56 hoch ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Steifigkeit beispielsweise dadurch erhöht, dass die Dicke der verlängerten Abschnitte 55, bevorzugt diejenige der gesamten äußeren Umfangswände 56 größer als die Dicke der Trennwände 54 gemacht wird. Aufgrund dieser Anordnung werden, selbst wenn die Abschnitte 55 der äußeren Umfangswände 56, die sich über die Endfläche des Partikelfilters 22 hinaus erstrecken, in Kontakt mit allen Gegenständen gelangen, wenn der Partikelfilter 22 gehandhabt wird, die Abschnitte 55 der äußeren Umfangswände vor Schäden geschützt. Weiterhin wird bei der Erfindung ein Teil der äußeren Umfangswand als Mittel verwendet, um zu verhindern, dass die Kopfenden der schräg verlaufenden Wände 52, 53 beschädigt werden. Damit können die Beschädigungsverhinderungsmittel im Vergleich zu dem Fall einfach hergestellt werden, wo derartige Beschädigungsverhinderungsmittel zusätzlich an dem Partikelfilter anzubringen sind und weiterhin wird der Aufbau einfach.
Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Abschnitte 55 der äußeren Umfangswände 56, die über die Endoberfläche des Partikelfilters 22 hinausragen, sich über den gesamten Umfang des Partikelfilters 22. Der Gegenstand der Erfindung kann jedoch auch erreicht werden, wenn einige der jeweiligen äußeren Umfangswände 56 des Partikelfilters 22 sich über die Endoberfläche des Partikelfilters 22 hinaus erstrecken. Weiterhin ist es, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, ausreichend, wenn der Partikelfilter wenigstens einen Abschnitt hat, der sich über dessen Endoberfläche hinaus erstreckt.
Mit Hinblick auf seine Leistung ist es für den Partikelfilter 22 wichtig, dass er so aufgebaut ist, dass Druckverlust potenziell verringert wird und der Druckverlust nicht von einem potenziell erreichbaren Wert abweicht, wenn der Partikelfilter 22 im Gebrauch ist.
Mit anderen Worten, wenn beispielsweise eine Brennkraftmaschine einen Partikelfilter aufweist, ist die Betriebssteuerung der Brennkraftmaschine so ausgelegt, dass sie potenziellen Druckverlust des Partikelfilters berücksichtigt. Aus diesem Grund wird, selbst wenn der Partikelfilter so aufgebaut ist, dass sein Druckverlust niedrig wird, dann, wenn der Druckverlust von dem potenziell erreichbaren Wert abweicht, wenn der Partikelfilter in Gebrauch ist, die Leistung der Brennkraftmaschine insgesamt verringert.
Daher sind bei der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, die Trennwände, welche den stromaufwärtigen Endbereich des Abgasströmungsdurchgangs im Partikelfilter 22 bilden, in Form der schräg verlaufenden Wand ausgebildet. Dieser Aufbau verhindert, dass Abgas in Turbulenz gerät, wenn es in den Abgasströmungsdurchgang strömt, so dass der Druckverlust des Partikelfilters 22 potenziell abgesenkt wird.
Weiterhin, und wie oben beschrieben, sind die Trennwände, welche den stromaufwärtigen Endbereich des Abgasströmungsdurchgangs im Partikelfilter 22 bilden, in Form der schräg verlaufenden Wände ausgebildet und dies erschwert es Partikeln, sich an den Wandflächen der schräg verlaufenden Wände zu sammeln. Mit anderen Worten, dies verhindert, das Abgas, welches in den Abgasströmungsdurchgang strömt, in Turbulenz gerät, welche durch Ansammlung von Partikeln an den Wandoberflächen der schräg verlaufenden Wände während des Gebrauchs des Partikelfilters 22 verursacht wird. Aufgrund dieser Anordnung wird gemäß der Erfindung während des Gebrauchs des Partikelfilters eine Abweichung des Druckverlusts zu einem potenziell erreichbaren Wert, was zu einem hohen Druckverlust führen würde, unterdrückt.
Weiterhin und wie oben beschrieben sammeln sich Partikel nicht ohne Weiteres an den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 an, wenn der Partikelfilter 22 in Gebrauch ist. Es gibt jedoch bestimmte Fälle, wo sich Partikel möglicherweise an den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 sammeln können. In solchen Fällen wird der Druckverlust des Partikelfilters 22 im Gebrauch hoch.
Daher ist bei der Erfindung eine oxidierende Substanz, die in der Lage ist, Partikel zu oxidieren und zu entfernen, an den stromaufwärtig schräg verlaufenden Wänden 53 gehalten, so dass sich an den stromaufwärtig schräg verlaufenden Wänden 53 sammelnde Partikel oxidiert und entfernt werden. Mit dieser Anordnung sammelt sich, da die sich an den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 sammelnden Partikel kontinuierlich oxidiert und entfernt werden, große Partikelmengen niemals an den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 an. Daher wird der Druckverlust im Partikelfilter 22 auf niedrigem Wert gehalten, auch wenn er in Gebrauch ist.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der Erfindung ein spezielles Problem vermieden werden, das sich aus der Anordnung ergibt, wo die Abgasauslassdurchgänge 51 mit den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 aus porösem Material verschlossen sind, um den Druckverlust des Partikelfilters 22 potenziell zu senken, d.h., ein Problem, dass der Druckverlust des Partikelfilters von dem erreichbaren Wert im Gebrauch abweicht.
Bei dieser Ausführungsform wird die oxidierende Substanz vollständig von dem Partikelfilter 22 getragen, d.h. nicht nur an den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53, sondern auch an den Trennwänden 54 und den stromabwärtigen schräg verlaufenden Wänden 52. Weiterhin wird die oxidierende Substanz nicht nur an den Wandoberflächen der stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wände 53, den stromabwärtigen schräg verlaufenden Wänden 52 und den Trennwänden 54 getragen, sondern auch an den mikroporösen Wänden im Inneren hiervon. Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform die Menge an oxidierender Substanz, die von den stromaufwärtigen schräg verlaufenden Wänden 53 zu tragen ist, pro Einheitsvolumen größer als die Menge von oxidierender Substanz pro Einheitsvolumen gemacht, die von den Trennwänden 54 und den stromabwärtigen schräg verlaufenden Wänden 52 getragen wird.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des Partikelfilters kurz beschrieben. 4 zeigt einen zylinderförmigen Körper mit Bienenwabenstruktur und 4B zeigt den Körper mit Bienenwabenstruktur im Querschnitt entlang Linie IVB-IVB. Zunächst wird ein zylinderförmiger Körper 80 mit Bienenwabenstruktur gemäß 4 aus einem porösen Material, wie Cordierit oder dergleichen, extrudiert. Der Körper 80 mit Bienenwabenstruktur weist eine Mehrzahl von Abgasströmungsdurchgängen auf, von denen jeder einen quadratischen Querschnitt hat. Einige dieser Abgasströmungsdurchgänge werden als Abgaseinlassdurchgänge 50 des Partikelfilters 22 verwendet, wohingegen die verbleibenden Abgasströmungsdurchlässe als Abgasauslassdurchgänge 51 des Partikelfilters 22 verwendet werden. Zusätzlich erstrecken sich die äußeren Umfangswände des Körpers 80 mit Bienenwabenstruktur über die Endoberfläche des Körpers 80 mit Bienenwabenstruktur an beiden Enden hinaus, um die verlängerten Abschnitte 55 zu schaffen.
Nachfolgend wird eine Form 90 gemäß 5 gegen die Endoberfläche des Körpers 80 mit Bienenwabenstruktur gepresst. Wie in 5A gezeigt, hat die Form 90 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 91 jeweils in Form eines quadratischen Konus. 5B zeigt einen Vorsprung 91. Die Form 90 wird gegen jede Endoberfläche des Körpers 80 mit Bienenwabenstruktur derart gepresst, dass die Vorsprünge 91 in die vorbestimmten Abgasströmungsdurchgänge eingeführt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Trennwände, welche die bestimmten Abgasströmungsdurchgänge bilden, d.h. die Trennwände 54 zusammengeführt, um die schräg verlaufenden Wände zu bilden. Die bestimmten Abgasströmungsdurchgänge werden mit den schräg verlaufenden Wänden vollständig verschlossen.
Dann wird der Körper mit Bienenwabenstruktur getrocknet. Nachfolgend wird der Körper mit Bienenwabenstruktur ausgebacken. Danach wird eine oxidierende Substanz auf den Körper mit Bienenwabenstruktur aufgebracht. Im Ergebnis dieser Schritte wird der Partikelfilter gebildet.
Wie oben beschrieben, ist der Partikelfilter 22 an seinen Endabschnitten mit den schräg verlaufenden Wänden 52, 53 verschlossen, die aus dem gleichen Typ von porösem Material wie die Trennwände 54 des Partikelfilters 22 gemacht sind. Damit können mit einem äußerst einfachen Verfahren, beispielsweise dem oben beschriebenen, wo die Form 90 gegen die Endoberflächen des Körpers mit Bienenwabenstruktur gepresst wird, die Abgasströmungsdurchgänge 50, 51 des Partikelfilters 22 mit dem gleichen Material wie demjenigen der Trennwände 54 verschlossen werden.
Hierbei kann der Schritt des Pressens der Form 90 gegen die Endoberflächen des Körpers 80 mit Bienenwabenstruktur auch durchgeführt werden, nachdem der Körper mit Bienenwabenstruktur getrocknet ist. Alternativ können, nachdem der Körper 80 mit Bienenwabenstruktur ausgebacken worden ist, die Endabschnitte des Körpers 80 mit Bienenwabenstruktur aufgeweicht werden und dann kann die Form 90 gegen die aufgeweichten Endabschnitte gepresst werden. Danach werden in diesem Fall die Endabschnitte des Körpers 80 mit Bienenwabenstruktur wieder ausgebacken.
Bei der obigen Ausführungsform erfolgte eine Beschreibung für den Fall, bei dem die Erfindung bei einem Partikelfilter angewendet wird, bei dem die Kopfenden der schräg verlaufenden Wände 52, 53 vollständig verschlossen sind. Die Erfindung ist jedoch auch bei einem Partikelfilter anwendbar, bei dem die Kopfenden einiger der schräg verlaufenden Wände 52, 53 mit kleinen Öffnungen 57, 58 versehen sind, wie beispielsweise in 6 gezeigt, um den gleichen Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform zu erhalten. Genauer gesagt, die Erfindung ist bei jeglichem Partikelfilter anwendbar, solange er die schräg verlaufenden Wände an den Endabschnitten der Abgasströmungsdurchgänge derart aufweist, dass die Querschnittsfläche des Strömungspfads des jeweiligen Abgasströmungsdurchgangs in Richtung der Endabschnitte allmählich abnimmt, so dass der gleiche Effekt erhalten wird, der unter Bezug auf die oben erwähnte Ausführungsform erreicht wird. Hierbei ist die Größe der jeweiligen Öffnungen 57, 58 größer als der Durchmesser einer jeden Mikropore des porösen Materials, welches die schräg verlaufenden Wände 52, 53 bildet.
Nachfolgend wird die oxidierende Substanz, welche von dem Partikelfilter 22 getragen wird, im Detail beschrieben. In dieser Ausführungsform wird eine Trägerschicht, beispielsweise aus Aluminiumoxid, vollständig über die Umfangswandoberflächen der jeweiligen Abgaseinlassdurchgänge 50 und der jeweiligen Abgasauslassdurchgänge 51 ausgebildet, d.h. auf beiden Seitenoberflächen der jeweiligen Trennwände 54 und beiden Seitenoberflächen der schräg verlaufenden Wände 52, 53. Auf diesem Träger wird ein Edelmetallkatalysator und ein aktiven Sauerstoff freigebendes Mittel angeordnet, welches Sauerstoff aufnimmt und zurückhält, wenn Sauerstoffüberschuss in der Umgebung vorliegt und den aufgenommenen Sauerstoff in Form von aktivem Sauerstoff freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung absinkt. Die oxidierende Substanz dieser Ausführungsform ist das den aktiven Sauerstoff freigebende Mittel.
Bei dieser Ausführungsform wird Platin Pt als Edelmetallkatalysator verwendet. Als aktiven Sauerstoff freigebendes Mittel wird wenigstens eines verwendet, ausgewählt aus den Alkalimetallen wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb etc.; Erdalkalimetallen wie Barium Ba, Kalzium Ca, Strontium Sr oder dergleichen; seltene Erden wie Lanthan La, Yttrium Y, Cer Ce etc.; Übergangsmetalle wie Eisen Fe; und Kohlenstoffgruppenelemente wie Zinn Sn.
Als den aktiven Sauerstoff freigebendes Mittel ist es bevorzugt, Alkalimetalle oder Edelalkalimetalle zu verwenden, welche eine höhere Ionisationstendenz im Ver gleich zu Kalium Ca haben, d.h. Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise bei der Partikelentfernung im Abgas durch den Partikelfilter 22 beschrieben, wobei der Fall angenommen wird, dass Platin Pt und Kalium K als ein Beispiel auf dem Träger angeordnet sind. Die gleiche Partikelentfernungswirkung kann jedoch auch erreicht werden, wenn andere Edelmetalle, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, seltene Erden oder Übergangsmetalle verwendet werden.
Als Beispiel erfolgt eine Beschreibung unter der Annahme, dass das in dem Partikelfilter 22 strömende Abgas ein von einer Brennkraftmaschine des Kompressionszündtyps abgegebenes Gas ist, in welcher Brennstoff mit Luftüberschuss verbrannt wird. Unter dieser Annahme enthält das in dem Partikelfilter 22 strömende Abgas eine große Menge an Überschussluft. Genauer gesagt, wird das Verhältnis zwischen Luft und Brennstoff, welche einem Ansaugdurchgang und einer Brennkammer 5 zugeführt werden, als ein Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases definiert wird, ist das Luft/Brennstoffverhältnis des Abgases bei einer Brennkraftmaschine des Kompressionszündtyps mager. Da zusätzlich Stickoxid NO in der Brennkammer der Brennkraftmaschine des Kompressionszündtyps erzeugt wird, ist Stickoxid NO im Abgas enthalten. Weiterhin enthält der Brennstoff eine Schwefelkomponente S und die Schwefelkomponente S reagiert mit Sauerstoff unter Erzeugung von Schwefeldioxid SO₂ in der Brennkammer. Daher enthält das Abgas Schwefeldioxid SO₂. Aus diesem Grund strömt das Abgas, welches Überschusssauerstoff, Stickoxid NO und Schwefeldioxid SO₂ enthält, in die Abgaseinlassdurchgänge 50 des Partikelfilters 22.
Die 7A und 7B zeigen schematisch vergrößerte Darstellungen der Oberfläche der Trägerschicht, die auf der inneren Umfangsoberfläche der jeweiligen Abgaseinlassdurchgänge 50 ausgebildet ist. In den 7A und 7B bezeichnet Bezugszeichen 60 Partikel von Platin Pt und 61 bezeichnet ein aktiven Sauerstoff freigebendes Mittel, welches Kalium K enthält.
Das Abgas enthält eine große Menge an Überschusssauerstoff, wie oben beschrieben. Wenn daher das Abgas in die Abgaseinlassdurchgänge 50 des Partikelfilters 22 strömt, heftet sich der Sauerstoff O₂ an der Oberfläche des Platins Pt in Form von O₂ ^– oder O^2– an, wie in 7A gezeigt. Andererseits reagiert das Stickoxid NO im Abgas mit O₂ ^– oder O^2– an der Oberfläche des Platins Pt, um Stickstoffdioxid NO₂ zu erzeugen (2NO + O₂ → NO₂). Sodann wird ein Teil des so erzeugten Stickstoffdioxids NO₂ durch das aktiven Sauerstoff freigebende Mittel 61 gebunden, während es am Platin Pt oxidiert wird und verteilt sich in dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 in Form von Nitrationen NO₃ ^– wie in 7A gezeigt, wobei eine Verbindung mit Kalium K erfolgt, so dass Kaliumnitrat KNO₃ erzeugt wird.
Andererseits enthält das Abgas auch Schwefeldioxid SO₂, wie oben beschrieben. Dieses Schwefeldioxid SO₂ wird auch von dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 mit dem gleichen Mechanismus wie bei der Einbindung von Stickoxid NO gebunden. Genauer gesagt, der Sauerstoff O₂ haftet an der Oberfläche von Platin Pt in Form von O₂ ^– oder O^2– an, wie oben beschrieben und das Schwefeldioxid SO₂ im Abgas reagiert mit O₂ ^– oder O^2– an der Oberfläche des Platins Pt, um Schwefeltioxid SO₃ zu erzeugen. Ein Teil des so erzeugten Schwefeltrioxids SO₃ wird von dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 gebunden, wobei es an der Platin Pt Oberfläche weiter oxidiert wird und verteilt sich in dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 in Form von Sulfationen SO₄ ^2–, wobei eine Anhaftung am Kalium K erfolgt, so dass Kaliumsulfat K₂SO₄ erzeugt wird. Auf diese Weise werden Kaliumnitrat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ in dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 erzeugt.
Andererseits werden Partikel, welche hauptsächlich aus Kohlenstoff C zusammengesetzt sind, in der Brennkammer 5 erzeugt. Daher enthält das Abgas diese Partikel. Diese Partikel, die mit Bezugszeichen 62 in 7B gezeigt sind und in dem Abgas enthalten sind, gelangen in Kontakt mit und haften sich an die Oberfläche der Trägerschicht an, beispielsweise der Oberfläche des aktiven Sauerstoff freigebenden Mittels 61, wenn das Abgas durch die Abgaseinlassdurchgänge 50 des Partikelfilters 22 strömt oder wenn das Abgas von den Abgaseinlassdurchgängen 50 zu den Abgasauslassdurchgängen 51 strömt.
Wenn sich die Partikel 62 an der Oberfläche des aktiven Sauerstoff freigebenden Mittels 61 anheften, wie oben beschrieben, wird die Sauerstoffkonzentration an der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 abgesenkt. Wenn die Sauerstoffkonzentration abgesenkt wird, wird eine Konzentrationsdifferenz zwischen der Kontaktoberfläche und dem Inneren des aktiven Sauerstoff freigebenden Mittels 61 erzeugt, welches hohe Sauerstoffkonzentration hat. Somit versucht Sauerstoff in dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61, sich in Richtung der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 zu bewegen. Im Ergebnis wird das Kaliumnitrat KNO₃, welches in dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 ausgebildet wurde, in Kalium K, Sauerstoff O und Stickoxid NO zerlegt und der Sauerstoff O bewegt sich in Richtung der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61, wohingegen das Stickoxid NO von dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 nach außen hin abgegeben wird. Das Stickoxid NO, welches nach außen abgegeben worden ist, wird am Platin Pt an der stromabwärtigen Seite oxidiert und wird dann wieder von dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 eingeschlossen.
Weiterhin wird zu diesem Zeitpunkt Kaliumsulfat K₂SO₄, welches in dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 gebildet wurde, ebenfalls in Kalium K, Sauerstoff O und Schwefeldioxid SO₂ zerlegt und der Sauerstoff O bewegt sich in Richtung der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61, wohingegen Schwefeldiodix SO₂ von dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 nach außen hin abgegeben wird. Das Schwefeldioxid SO₂, welches nach außen abgegeben worden ist, wird an der stromabwärtigen Seite am Platin Pt oxidiert und dann wieder von dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 eingeschlossen. Da jedoch Kaliumsulfat K₂SO₄ stabil ist und nicht einfach zerlegt werden kann, ist es für das Kaliumsulfat K₂SO₄ schwierig, aktiven Sauerstoff abzugeben im Vergleich zum Kaliumnitrat KNO₃.
Wie oben beschrieben, wenn das aktiven Sauerstoff freigebende Mittel 61 NO_x in Form von Nitrationen NO₃ ^– einschließt, erzeugt es auch aktiven Sauerstoff im Reaktionsprozess mit Sauerstoff und gibt diesen frei. Auf ähnliche Weise erzeugt, wie oben beschrieben, wenn das aktiven Sauerstoff freigebende Mittel 61 Schwefeldioxid SO₂ in Form Sulfationen SO₄ ^2– einschließt, es auch aktiven Sauerstoff im Reaktionsprozess mit Sauerstoff und gibt diesen frei.
Der Sauerstoff O, der sich in Richtung der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 bewegt, ist Sauerstoff, der von den Zusammensetzungen wie Kaliumnitrat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ abgespalten wurde. Der von den Verbindungen abgespaltene Sauerstoff hat eine hohe Energie und hat einen extrem hochaktivierten Zustand. Somit ist der Sauerstoff, der sich in Richtung der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 bewegt, im Zustand von aktivem Sauerstoff O. Auf ähnliche Weise ist der Sauerstoff, der im Reaktionsprozess zwischen NO_x und Sauerstoff im aktiven Sauerstoff freigebenden Mittel 61 erzeugt wurde oder in dem Reaktionsprozess zwischen Schwefeldioxid SO₂ und Sauerstoff erzeugt wurde, ebenfalls im Zustand von aktivem Sauerstoff. Wenn der aktive Sauerstoff O in Kontakt mit den Partikeln 62 gelangt, werden die Partikel 62 in einer kurzen Zeit (zwischen einigen Sekunden bis einigen -zig Minuten) oxidiert, ohne dass eine brennende Flamme erzeugt wird und die Partikel 62 verschwinden vollständig.
Daher sammeln sich die Partikel 62 kaum am Partikelfilter 22 an.
Üblicherweise, wenn die in einem mehrschichtigen Zustand auf dem Partikelfilter 22 angesammelten Partikel verbrannt werden, wird der Partikelfilter 22 in Rotglut versetzt und die Partikel werden unter Flammenbildung ausgebrannt. Eine derartige Verbrennung, welche mit Flammen einhergeht, kann nur bei einer hohen Temperatur fortgeführt werden. Um daher die Ausbrennung mit einhergehender Flammenbildung fortzuführen, wie oben beschrieben, muss der Partikelfilter 22 auf einer hohen Temperatur gehalten werden.
Im Gegensatz zu obigem werden bei der Erfindung die Partikel 62 ohne Erzeugung einer Flammenbildung oxidiert, wie oben beschrieben, und hierbei wird der Partikelfilter 22 an seiner Oberfläche nicht auf Rotglut gebracht. Mit anderen Worten, bei der Erfindung werden die Partikel 62 mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur als im Vergleich zu herkömmlichen Fällen oxidiert und entfernt. Daher ist die Wirkungsweise bei der Partikelentfernung durch Oxidation der Partikel 62 ohne Erzeugung einer hellen Flamme bei der Erfindung vollständig unterschiedlich zu herkömmlichen Partikelentfernungswirkungen, welche mit Flammenbildung einhergehen.
Das Platin Pt und das aktiven Sauerstoff freigebende Mittel 61 werden aktiviert, wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 ansteigt. Daher steigt die Menge von oxidierbaren und entfernbaren Partikeln, welche pro Zeiteinheit im Artikelfilter 22 ohne Erzeugung einer hellen Flamme oxidierbar und entfernbar sind an, wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 ansteigt.
Eine durchgezogene Linie in 9 zeigt eine Menge G der oxidierbaren und entfernbaren Partikel, welche pro Zeiteinheit oxidiert und entfernt werden können, ohne eine Flammenbildung zu erzeugen. In 9 gibt eine horizontale Achse die Temperatur TF des Partikelfilters 22 an. Wird die Menge an Partikeln, welche in dem Partikelfilter 22 pro Einheitszeit strömt, als Einflusspartikelmenge M definiert, werden in dem Fall, wo die Einflusspartikelmenge M kleiner als die oxidierbare und entfernbare Partikelmenge G ist, d. h. die Einflusspartikelmenge M fällt in den Bereich I in 9, und wenn alle Partikel, die in dem Partikelfilter 22 geströmt sind, in Kontakt mit dem Partikelfilter 22 gelangen, diese in kurzer Zeit (zwischen einigen Sekunden und einigen -zig Minuten) im Partikelfilter 22 ohne Erzeugung einer Flammenbildung oxidiert und entfernt.
Im Gegensatz hierzu, wenn die Einflusspartikelmenge M größer als die oxidierbare und entfernbare Partikelmenge G ist, d. h., die Einflusspartikelmenge M fällt in den Bereich II in 9, ist die Menge an aktivem Sauerstoff nicht ausreichend, um alle Partikel zu oxidieren. Der Oxidationszustand der Partikel in einem derartigen Fall ist in den 8A, 8B und 8C gezeigt. Für den Fall, dass die Menge an aktivem Sauerstoff nicht ausreichend ist, alle Partikel zu oxidieren, wenn die Partikel 62 sich an dem aktivem Sauerstoff freigebende Mittel 61 anheften, wie in 8A gezeigt, werden nur einige der Partikel 62 oxidiert und die verbleibenden Partikel, welche nicht ausreichend oxidiert wurden, verbleiben auf der Trägerschicht. Wenn der Zustand, wo die Menge an aktivem Sauerstoff nicht ausreichend ist, fortdauert, sammeln sich die Partikel, welche nicht oxidiert wurden, nacheinander auf der Trägerschicht an. Im Ergebnis wird die Oberfläche der Trägerschicht mit den verbleibenden Partikeln 63 bedeckt, wie in 8B gezeigt.
Wenn die Oberfläche der Trägerschicht mit den verbleibenden Partikeln 63 bedeckt ist, wird die Wirkung des oxidierenden Stickoxids NO und Schwefeldioxids SO₂ durch Platin Pt und die Wirkung der Freigabe von aktivem Sauerstoff durch das aktiven Sauerstoff freigebende Mittel 61 nicht durchgeführt. Somit verbleiben die verbleibenden Partikel 63 unverändert ohne oxidiert zu werden. Folglich sammeln sich weitere Partikel 64 auf den verbleibenden Partikeln 63 nacheinander an, wie in 8C gezeigt. Das heißt, die Partikel sammeln sich in einem mehrschichtigen Zustand an.
Wenn sich die Partikel in dem mehrschichtigen Zustand wie oben beschrieben ansammeln, werden die Partikel 64 nicht länger durch aktiven Sauerstoff O oxidiert. Somit sammeln sich noch weitere Partikel auf dem Partikel 64 nacheinander an. Das heißt, wenn der Zustand, wo die Einflusspartikelmenge M größer als die Menge G oxidierbarer und entfernbarer Partikel ist, andauert, sammeln sich die Partikel mehrschichtig im Partikelfilter 22 an. Somit können die angesammelten Partikel nicht entzündet und ausgebrannt werden, solange nicht die Temperatur des Abgases oder die Temperatur des Partikelfilters 22 auf eine hohe Temperatur erhöht wird.
Wie oben beschrieben werden die Partikel in kurzer Zeit ohne Flammenerzeugung im Partikelfilter 22 in dem Bereich I in 9 oxidiert, wohingegen sich die Partikel in einem mehrschichtigen Zustand im Partikelfilter 22 im Bereich II in 9 ansammeln. Um daher zu vermeiden, dass sich die Partikel im Partikelfilter 22 in dem mehrschichtigen Zustand ansammeln, muss die Einflusspartikelmenge M konstant kleiner als die Menge G oxidierbarer und entfernbarer Partikel sein.
Wie sich aus 9 ergibt, können bei dem Partikelfilter 22, wie er in dieser Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, die Partikel oxidiert werden, selbst wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 bemerkenswert niedrig ist. Daher werden die Einflusspartikelmenge M und die Temperatur TF des Partikelfilters 22 so gehalten, dass die Einflusspartikelmenge M konstant kleiner als die Menge G oxidierbarer und entfernbarer Partikel ist.
Wenn die Einflusspartikelmenge M konstant kleiner als die Menge G oxidierbarer und entfernbarer Partikel ist, wie oben beschrieben, sammeln sich die Partikel kaum im Partikelfilter 22 an und es liegt praktisch kein Anstieg im Rückstau vor.
Andererseits ist es, sobald sich die Partikel in einem mehrschichtigen Zustand im Partikelfilter 22 angesammelt haben, wie oben beschrieben, schwierig, die Partikel durch aktiven Sauerstoff O zu oxidieren, selbst wenn die Einflusspartikelmenge M kleiner als die Menge G oxidierbarer und entfernbarer Partikel wird. Wenn jedoch die Einflusspartikelmenge M kleiner als die Menge G oxidierbarer und entfernbarer Partikel in einem Zustand wird, wo die Partikel, welche noch nicht oxidiert worden sind, mit dem Verbleib beginnen, d. h., in dem Zustand, wo die Menge an sich ansammelnden Partikeln noch innerhalb einer gewissen Grenze liegt, werden die verbleibenden Partikel durch aktiven Sauerstoff O ohne Flammbildung oxidiert und entfernt.
Berücksichtigt man den Fall, dass der Partikelfilter 22 in dem Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine angeordnet und verwendet wird, so enthält der Brennstoff oder das Schmieröl Kalzium Ca und daher enthält das Abgas Kalzium Ca. Dieses Kalzium Ca erzeugt Kalziumsulfat CaSO₄ im Vorhandensein von Schwefeltrioxid SO₃. Das so produzierte Kalziumsulfat CaSO₄ liegt in Gruppenform vor und wird auch bei hoher Temperatur nicht thermisch zersetzt. Wenn daher Kalziumsulfat CaSO₄ erzeugt wird, verschließt das Kalziumsulfat CaSO₄ die Mikroporen des Partikelfilters 22. Im Ergebnis wird es für das Abgas schwierig, durch den Partikelfilter 22 zu strömen.
Wenn in diesem Fall ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall wie Kalium K, welches eine höhere Ionisationstendenz im Vergleich zu Kalzium Ca hat, als aktiven Sauerstoff freigebendes Mittel 61 verwendet wird, verbindet sich das Schwefeltrioxid SO₃, das sich in dem aktiven Sauerstoff freigebende Mittel 61 verteilt, mit Kalium K, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu bilden. Somit läuft das Kalzium Ca durch die Trennwände 54 des Partikelfilters 22, ohne sich mit dem Schwefeltrioxid SO₃zu verbinden und strömt zu den Abgasauslassdurchgängen 51. Damit werden die Mikroporen des Partikelfil ters 22 nicht verstopft. Folglich ist es, wie oben beschrieben, bevorzugt, als aktiven Sauerstoff freigebendes Mittel 61 ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall zu verwenden, welches im Vergleich zu Ca eine höhere Ionisierungstendenz hat, d. h. Kalium K, Lithium Li, Caesium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr.
Die Erfindung ist auch bei dem Fall anwendbar, wo nur ein Edelmetall wie Platin Pt auf den Trägerschichten angeordnet ist, die auf beiden Seitenoberflächen des Partikelfilters 22 ausgebildet sind. In diesem Fall verschiebt sich jedoch die durchgezogene Linie von 9, welche die Menge G an oxidierbaren und entfernbaren Partikeln angibt, etwas nach rechts gegenüber der durchgezogenen Linie von 9. In diesem Fall wird aktiver Sauerstoff von dem Stickstoffdioxid NO₂ oder Schwefeltrioxid SO₃ freigegeben, welches sich auf der Oberfläche des Platins Pt befindet.
Zusätzlich ist es auch möglich, als aktiven Sauerstoff freigebendes Mittel einen Katalysator zu verwenden, der Stickstoffdioxid NO₂ oder Schwefeltrioxid SO₃ adsorbieren und halten kann und erlaubt, dass dieses adsorbierte Stickstoffdioxid NO₂ oder Schwefeltrioxid SO₃ aktiven Sauerstoff freigibt.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem aus einem porösen Material bestehenden Partikelfilter (22) zum Sammeln von Partikeln in einem Abgas, wobei der Partikelfilter Trennwände (54) enthält, um einen Abgasströmungsdurchgang (50, 51) zu bilden, wobei die Trennwände (54) aus einem porösen Material bestehen, und Endabschnitte (52, 53) benachbarter Trennwände (54) einander nahegebracht werden, um den entsprechenden, durch die Trennwände (54) gebildeten Durchgang so zu verengen, dass die Querschnittsfläche eines Strömungsdurchgangs, der durch die Endabschnitte (52, 53) der benachbarten Trennwände (54) gebildet wird, kleiner ist als die Querschnittsfläche eines Strömungsdurchgangs, der durch die übrigen Abschnitte der benachbarten Trennwände (54) gebildet wird, und wobei der Partikelfilter (22) verlängerte Abschnitte (55) hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der verlängerten Abschnitte (55) dergestalt ist, dass sich Verlängerungen einer äußeren Umfangswand (56) des Partikelfilters, welche aus einem porösen Material besteht, axial über die stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfenden der den Abgasströmungsdurchgang (50, 51) bildenden Trennwände (54) hinaus so erstrecken, dass sie eine Beschädigung der stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kopfenden der Trennwände (54) verhindern, wenn mit dem Partikelfilter hantiert wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abschnitt der äußeren Umfangswand (56), welcher sich über die Kopfenden der Trennwände (54) hinaus erstreckt, so erstreckt, dass er die Kopfenden der Trennwände umgibt.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Abschnitts der äußeren Umfangswand (56), welcher sich über die Kopfenden der Trennwände (54) hinaus erstreckt, höher ist als die Steifigkeit der Trennwände.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Abschnitts der äußeren Umfangswand (56), welcher sich über die Kopfenden der Trennwände (54) hinaus erstreckt, größer ist als die Dicke der Trennwände.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte der Trennwände (54) miteinander kombiniert bzw. zusammengefasst sind, und die Kopfenden der Trennwände miteinander so verbunden sind, dass sie eine Endfläche des Durchgangs (52, 53) verschließen.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Trennwänden (54) aufweist und die Vielzahl der Trennwände eine Vielzahl von Durchgängen (52, 53) bilden, und in einigen der Vielzahl der Durchgänge stromabwärtige Endabschnitte der Trennwände miteinander kombiniert bzw. zusammengefasst und so verbunden sind, dass sie einen ersten verbundenen Abschnitt bilden, während in den übrigen Durchgängen stromaufwärtige Endabschnitte der Trennwände (54) miteinander kombiniert bzw. zusammengefasst und so verbunden sind, dass sie einen zweiten verbundenen Abschnitt bilden.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der verlängerte Abschnitt (55) an wenigstens einem der Vielzahl der Trennwände (54) vorgesehen ist, um sich zur Außenseite des Partikelfilters hin in axialer Richtung länger als die übrigen Trennwände zu erstrecken.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verlängerte Abschnitt (55) an den Trennwänden (54) vorgesehen ist, welche wenigstens einen der Vielzahl der ersten verbundenen Abschnitte bilden, um sich zur Außenseite des Partikelfilters hin in axialer Richtung länger als die Trennwände zu erstrecken, welche die übrigen ersten verbundenen Abschnitte bilden.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der verlängerte Abschnitt (55) an den Trennwänden vorgesehen ist, welche wenigstens einen der zweiten verbundenen Abschnitte unter der Vielzahl der zweiten verbundenen Abschnitte bilden, um sich zur Außenseite des Partikelfilters hin in axialer Richtung länger als die Trennwände zu erstrecken, welche die übrigen zweiten verbundenen Abschnitte bilden.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der verlängerte Abschnitt (55) an der Trennwand ausgebildet ist, welche die äußere Umfangswand (56) des Parikelfilters bildet.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Trennwänden eine oxidierende Substanz gehalten wird, welche in der Lage ist, Partikel zu oxidieren.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Kopfenden der Trennwände (54) scharf zugespitzt sind.