EP1929134A1 - Device for eliminating harmful constituents from exhaust gases of internal combustion engines - Google Patents
Device for eliminating harmful constituents from exhaust gases of internal combustion enginesInfo
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- EP1929134A1 EP1929134A1 EP06805300A EP06805300A EP1929134A1 EP 1929134 A1 EP1929134 A1 EP 1929134A1 EP 06805300 A EP06805300 A EP 06805300A EP 06805300 A EP06805300 A EP 06805300A EP 1929134 A1 EP1929134 A1 EP 1929134A1
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- F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Definitions
- the present invention relates to a device for removing harmful components from exhaust gases of internal combustion engines, in particular of diesel engines.
- NOx nitrogen oxides
- exhaust gas is generally taken from the exhaust manifold via an exhaust gas recirculation valve and the charge air (fresh gas) mixed in, thereby lowering the combustion temperature and, in response thereto, reducing the proportion of NO x. Since the oxygen content in the exhaust gas also decreases, can not at optimum setting, the levels of carbon monoxide, unburned hydrocarbons and soot increase.
- SCR Selective Catalytic Reduction
- nitrogen oxides are reduced to nitrogen on a suitable catalyst in the presence of ammonia.
- Ammonia is obtained in the catalyst system from urea, which is always carry in the form of an aqueous solution with the motor vehicle and metered in the required amounts.
- the aqueous urea solution is mixed, for example, in a manner known from WO 96/36797 A1 with compressed air in a mixing chamber and injected into the exhaust gas stream via an atomizer nozzle arranged in the exhaust gas stream.
- SCR catalysts are generally based on one element from the group Pt, Pd, Rh, Ir, Au, Ag and Ru. Details of the use of SCR catalysts can be found, inter alia, also in DE 197 49 607 C1, DE 103 48 799 A1 and DE 102 57 113 A1.
- the temperature is not so high that filtered soot particles, even when present on a suitable catalyst surface, are burned immediately.
- the accumulated soot particles have to be periodically burned.
- the temperature required for burning soot with the oxygen from the exhaust gas is approximately 500 to 600 ° C.
- a temporary increase in temperature can be achieved by injecting an additive, for example a cerium additive, as described in DE 100 20 170 C1 described be performed. Although the soot content can be markedly lowered in this way, additive residues in the filter system still remain to a not inconsiderable extent.
- Such a discontinuous regeneration can also be effected by connecting an oxidation catalyst to which unsaturated or unburned hydrocarbons are fed, ie by post-injection (see also DE 103 21 105 A1).
- DE 101 03 771 A1 proposes collecting soot particles and hydrocarbons on the surface of an oxidation catalyst, so that an increase in temperature to 450 ° C. would suffice. to eliminate the mentioned residues. This temperature can be brought about by external heating according to DE 101 03 771 Al.
- DE 197 48 561 A1 discloses for this purpose an electric heating element.
- the continuous regeneration of particle filters can be carried out according to the so-called CRT method (continuous regeneration trap), as described in DE 199 55 324 A1 and DE 103 21 105 A1. Thereafter, the particle filter in the exhaust pipe upstream of an oxidation catalyst which oxidizes the nitrogen oxide NO contained in the exhaust gas to nitrogen dioxide, which is then used for the oxidation of carbon monoxide or carbon black.
- CRT method continuous regeneration trap
- Suitable soot particle filters are regularly produced according to DE 103 48 799 A1 from a high-temperature oxide ceramic or silicon carbide.
- the present invention therefore an object of the invention to provide a device for the removal of pollutants from internal combustion engines, which is not subject to the disadvantages of the prior art and in particular the continuous combustion of filtered soot particles allows, without, for example, the continuous or periodic addition of additives or fuel needs.
- a device for eliminating harmful components, in particular soot, from exhaust gases of internal combustion engines, in particular of diesel engines found comprising a first housing, suitable for passing exhaust gases, with at least one inlet and at least one outlet and containing a front, middle and at least one inlet, in particular in the front region, and at least one outlet, in particular in the rear region, is present, wherein in the front region at least a first structure containing a plurality of contiguous cavities at least partially, in particular completely completeness, the cross section of the first housing - dig, covering what is arranged in the housing in any order, in particular one after the other, follow: at least one second, the cross-section of the first housing at least partially, in particular completely, covering structure containing a plurality of contiguous cavities containing at least a first metal oxide and / or at least partially coated therewith, at least one third, the cross-section of the first housing at least partially, in particular completely, covering structure containing a plurality of contiguous cavities, the at least one catalyst for the
- At least a first, at least one second, at least one third and at least one fourth structure are present in the first housing in the direction from the inlet to the outlet, in this order.
- the first housing of the device according to the invention is preferably a silicon carbide housing or coated on the inner wall with silicon carbide. Although it is already sufficient if the inner wall of the first housing is coated to more than 50% with silicon carbide, but preferably such housing are used, the inner wall is completely or almost completely coated with silicon carbide. To protect against damage, the first housing may also have an outer sheath made of metal. This metal outer sheath is preferably made of, in particular coated, zinc sheet or steel, in particular Cr / Ni steel.
- Silicon carbide in the context of the present invention should in particular also comprise carbon fiber-reinforced silicon carbide (C / SiC). Carbon fiber reinforced silicon carbide It has extremely good thermal conductivity and is characterized by high thermal shock resistance. Also, density and porosity can be adjusted according to needs during manufacture. Details relating to this can be found, for example, in DE 198 58 197 A1.
- the silicon carbide used according to the invention preferably also comprises such silicon carbide, the additions of inorganic binders, in particular clay, zirconium zirconate, zirconium dioxide and / or alumina, and / or organic binders, in particular in the form of an additive to carbon black, which are added to the manufacturing process can, contains.
- inorganic binders in particular clay, zirconium zirconate, zirconium dioxide and / or alumina
- organic binders in particular in the form of an additive to carbon black, which are added to the manufacturing process can, contains.
- Suitable Siliziumcarbidform manipulate can be obtained for example from a Schlickervorcut. This may be e.g. to act an aqueous dispersion, in addition to silicon carbide, preferably ground, additives to organic binders such as carbon black, inorganic binders such as clay and optionally containing surfactants.
- Suitable clay binders include e.g. Kaolinite, halloysite, serpentine, muscovite, mit, talc, vermiculite, montmorillonite, beidelite, smectite, saponite and hectorite.
- various synthetic or semisynthetic polymers are also suitable as organic binders, such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyrate, cellulose or cellulose derivatives and, in particular, starch products as described in DE 44 00 131 A1.
- the silicon carbide molding can here u.a. via slip casting, film casting, die casting or extrusion.
- the aqueous slip dispersion is poured into a plaster mold from which, after the dispersion water has been taken up by the plaster mold, the Siliziumcarbidrohmasse is removed and fed to a sintering process.
- the organic or inorganic binders within the Siliziumcarbidform stressess often form a substantially contiguous, the moldings again reinforcing structure.
- the coating material of the first housing or the housing material is preferably substantially equipped with open pores.
- the housing or inner coating, in particular containing porous silicon carbide helps to prevent deposits.
- a housing wall configured in this manner contributes to the observed beneficial flow characteristics.
- Help in the construction of the devices according to the invention is further that the first housing described above, in particular those containing silicon carbide, show little or no thermal expansion and are therefore extremely dimensionally stable.
- first structure is preferably used materials and moldings, as they are known from the Porenbreimertechnik. These are mostly structures with spatially contiguous cavities over which a defined flame zone can form.
- these pore burner structures can be used to precisely set the desired flow profile over a wide range. Embodiments of such known pore burners can be found e.g. in US 5,522,723, WO 95/01532, DE 199 39 951 A1 and DE 199 04 921 C2.
- Suitable porous pore-burning materials may also be obtained from loosely-laid, granular bulk material which has been subjected to a sintering process.
- porous material of the first structure may be based on an alumina or silicon carbide ceramic as described in DE 102 28 411 C1.
- the first structure comprises a metal wire mesh, an open-cell foam ceramic, in particular based on silicon carbide, or in particular an open-cell metal foam, which preferably has a so-called washcoat coating comprising, in particular, oxides of aluminum, titanium, zirconium, iron, nickel, Germanium, barium, hafnium and / or oxides of rare earth metals such as lanthanum oxide and cerium oxide. Titanium dioxide and aluminum oxides and mixtures thereof are particularly preferred as coating materials. Alternatively or additionally, a coating with phosphoric acid can be carried out.
- the voids or pores in the first structure generally have a size sufficient to allow particulate exhaust gas constituents such as soot particles to enter the first housing.
- the porosity is, for example, in the range of 5 to 35, in particular 10 to 25 ppi (pores per inch). In one embodiment, the porosity of the first structure is about 20 ppi.
- the second structure is preferably based on an open-cell foam ceramic, a wire mesh or in particular an open-cell metal foam. It expediently also covers the entire cross section of the first housing and accordingly extends to the inner wall.
- Suitable first metal oxides include lithium oxide, barium oxide, titanium oxide, cerium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, lithium, sodium, potassium, silver and cervanadates, vanadium oxide / alkali metal oxide combinations and perrhenates. Cerium / zirconium mixed oxides are also suitable.
- the second structure contains at least one vanadate, in particular silver and / or potassium vanadate, and / or is coated with at least one vanadate, in particular silver and / or potassium vanadate.
- Potassium vanadate is particularly preferred. It has been found that even this second structure significantly contributes to the elimination of soot.
- the coating of the second structure comprises in addition to a first metal oxide, in particular potassium vanadate, a metal nitrate, for example an alkali or alkaline earth nitrate such as sodium, lithium, potassium, barium, calcium, magnesium and strontium nitrate, and / or a compound based on a waterglass compound such as sodium and potassium silicates, in particular soda waterglass.
- a metal oxide in particular potassium vanadate
- a metal nitrate for example an alkali or alkaline earth nitrate such as sodium, lithium, potassium, barium, calcium, magnesium and strontium nitrate
- a waterglass compound such as sodium and potassium silicates, in particular soda waterglass.
- the proportion of the coating based on the total weight of the second structure, in the range of 0.01 to 10 wt .-%, preferably in the range of 0.1 to 5 wt .-%.
- the porosity of the second structure is preferably in the range of 5 to 40 ppi, preferably 10 to 35 ppi. Suitable porosities are for example also in the range of 10 to 20 ppi. In one embodiment, the porosity of the second structure is about 20 ppi.
- the third structure is preferably also in the form of an open-cell foam ceramic, in particular made of silicon carbide, a wire mesh and in particular an open-cell metal foam, which extends over the entire cross-sectional area of the first housing.
- This structure has a catalyst which promotes the oxidation of components of the passed exhaust gas by means of the oxygen still contained in the exhaust gas.
- a particularly good cleaning effect is also achieved in that the third structure comprises a catalyst comprising palladium, rhodium and / or silver, and / or coated with a catalyst comprising palladium, rhodium and / or silver. If the catalyst additionally contains at least slight traces of iron, nickel, iron oxide, in particular Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 , the cleaning result can be optimized once more.
- the coating or the catalyst of the third structure further contains at least one metal nitrate, for example an alkali or alkaline earth nitrate such as potassium nitrate, and / or a compound based on a water glass compound such as sodium or potassium silicates, in particular sodium water glass.
- the third structure is preferably pre-coated with a washcoat.
- Suitable washcoat coatings comprise, in particular, oxides of aluminum, titanium, zirconium, hafnium, oxides of alkali metals and alkaline earth metals such as barium oxide or magnesium oxide and / or oxides of lanthanides or rare earth metals such as lanthanum oxide, praseodymium oxide, terbium oxide, ytterbium oxide, samarium oxide, gadolinium oxide or cerium oxide. Titanium dioxide or aluminum oxides are particularly preferred as coating materials. Alternatively or additionally, a coating with phosphoric acid can be carried out.
- the open-cell third structure preferably has cell widths of 6 to 50 ppi, especially 20 to 45 ppi. Suitable porosities are for example also in the range of 20 to 40 ppi. In one embodiment, the porosity of the third structure is about 40 ppi.
- soot particles or hydrocarbons which have not yet been burned or oxidized when passing the exhaust gas through the first housing to the third structure are converted to carbon dioxide at the latest at a fourth structure, preferably separated by a gap from the third structure.
- the fourth structure preferably represents a metal wire mesh, an open-celled foam ceramic, in particular silicon carbide-based, or in particular an open-cell metal foam, and preferably, like the first, second and third structures, covers the entire cross section of the first housing, but is different from the first one , Second and third structure, preferably not in the front or middle area, but housed in the rear of the first housing.
- the fourth structure comprises or is coated with at least one second metal oxide, such as tungsten oxide, silicon oxide, titanium dioxide, boron oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, in particular lanthanum-containing, barium oxide, magnesium / aluminum mixed oxide and / or silicon / aluminum mixed oxide.
- Alumina is particularly preferred as the second metal oxide.
- at least one rare earth metal oxide such as yttrium oxide, praseodymium oxide, terbium oxide, gadolinium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, ytterbium oxide or cerium oxide is present. Cerium oxide is particularly preferred.
- cerium oxide as the preferred rare earth metal oxide, preference may alternatively or additionally be given to lanthanum oxide.
- zeolites are present in or on the fourth structure in addition to the second metal oxide, in particular aluminum oxide, especially in combination with at least one rare earth metal oxide, in particular cerium oxide.
- the porosity of the fourth structure may be, for example, in the range of 10 to 65, especially 15 to 60 ppi. In one embodiment, the porosity of the fourth structure is about 50 ppi.
- At least one further, fifth structure comprising a plurality of contiguous cavities, is present in the first housing, which covers the cross section of this housing at least in areas, in particular completely.
- the main body of this fifth structure is preferably constructed as the first to fourth structures and is in particular in the form of an open-cell foam ceramic, a metal wire mesh or in particular an open-cell metal foam.
- This fifth structure contains and / or is at least partially coated with platinum and / or rhodium as a catalyst. This coating can also contain, for example, in the form of a precoat as washcoat, titanium dioxide, zirconium oxide, silicon dioxide, aluminum oxide and / or aluminum silicate.
- the use of a catalyst mixture comprising platinum and rhodium as the relevant components has proven to be particularly effective.
- the weight ratio of platinum to rhodium in the range of 10: 1 to 1:10, in particular in the range of 6: 1 to 1.5: 1 and more preferably in the ratio of about 4: 1 is set.
- the fifth structure is preferably mounted between the first and second structures. Conveniently, the fifth structure directly follows the first structure, i. without allowing a gap.
- At least one further, sixth structure comprising a plurality of contiguous cavities, is provided in the first housing, which at least partially covers the cross-section of this housing, in particular special completely covers.
- the sixth structure preferably represents a metal wire trick as well as in particular a metal foam.
- this structure may for example also be based on a ceramic foam or other known support materials or structures.
- the sixth structure contains a so-called SCR catalyst and / or is at least partially coated therewith. SCR catalysts for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas to nitrogen with ammonia as a reducing agent, which is generally produced in the system from urea in solution, are well known to those skilled in the art.
- the sixth structure may be present in one embodiment together with the fourth structure as a common, unitary structure.
- first to sixth structures are to be coated, be it with an intermediate coating, e.g. In the form of a washcoat, or with a final coating, it is basically possible to resort to all conventional coating methods such as galvanic or wet-chemical coating or sputtering.
- the wet chemical variant is used. As a rule, this is sufficient, for example. when the respective structure is immersed once, preferably at least twice, in a corresponding immersion bath containing the coating components in solution, dispersion or suspension.
- the first to sixth, in particular the second to sixth, structure are generally so-called wall-flow filters.
- Such wall-flow filters are usually equipped with a porous, open-cell filter wall.
- the particles remain in these filter structures mainly due to adhesion phenomena mainly adhere to the surface of the filter wall or by means of depth filtration in the interior of the filter wall.
- the first, second, third, fourth, fifth and / or sixth structure open-cell foam ceramic, a porous metal foam, an open-cell metal sponge, a heat-resistant porous or cellular foam plastic, a wire mesh and / or sintered includes bulk material.
- the first to sixth structures are regularly designed such that a gaseous fluid can readily pass through the contiguous cavities or open pores.
- the first, second, third, fourth, fifth and / or sixth structure completely cover the cross section of the housing.
- These structures are accordingly enclosed in the housing interior and are in a practicable embodiment in direct contact with the inner wall of the housing.
- These structures are also designed in such a way that a uniform passage of gases is ensured.
- the first, second and third and optionally the fifth and / or sixth structure can be realized on a uniform permeable or porous body, for example a metal wire mesh, a foamed ceramic or in particular a metal foam.
- the individual structures then form e.g. discrete zone sections on such a unitary body.
- the first, second, third and fourth and optionally the fifth and / or sixth structure on a uniform permeable or porous body, such as a metal wire mesh, a foam ceramic or in particular a metal foam can be realized, for example as stated above.
- this uniform structure may be incorporated, in particular, in register with the first housing, wherein free spaces may be provided in particular in the inlet and outlet areas.
- this uniform structure may also have at least one free or hollow space between the third and fourth structures.
- Open cell ceramics include cordierite, silicate, alumina, aluminum nitride, aluminum titanate, glass, zirconia, silicon carbide, and silicon nitride ceramics.
- Suitable open-cell foam ceramics include in particular those of zirconium oxide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, mullite (magnesium aluminum silicate) and ⁇ -aluminum oxide. These ceramics and their preparation are known in the art. The same applies to metal foams and sponges.
- Suitable metal foams are preferably formed from chromium / nickel steels or ferro-chromium / aluminum alloys. Nitride-based metal foams are generally less suitable.
- wire material for the wire body is used in particular alumium-containing steel.
- the first structure preferably if present as a metal wire mesh or as a metal foam, previously coated with a solder material, preferably on aluminum-chromium, in particular aluminum-chromium-nickel base.
- the front region of the first housing widens toward the middle region and / or if the rear region tapers toward the outlet, in particular in the form of a cone.
- the surface of the first structure, which faces the inlet is curved in the direction of the interior of the first housing, in particular substantially spherical.
- the first, second, third and fourth structures can each follow one another directly.
- a first space, between adjacent second structures, a second space, between the second and third structure, a third space between adjacent third structures, a fourth space and / or between the third and fourth structure there is a fifth gap.
- the spaces between the individual structures serve primarily as expansion or swirling spaces.
- This fifth gap is in particular at least partially disposed in the tapered portion of the first housing, ie in the transition from the middle to the rear of the first housing.
- the fifth structure is mounted between the first and the second structure, in particular directly follows the first structure. According to one embodiment, there may be a gap between the first structure and the fifth structure and / or between the second structure and the fifth structure, for example over the entire cross-section of the device.
- the first and fifth structures may also be in the form of a unitary body, ie without gap, or be arranged as separate structures without gaps.
- the invention provides that the sixth structure is arranged in the direction from the inlet to the outlet before and / or after the fourth structure.
- a further advantage is that at least between two adjacent, in particular between all adjacent structures, there is a gap, in particular over the entire cross-sectional area of adjacent structures.
- the average distance between adjacent structures measured along the longitudinal axis in the direction from the inlet to the outlet, in the range of 5 mm to 50 mm, in particular in the range of 10 mm to 40 mm.
- the average width of the first and / or second and / or third and / or fourth and / or fifth and / or sixth structure in the range of 5 mm to 50 mm, in particular from 10 mm to 40 mm, measured along the longitudinal axis in the direction from the inlet to the outlet.
- Devices of the invention are also distinguished in an advantageous embodiment in that the distance from the inlet to the first structure in the range of 20 mm to 100 mm, in particular from 30 mm to 80 mm, and / or that the distance from the outlet (12) nearest structure to the outlet in the range of 20 mm to 120 mm, in particular from 30 mm to 90 mm ,
- the average width of the first and / or second and / or third and / or fourth and / or fifth and / or sixth structure is about 25 mm to 35 mm , preferably about 30 mm.
- the average distance from the inlet to the structure closest to the inlet is about 50 mm to 70 mm, in particular about 60 mm.
- a distance between the structure closest to the outlet and the outlet can be selected from about 40 mm to 90 mm, in particular from 50 mm to 80 mm and particularly preferably from 60 mm to 70 mm.
- the device according to the invention has, essentially in sections, an oval or elliptical cross-sectional structure.
- the device according to the invention has, in particular over the region in which the structures mentioned above, an extension transverse to the longitudinal axis of this device extending from the inlet to the outlet in the range of 100 mm to 400 mm, preferably from 150 mm 300 mm and more preferably from 200 mm to 250 mm and may for example assume a value of about 220 mm.
- the device can extend in the direction of the longitudinal axis in the range from 100 mm to 400 mm, preferably from 150 mm to 300 mm and more preferably from 200 mm to 250 mm, for example about 220 mm and / or the transverse axis has an extension in the range from 50 mm to 300 mm, preferably from 70 mm to 200 mm and particularly preferably from 90 mm to 150 mm, for example about 100 mm.
- the device according to the invention further comprises a second housing, in particular of metal, in which the first housing is arranged at least in regions. It can be provided that the inlet of the first housing outside and the outlet of the first housing are present within the second housing.
- the inner wall of the second housing and the outer wall of the first housing are at least partially spaced.
- At least a first connecting element in particular in the form of, e.g. metallic, support bearing, between the inner wall of the outer, second housing and the outer wall of the inner, first housing is present.
- At least one layer containing, in particular synthetic, mineral fibers such as, in particular refractory, ceramic fibers and / or glass fibers is present between the first connecting element and the outer wall of the first housing.
- a second connecting element can be attached directly between the outer wall of the first housing and the inner wall of the second housing, comprising at least one layer containing, in particular synthetic, mineral fibers such as, in particular refractory, ceramic fibers and / or glass fibers.
- the layer containing ceramic fibers may, for example, be a woven layer, a nonwoven or felt layer, a cast or formed layer, a plate, a molded article or a paper.
- Ceramic fibers in the context of the present invention should also comprise fibrous mineral wool. Fibrous mineral wool again comprises fibrous glass wool and fibrous rockwool. Suitable ceramic fibers are also known under the trade name Refractory Ceramic Fibers (RCF).
- RCF Refractory Ceramic Fibers
- the layer comprising ceramic fibers additionally comprises clay minerals, in particular phyllosilicates.
- the phyllosilicates for example, mica, talc, serpentine and especially vermiculite are suitable.
- the said layers may each contain between 30 and 70% by weight of ceramic fibers, in particular refractory ceramic fibers, and clay minerals, in particular vermiculite.
- Such layers have proven to be particularly advantageous, which additionally contain organic and / or inorganic binders.
- a suitable product is for example in the Trade under the name XPE ® Expanding mat from the company Unifrax GmbH, Dusseldorf, Germany, available. •
- the connecting elements described above dampen vibrations and other mechanical stresses well and contribute to a reliable bond between the first and second housing.
- at least one layer containing ceramic fibers, as described above, also be present or attached between the connecting element and the inner wall of the second housing.
- a further development provides that before the outlet of the second housing at least one retaining device, which prevents the unimpeded outlet of the exhaust gas freed of pollutants, in particular a pinhole, is arranged.
- the retaining device preferably has a graphite coating at least in regions.
- the entire passage area of the pinhole corresponds approximately to the area of the inlet of the first housing, via which the exhaust gas to be cleaned enters the housing.
- the system according to the invention is integrated into an exhaust gas recirculation system (EGR). It can be provided that follows the outlet at least one return line for returning in particular a portion of the filtered exhaust gas into the engine.
- the return line may be connected, for example, to an air inlet duct for fresh air via a valve arrangement.
- the mixture of recirculated and fresh air optionally set via an EGR control arrangement can then be supplied to the air inlet opening of an engine.
- the device according to the invention further comprises at least one lambda probe, at least one first temperature and / or pressure sensor before or at the inlet or in the front region of the first housing and at least one second temperature and / or pressure sensor on or outside the Outlet or in the rear of the first or second housing.
- the present invention was based on the surprising finding that soot residues in the erf ⁇ ndungssieen emission control system no longer accumulate in the realization of the claimed features. Rather, soot particles are constantly converted to carbon dioxide. Consequently, a continuous, active regeneration succeeds. Due to the complete and continuous removal of soot residues in the exhaust gas, the device according to the invention ensures that the pressure difference between inlet and outlet is never greater than 150 mbar and preferably never greater than 100 mbar, whereby a negative feedback on engine performance can be excluded. For example, with the devices according to the invention, a pressure difference between inlet and outlet of less than 60 mbar, for example 57 mbar, can easily be achieved.
- the volume passages can readily be in the range of 10 to 15 1 / sec, for example at about 12 1 / sec.
- the "pore burner" structure attached to the front of the system also contributes to this, because in this way a laminar flow can be set and maintained without
- the device according to the invention is further surprised by its structurally very simple structure, which can be used without serious changes in any combustion engine, for example in the exhaust systems of passenger cars and trucks
- a very compact housing shape is made possible, so that the device according to the invention can be integrated in any exhaust systems, retrofitting is therefore completely unproblematic, for the elimination of soot particles that it is compatible with the acquired
- To the device according to the invention can set a temperature profile, after which the temperature in the rear area is higher than in the front area.
- the device according to the invention ages only very slowly, with the result that its service life corresponds at least to that of conventional internal combustion engines and replacement of the particulate filter according to the invention is generally no longer necessary.
- the use in particular of a housing or an inner coating of porous silicon carbide finally has the advantage that this material represents a suitable heat storage in the present application. Therefore, even with alternating load operation during a phase of low engine load, and concomitantly a low exhaust gas temperature, previously stored heat energy can be supplied to the first to sixth structures, so that passive regeneration of the filtered particles or other residues is always possible.
- Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a device according to the invention.
- Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an alternative embodiment of the inventive device
- Figure 3 is a schematic cross-sectional view of another alternative embodiment of the device according to the invention.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of another alternative embodiment of the device according to the invention.
- 1 shows a device 1 according to the invention for the removal of pollutants from exhaust gases of Brennlcraftmaschinen comprising a housing 2 with a front, middle and rear region 4, 6 and 8.
- a first structure 14 made of a material, as is commonly used in pore burners.
- the adjoining the inlet 10 input area 16 is itself free of the pore burner structure 14. Rather, the inlet 10 facing surface 18 of the pore burner structure 14 surrounds the input portion 16 in approximately hemispherical.
- the first structure 14 is present mainly in the front region 4 of the device 1 according to the invention and covers the entire inner cross section of the housing 2. In the transition region between the front and middle region 4, 6, the housing diameter widens noticeably.
- the pore burner structure 14 ensures as laminar a flow as possible of the exhaust gas entering the device 1 and eliminates transverse flows, so that soot particles no longer accumulate on the inner walls 24 of the housing 1. Also, a consistent distribution of pollutants in the exhaust stream is ensured.
- a second structure 20 Connected to the pore burner structure 14, separated by a first gap 22, is a second structure 20, comprising a metal foam, which is coated with potassium vanadate and extends over the entire cross section of the middle region 6 of the housing 2.
- the second structure 20 is followed, separated by the second gap 26, by a further second structure 20 ', which in construction and coating substantially coincides with the second structure 20, ie, this is likewise a potassium vanadate-coated metal foam which forms extends over the entire cross-sectional area of the central region 6 of the device 1.
- the second structures 20 and 20 ' serve essentially to transfer nitrogen oxides contained in the exhaust gas by means of reduction into harmless components.
- the central region 6 is substantially closed by a third structure 28 based on a metal foam coated with a palladium / silver catalyst and used for the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons.
- the third structure 28 again extends over the entire cross-sectional area of the housing 2 and is separated from the second structure 20 'by a third gap 30 so that there is substantially no direct contact.
- a fourth structure 32 again based on a metal foam, is applied, which extends over the entire cross-sectional area of the rear region and is coated with a mixture of aluminum oxide and cerium oxide.
- the fourth structure 32 is separated from the third structure 28 by a fourth gap 34.
- the inner wall 24 of the housing 2 has, in the illustrated embodiment, a silicon carbide coating.
- FIG. 2 shows a further development of the exhaust gas purification system 1 described in FIG.
- the system 1 as shown in Figure 1 and as described above, surrounded by another, second housing 50.
- This second housing 50 is connected to the first housing 2 in the front region 4. Otherwise, the device 1 is substantially free of contact in the second housing 50 before. Accordingly, there is at least a fifth gap 54 between the outer wall of the first housing 2 and the inner wall 52 of the outer second housing 50.
- the device 1 can be supported in the outer housing 50 at one or more points, for example in the middle or preferably rear area 8 on the inner wall 52.
- the outer housing 50 has an outlet 56, which is arranged substantially in front of the outlet 12 of the device 1.
- a pinhole 58 is attached between the outlet 12 and the outlet 56.
- the exiting from the outlet 12 purified exhaust gas is thus prevented via the aperture 58 at a free outlet and depending on the size of the exit surface at least partially in the lying in front of the outlet 12 area 60 in the direction of the between the system 1 and the inner wall 52nd the outer, second housing 50 lying space 54 is deflected.
- the temperature of the exiting, purified exhaust gas can be used to ensure a constantly high operating temperature of the exhaust gas purification system 1.
- FIG. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention, which is essentially a further development of the system 1 'shown in FIG.
- the emission control system 1 is in turn embedded in an outer housing 50.
- the first structure 14 is made of a pore burner material.
- a second structure 20 as described for FIG. 1, omitting the first intermediate space.
- a gap 26 is then present between the second and third structures 20, 28.
- the third structure 28 here corresponds to the variant described under FIG.
- the fourth structure 32 is a metal oxide coated with alumina and ceria.
- the fourth structure 32 substantially completely fills the rear area 8 of the device 1.
- the device 1 is in the present case for better storage in the middle and rear regions 6 and 8 in contact with the inner wall 52 of the outer housing 50, via corresponding connecting elements or support bearings 62, 62 'and 64, 64', for example made of metal.
- a pinhole 58 ' is mounted over the entire Cross-sectional area extends in the rear region of the housing.
- FIG. 4 shows a further development of the device 1 shown in FIG. 1.
- This further development is equipped with temperature and pressure sensors 80 and 82 in the region of the inlet 10 and of the outlet 12.
- a lambda probe 84 upstream of the inlet 10 there is a lambda probe 84, with which the oxygen content of the incoming exhaust gas can be determined.
- the values recorded with these sensors are forwarded to an evaluation unit 86 and used, for example, for optimized operation of the internal combustion engine.
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Abstract
The invention relates to a device for eliminating harmful constituents from exhaust gases of internal combustion engines, having a first housing, wherein in the front region, a first structure comprising a plurality of interconnected cavities covers the cross section of the first housing at least in regions, which first structure is followed in the housing, in any order, by: at least one second structure which comprises a plurality of interconnected cavities and comprises at least one first metal oxide and/or is at least partially coated with said metal oxide, at least one third structure which comprises a plurality of interconnected cavities and comprises at least one catalyst for converting or decomposing pollutants and/or is at least partially coated with said catalyst, and at least one fourth structure which covers the cross section of the first housing at least in regions, comprises a plurality of interconnected cavities and comprises at least one second metal oxide, wherein the first housing is made of in particular porous aluminium oxide, mullite, cordierite, silicon nitride, tialite, steatite, zircon, zircon dioxide and/or silicon carbide, or is coated with aluminium oxide, mullite, cordierite, silicon nitride, tialite, steatite, zircon, zircon dioxide and/or silicon carbide.
Description
Lothar Wenzel Lothar Wenzel
Steinebacher Straße 41Steinebacher Street 41
57627 Hachenburg57627 Hachenburg
Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von BrennlαaftmaschinenDevice for removing harmful components from exhaust gases of fueling machines
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren.The present invention relates to a device for removing harmful components from exhaust gases of internal combustion engines, in particular of diesel engines.
An der Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen besteht seit langem aus naheliegenden Gründen ein großes Interesse. Es ist bekannt, daß schwefelhaltige Rückstände, Kohlenmonoxid, polycyclische aromatische Verbindungen und Rußpartikel Mensch und Umwelt nachhaltig schädigen können. Demgemäß sind bereits eine Vielzahl an neuen Verfahren und Vorrichtungen zur Reduzierung von Schadstoffen in Abgasen entwickelt worden. Jüngere Bestrebungen gehen insbesondere dahin, Abgase von Dieselmotoren noch vollständiger und effizienter von Schadstoffen, beispielsweise Rußpartikeln, zu befreien, zumal bekannt ist, daß Ruß organische Rückstände, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, bindet. Hierfür steht mittlerweile eine Vielzahl an Methoden zur Verfügung.The elimination of harmful components from exhaust gases from internal combustion engines has long been of great interest for obvious reasons. It is known that sulfur-containing residues, carbon monoxide, polycyclic aromatic compounds and soot particles can cause lasting damage to humans and the environment. Accordingly, a variety of new methods and devices have already been developed for reducing pollutants in exhaust gases. More recent efforts are in particular to exhaust gases from diesel engines even more complete and efficient of pollutants, such as soot particles, especially known is that soot organic residues, such as hydrocarbons, binds. There are a variety of methods available for this purpose.
Beispielsweise wird mit Hilfe der Abgasrückführung, wie in der DE 699 06 586 T2 beschrieben, die Entstehung von Stickoxiden (NOx) verringert. Hierbei wird im allgemeinen über ein Abgasrückführventil aus dem Auslaßkrümmer Abgas entnommen und der Ladeluft (Frischgas) beigemischt, wodurch die Verbrennungstemperatur gesenkt und, in Reaktion hierauf, der NOx-Anteil reduziert wird. Da der Sauerstoffanteil im Abgas ebenfalls sinkt, können bei nicht
optimaler Einstellung die Anteile an Kohlenmonoxid, nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen und Ruß zunehmen.For example, with the aid of exhaust gas recirculation, as described in DE 699 06 586 T2, the formation of nitrogen oxides (NOx) is reduced. In this case, exhaust gas is generally taken from the exhaust manifold via an exhaust gas recirculation valve and the charge air (fresh gas) mixed in, thereby lowering the combustion temperature and, in response thereto, reducing the proportion of NO x. Since the oxygen content in the exhaust gas also decreases, can not at optimum setting, the levels of carbon monoxide, unburned hydrocarbons and soot increase.
Bei der SCR-Technologie (selektive katalytische Reduktion) werden Stickoxide an einem geeigneten Katalysator in Gegenwart von Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Ammoniak wird in der Katalysatoranlage aus Harnstoff erhalten, das in Form einer wässerigen Lösung mit dem Kraftfahrzeug stets mitzuführen und in den erforderlichen Mengen zuzudosieren ist. Die wässerige Harnstofflösung wird beispielsweise in einer aus der WO 96/36797 Al bekannten Weise mit Druckluft in einer Mischkammer vermischt und über eine im Abgasstrom angeordnete Zerstäuberdüse in den Abgasstrom eingedüst. SCR-Katalysatoren basieren im allgemeinen auf einem Element aus der Gruppe Pt, Pd, Rh, Ir, Au, Ag und Ru. Einzelheiten zum Einsatz von SCR-Katalysatoren finden sich unter anderem auch in der DE 197 49 607 Cl, der DE 103 48 799 Al sowie der DE 102 57 113 Al beschrieben.In SCR (Selective Catalytic Reduction) technology, nitrogen oxides are reduced to nitrogen on a suitable catalyst in the presence of ammonia. Ammonia is obtained in the catalyst system from urea, which is always carry in the form of an aqueous solution with the motor vehicle and metered in the required amounts. The aqueous urea solution is mixed, for example, in a manner known from WO 96/36797 A1 with compressed air in a mixing chamber and injected into the exhaust gas stream via an atomizer nozzle arranged in the exhaust gas stream. SCR catalysts are generally based on one element from the group Pt, Pd, Rh, Ir, Au, Ag and Ru. Details of the use of SCR catalysts can be found, inter alia, also in DE 197 49 607 C1, DE 103 48 799 A1 and DE 102 57 113 A1.
Im allgemeinen ist in Abgasanlagen von Dieselkraftmaschinen die Temperatur nicht derart hoch, daß gefilterte Rußpartikel, selbst wenn auf einer geeigneten Katalysatoroberfläche vorliegend, unverzüglich verbrannt werden. Um ein Verstopfen des Filters zu vermeiden und um die Rußanteile in den Abgasen zu verringern, haben die angesammelten Rußpartikel periodisch verbrannt zu werden. Die Temperatur, die zum Verbrennen von Ruß mit dem Sauerstoff aus dem Abgas erforderlich ist, liegt in etwa bei 500 bis 6000C. Eine temporäre Temperaturerhöhung kann durch Einspritzen eines Additivs, beispielsweise eines Cer-Additivs, wie in der DE 100 20 170 Cl beschrieben, durchgeführt werden. Zwar läßt sich auf diese Weise der Rußanteil merklich erniedrigen, allerdings verbleiben noch stets in nicht unbeträchtlichem Umfang Additivrückstände im Filtersystem. Auch kann eine solche diskontinuierliche Regenerierung durch Vorschalten eines Oxidationskatalysators, dem ungesättigte bzw. unverbrannte Kohlenwasserstoffe zugeführt werden, d.h. durch Nacheinspritzung, bewirkt werden (s.a. DE 103 21 105 Al). Anstatt die Temperatur kurzfristig periodisch durch Additiv- oder Kraftstoffgaben auf die Verbrennungstemperatur von Ruß zu erhöhen, schlägt die DE 101 03 771 Al vor, Rußpartikel und Kohlenwasserstoffe auf der Oberfläche eines Oxidationskatalysators zu sammeln, so daß bereits eine Temperaturerhöhung auf 4500C ausreichen würde, die genannten Rückstände zu beseitigen. Diese Temperatur kann gemäß der DE 101 03 771 Al durch externe Beheizung herbeigeführt werden. Die DE 197 48 561 Al offenbart zu diesem Zweck ein elektrisches Heizelement.
Die kontinuierliche Regenerierung von Partikelfiltern kann nach dem sogenannten CRT- Verfahren (continuous regeneration trap), wie in der DE 199 55 324 Al und der DE 103 21 105 Al beschrieben, vorgenommen werden. Danach ist dem Partikelfilter in der Abgasleitung ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet, der das im Abgas enthaltene Stickoxid NO zu Stickstoffdioxid oxidiert, das sodann für die Oxidation von Kohlenmonoxid bzw. Ruß eingesetzt wird. Bei dieser Technologie bereitet es naturgemäß Probleme, den NOx- Anteil in den ausgeschiedenen Abgasen gering zu halten.In general, in exhaust systems of diesel engines, the temperature is not so high that filtered soot particles, even when present on a suitable catalyst surface, are burned immediately. In order to avoid clogging of the filter and to reduce soot levels in the exhaust gases, the accumulated soot particles have to be periodically burned. The temperature required for burning soot with the oxygen from the exhaust gas is approximately 500 to 600 ° C. A temporary increase in temperature can be achieved by injecting an additive, for example a cerium additive, as described in DE 100 20 170 C1 described be performed. Although the soot content can be markedly lowered in this way, additive residues in the filter system still remain to a not inconsiderable extent. Such a discontinuous regeneration can also be effected by connecting an oxidation catalyst to which unsaturated or unburned hydrocarbons are fed, ie by post-injection (see also DE 103 21 105 A1). Instead of increasing the temperature periodically by adding additives or fuels to the combustion temperature of soot in the short term, DE 101 03 771 A1 proposes collecting soot particles and hydrocarbons on the surface of an oxidation catalyst, so that an increase in temperature to 450 ° C. would suffice. to eliminate the mentioned residues. This temperature can be brought about by external heating according to DE 101 03 771 Al. DE 197 48 561 A1 discloses for this purpose an electric heating element. The continuous regeneration of particle filters can be carried out according to the so-called CRT method (continuous regeneration trap), as described in DE 199 55 324 A1 and DE 103 21 105 A1. Thereafter, the particle filter in the exhaust pipe upstream of an oxidation catalyst which oxidizes the nitrogen oxide NO contained in the exhaust gas to nitrogen dioxide, which is then used for the oxidation of carbon monoxide or carbon black. Naturally, with this technology it is difficult to keep the proportion of NOx in the excreted exhaust gases low.
Geeignete Rußpartikelfilter werden gemäß der DE 103 48 799 Al regelmäßig aus einer Hochtemperaturoxidkeramik oder Siliziumcarbid gefertigt.Suitable soot particle filters are regularly produced according to DE 103 48 799 A1 from a high-temperature oxide ceramic or silicon carbide.
Wie vorangehend geschildert, ist das Problem der Abgasreinigung nicht zuletzt wegen der sehr komplexen Wechselwirkungen zwischen den zu entfernenden Komponenten noch nicht zufriedenstellend gelöst. So sind zum einen Schadstoffe wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Ruß mittels Oxidation unschädlich zu machen. Zum anderen sind Stickoxide nur mittels Reduktion zu eliminieren. Hinzu kommt, daß, verbrennt man Ruß bei seiner herkömmlichen Verbrennungstemperatur von etwa 500 bis 600° C, die für Abgasanlagen verwendeten Materialien irreparabel beschädigt werden können.As described above, not least because of the very complex interactions between the components to be removed, the problem of exhaust gas purification has not yet been satisfactorily resolved. On the one hand pollutants such as carbon monoxide, hydrocarbons and soot are rendered harmless by oxidation. On the other hand, nitrogen oxides can only be eliminated by means of reduction. In addition, if you burn soot at its conventional combustion temperature of about 500 to 600 ° C, the materials used for exhaust systems can be irreparably damaged.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beseitigung von Schadstoffen aus Verbrennungsmotoren zur Verfügung zu stellen, die nicht mit den Nachteilen des Stands der Technik behaftet ist und insbesondere die kontinuierliche Verbrennung von gefilterten Rußpartikeln gestattet, ohne daß es beispielsweise der kontinuierlichen oder periodischen Zugabe von Additiven oder Brennstoff bedarf.The present invention therefore an object of the invention to provide a device for the removal of pollutants from internal combustion engines, which is not subject to the disadvantages of the prior art and in particular the continuous combustion of filtered soot particles allows, without, for example, the continuous or periodic addition of additives or fuel needs.
Demgemäß wurde eine Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen, insbesondere Ruß, aus Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, gefunden, umfassend ein erstes Gehäuse, geeignet zum Durchleiten von Abgasen, mit mindestens einem Einlaß und mindestens einem Auslaß und enthaltend einen vorderen, mittleren und hinteren Bereich, wobei mindestens ein Einlaß, insbesondere im vorderen Bereich, und mindestens ein Auslaß, insbesondere im hinteren Bereich, vorliegt, wobei im vorderen Bereich mindestens eine erste Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollstän-
dig, abdeckt, worauf in dem Gehäuse in beliebiger Reihenfolge, insbesondere jeweils hintereinander angeordnet, folgen: mindestens eine zweite, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens ein erstes Metalloxid enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, mindestens eine dritte, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens einen Katalysator zur Umsetzung bzw. Zersetzung von Schadstoffen, insbesondere einen Oxidationskata- lysator, enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, und mindestens eine vierte, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens ein zweites Metalloxid enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, wobei das erste Gehäuse zumindest abschnittsweise und/oder die Innenwandung des Gehäuses zumindest bereichsweise aus, insbesondere porösem, Aluminiumoxid, Mullit, Cordie- rit, Siliziumnitrid, Tialit, Steatit, Zirkon, Zirkondioxid und/oder Siliziumcarbid ist oder mit, insbesondere porösem, Aluminiumoxid, Mullit, Cordierit, Siliziumnitrid, Tialit, Steatit, Zirkon, Zirkondioxid und/oder Siliziumcarbid beschichtet ist.Accordingly, a device for eliminating harmful components, in particular soot, from exhaust gases of internal combustion engines, in particular of diesel engines, found comprising a first housing, suitable for passing exhaust gases, with at least one inlet and at least one outlet and containing a front, middle and at least one inlet, in particular in the front region, and at least one outlet, in particular in the rear region, is present, wherein in the front region at least a first structure containing a plurality of contiguous cavities at least partially, in particular completely completeness, the cross section of the first housing - dig, covering what is arranged in the housing in any order, in particular one after the other, follow: at least one second, the cross-section of the first housing at least partially, in particular completely, covering structure containing a plurality of contiguous cavities containing at least a first metal oxide and / or at least partially coated therewith, at least one third, the cross-section of the first housing at least partially, in particular completely, covering structure containing a plurality of contiguous cavities, the at least one catalyst for the reaction or decomposition of pollutants, in particular a Oxidationskata - Lysator, contains and / or at least partially coated therewith, and at least a fourth, the cross section of the first housing at least partially, in particular completely, covering structure containing a plurality of contiguous cavities, ie e contains at least a second metal oxide and / or at least partially coated therewith, wherein the first housing at least partially and / or the inner wall of the housing at least partially made of, in particular porous, alumina, mullite, Cordie- rit, silicon nitride, tialite, steatite, Zirconium, zirconium dioxide and / or silicon carbide or is coated with, in particular porous, alumina, mullite, cordierite, silicon nitride, tialite, steatite, zirconium, zirconium dioxide and / or silicon carbide.
Bevorzugt liegen in dem ersten Gehäuse in Richtung von dem Einlaß zu dem Auslaß, in dieser Reihenfolge, mindestens eine erste, mindestens eine zweite, mindestens eine dritte und mindestens eine vierte Struktur vor.Preferably, at least a first, at least one second, at least one third and at least one fourth structure are present in the first housing in the direction from the inlet to the outlet, in this order.
Das erste Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise ein Siliziumcarbid- gehäuse bzw. auf der Innenwandung mit Siliziumcarbid beschichtet. Zwar reicht es bereits aus, wenn die Innenwandung des ersten Gehäuses zu mehr als 50% mit Siliziumcarbid beschichtet ist, allerdings kommen bevorzugt solche Gehäuse zum Einsatz, deren Innenwandung vollständig bzw. nahezu vollständig mit Siliziumcarbid beschichtet ist. Zum Schutz vor Beschädigungen kann das erste Gehäuse auch eine Außenummantelung aus Metall aufweisen. Diese Metallaußenummantelung ist vorzugsweise aus, insbesondere beschichtetem, Zinkblech oder Stahl, insbesondere Cr/Ni-Stahl.The first housing of the device according to the invention is preferably a silicon carbide housing or coated on the inner wall with silicon carbide. Although it is already sufficient if the inner wall of the first housing is coated to more than 50% with silicon carbide, but preferably such housing are used, the inner wall is completely or almost completely coated with silicon carbide. To protect against damage, the first housing may also have an outer sheath made of metal. This metal outer sheath is preferably made of, in particular coated, zinc sheet or steel, in particular Cr / Ni steel.
Siliziumcarbid im Sinne der vorliegenden Erfindung soll insbesondere auch kohlenstoffaser- verstärktes Siliziumcarbid (C/SiC) umfassen. Kohlenstoffaserverstärktes Siliziumcarbid ver-
fügt über eine extrem gute Wärmeleitfähigkeit und zeichnet sich durch hohe Thermoschock- festigkeiten aus. Auch können Dichte und Porosität den Bedürfnissen entsprechend bei der Herstellung eingestellt werden. Diesbezügliche Details finden sich z.B. in der DE 198 58 197 Al.Silicon carbide in the context of the present invention should in particular also comprise carbon fiber-reinforced silicon carbide (C / SiC). Carbon fiber reinforced silicon carbide It has extremely good thermal conductivity and is characterized by high thermal shock resistance. Also, density and porosity can be adjusted according to needs during manufacture. Details relating to this can be found, for example, in DE 198 58 197 A1.
Das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Siliziumcarbid umfaßt vorzugsweise auch solches Siliziumcarbid, das Zusätze an anorganischen Bindemitteln, insbesondere Ton, Zirkonsi- licat, Zirkondioxid und/oder Aluminiumoxid, und/oder organischen Bindemitteln, insbesondere in Form einer Beigabe an Ruß, die dem Herstellungsprozeß beigegeben werden können, enthält.The silicon carbide used according to the invention preferably also comprises such silicon carbide, the additions of inorganic binders, in particular clay, zirconium zirconate, zirconium dioxide and / or alumina, and / or organic binders, in particular in the form of an additive to carbon black, which are added to the manufacturing process can, contains.
Geeignete Siliziumcarbidformkörper lassen sich beispielsweise aus einer Schlickervorstufe erhalten. Hierbei kann es sich z.B. um eine wässrige Dispersion handeln, die neben Siliziumcarbid, vorzugsweise gemahlen, Zusätze an organischen Bindemitteln wie Ruß, anorganischen Bindemitteln wie Ton und gegebenenfalls Tensiden enthält. Geeignete Ton-Bindemittel umfassen z.B. Kaolinit, Halloysit, Serpentin, Muskovit, Mit, Talk, Vermiculit, Montmorillo- nit, Beidelit, Smectit, Saponit und Hectorit. Alternativ oder zusätzlich zu Ruß kommen als organische Bindemittel auch verschiedene synthetische oder halbsynthetische Polymere in Betracht wie Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyrat, Cellulose oder Cellulosederivate sowie insbesondere Stärkeprodukte wie in der DE 44 00 131 Al beschrieben. Der Siliziumcarbidformkörper kann hierbei u.a. über das Schlickergießen, Foliengießen, Druckgießen oder Extrudieren erhalten werden. Beispielweise wird die wässrige Schlickerdispersion in eine Gipsform gegossen, von der, nachdem das Dispersionswasser von der Gipsform aufgenommen worden ist, die Siliziumcarbidrohmasse abgenommen und einem Sinterprozeß zugeführt wird. Bei den Temperaturen des Sinterungsvorgangs bilden die organischen oder anorganischen Bindemittel innerhalb des Siliziumcarbidformkörpers häufig eine im wesentlichen zusammenhängende, den Formkörper nochmals verstärkende Struktur.Suitable Siliziumcarbidformkörper can be obtained for example from a Schlickervorstufe. This may be e.g. to act an aqueous dispersion, in addition to silicon carbide, preferably ground, additives to organic binders such as carbon black, inorganic binders such as clay and optionally containing surfactants. Suitable clay binders include e.g. Kaolinite, halloysite, serpentine, muscovite, mit, talc, vermiculite, montmorillonite, beidelite, smectite, saponite and hectorite. Alternatively or in addition to carbon black, various synthetic or semisynthetic polymers are also suitable as organic binders, such as polyvinyl alcohol, polyvinyl butyrate, cellulose or cellulose derivatives and, in particular, starch products as described in DE 44 00 131 A1. The silicon carbide molding can here u.a. via slip casting, film casting, die casting or extrusion. For example, the aqueous slip dispersion is poured into a plaster mold from which, after the dispersion water has been taken up by the plaster mold, the Siliziumcarbidrohmasse is removed and fed to a sintering process. At the temperatures of the sintering process, the organic or inorganic binders within the Siliziumcarbidformkörpers often form a substantially contiguous, the moldings again reinforcing structure.
Das Beschichtungsmaterial des ersten Gehäuses bzw. das Gehäusematerial ist vorzugsweise im wesentlichen vornehmlich mit offenen Poren ausgestattet.
Die Gehäusewandung bzw. -innenbeschichtung, insbesondere enthaltend poröses Silizium- carbid trägt dazu bei, Ablagerungen zu verhindern. Ferner trägt eine in solcher Weise ausgestaltete Gehäusewandung zu den beobachteten vorteilhaften Strömungseigenscliaften mit bei. Von Hilfe bei der Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist ferner, daß die vorangehend beschriebenen ersten Gehäuse, insbesondere solche enthaltend Siliziumcarbid, kaum oder keine Wärmeausdehnung zeigen und folglich überaus maßhaltig sind.The coating material of the first housing or the housing material is preferably substantially equipped with open pores. The housing or inner coating, in particular containing porous silicon carbide helps to prevent deposits. Further, a housing wall configured in this manner contributes to the observed beneficial flow characteristics. Help in the construction of the devices according to the invention is further that the first housing described above, in particular those containing silicon carbide, show little or no thermal expansion and are therefore extremely dimensionally stable.
Für die im vorderen Bereich des Gehäuses vorliegende erste Struktur verwendet man vorzugsweise Materialien und Formkörper, wie sie aus der Porenbreimertechnik bekannt sind. Hierbei handelt es sich zumeist um Strukturen mit räumlich zusammenhängenden Hohlräumen, über die sich eine definierte Flammenzone ausbilden kann. Zudem läßt sich mit diesen Porenbrennerstrukturen das gewünschte Strömungsprofil in weiten Bereichen genau einstellen. Ausführungsformen solcher bekannten Porenbrenner finden sich z.B. in der US 5,522,723, WO 95/01532, DE 199 39 951 Al und DE 199 04 921 C2 beschrieben. Geeignete poröse Porenbrennermaterialien können auch aus locker geschichtetem, körnigem Schüttgut, das einem Sinterungsprozeß unterworfen worden ist, erhalten werden. Exemplarisch sei hierfür auf die EP 0 840 061 Al und die DE 2 211 297 OS verwiesen. In diesem Zusammenhang kommt ebenfalls gesintertes Metallpulver in Frage. Ferner sind Metalldrahtgestricke ebenso geeignet wie Schaumkeramiken, Metallschäume oder -schwämme, wie z.B. in der DE 10 2004 006 824 Al und der DE 198 04 267 Al offenbart. Des weiteren kann das poröse Material der ersten Struktur auf einer Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid-Keramik, wie in der DE 102 28 411 Cl beschrieben, basieren.For the present in the front region of the housing first structure is preferably used materials and moldings, as they are known from the Porenbreimertechnik. These are mostly structures with spatially contiguous cavities over which a defined flame zone can form. In addition, these pore burner structures can be used to precisely set the desired flow profile over a wide range. Embodiments of such known pore burners can be found e.g. in US 5,522,723, WO 95/01532, DE 199 39 951 A1 and DE 199 04 921 C2. Suitable porous pore-burning materials may also be obtained from loosely-laid, granular bulk material which has been subjected to a sintering process. By way of example, reference should be made to EP 0 840 061 A1 and DE 2 211 297 OS. In this context, also sintered metal powder comes into question. Furthermore, metal wire knits are also suitable, as are foam ceramics, metal foams or sponges, such as e.g. in DE 10 2004 006 824 Al and DE 198 04 267 Al discloses. Furthermore, the porous material of the first structure may be based on an alumina or silicon carbide ceramic as described in DE 102 28 411 C1.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Struktur ein Metalldrahtgestrick, eine offenzellige Schaumkeramik, insbesondere auf Siliziumcarbidbasis, oder insbesondere einen offenzelligen Metallschaum, das bzw. der vorzugsweise eine sogenannte Washcoat- Beschichtung, umfassend insbesondere Oxide des Aluminiums, Titans, Zirkoniums, Eisens, Nickels, Germaniums, Bariums, Hafniums und/oder Oxide der Seltenerdmetalle wie Lanthanoxid und Ceroxid, enthält. Titandioxid und Aluminiumoxide sowie deren Mischungen sind als Beschichtungsmaterialen besonders bevorzugt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beschich- tung mit Phosphorsäure vorgenommen werden.
Die Hohlräume bzw. Poren verfügen bei der ersten Struktur im allgemeinen über eine Größe, die ausreicht, partikuläre Abgasbestandteile wie Rußpartikel in das erste Gehäuse eintreten zu lassen. Die Porosität liegt beispielsweise im Bereich von 5 bis 35, insbesondere 10 bis 25 ppi (Poren pro Inch). In einer Ausführungsform liegt die Porosität der ersten Struktur bei etwa 20 ppi. Durch die Anbringung der ersten Struktur, wie vorangehend beschrieben, in den vorderen Bereich des Gehäuses, d.h. auf den Einlaß folgend, wird sichergestellt, daß das eintretende Abgas die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung laminar durchströmt. Das Reinigungsresultat beeinträchtigende Querströmungen werden von vorneherein vollständig unterbunden. Auch aus diesem Grund kommt es auch nicht zu Ablagerung von Rußpartikeln oder sonstigen Schadstoffen an der Innenwandung des Gehäuses oder an der ersten Struktur als solcher.In a preferred embodiment, the first structure comprises a metal wire mesh, an open-cell foam ceramic, in particular based on silicon carbide, or in particular an open-cell metal foam, which preferably has a so-called washcoat coating comprising, in particular, oxides of aluminum, titanium, zirconium, iron, nickel, Germanium, barium, hafnium and / or oxides of rare earth metals such as lanthanum oxide and cerium oxide. Titanium dioxide and aluminum oxides and mixtures thereof are particularly preferred as coating materials. Alternatively or additionally, a coating with phosphoric acid can be carried out. The voids or pores in the first structure generally have a size sufficient to allow particulate exhaust gas constituents such as soot particles to enter the first housing. The porosity is, for example, in the range of 5 to 35, in particular 10 to 25 ppi (pores per inch). In one embodiment, the porosity of the first structure is about 20 ppi. By attaching the first structure, as described above, in the front region of the housing, ie following the inlet, it is ensured that the incoming exhaust gas flows through the inventive exhaust gas purification device laminar. The cleaning result impairing cross flows are completely prevented from the outset. Also for this reason, there is also no deposition of soot particles or other pollutants on the inner wall of the housing or on the first structure as such.
Die zweite Struktur basiert vorzugsweise auf einer offenzelligen Schaumkeramik, einem Drahtgestrick oder insbesondere einem offenzelligen Metallschaum. Sie deckt zweckmäßigerweise ebenfalls den gesamten Querschnitt des erstens Gehäuses ab und erstreckt sich demgemäß bis zur Innenwandung. In diese zweite Struktur eingearbeitet, beispielsweise in Form einer Beschichtung, liegt mindestens ein erstes Metalloxid, gegebenenfalls in Kombination mit einem Metall der Platingruppe wie Pt, Rh, Pd, Ir, Os und Ru, vor. Geeignete erste Metalloxide umfassen Lithiumoxid, Bariumoxid, Titanoxid, Ceroxid, Manganoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Lithium-, Natrium-, Kalium-, Silber- und Cervanadate, Vanadinoxid/ Alkalimetalloxid-Kombinationen und Perrhenate. Cer/Zirkon-Mischoxide sind ebenfalls geeignet. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die zweite Struktur mindestens ein Vanadat, insbesondere Silber- und/oder Kaliumvanadat, enthält und/oder mit mindestens einem Vanadat, insbesondere Silber- und/oder Kaliumvanadat, beschichtet ist. Kaliumvanadat ist besonders bevorzugt. Es hat sich herausgestellt, daß bereits diese zweite Struktur maßgeblich zur Rußeliminierung beiträgt.The second structure is preferably based on an open-cell foam ceramic, a wire mesh or in particular an open-cell metal foam. It expediently also covers the entire cross section of the first housing and accordingly extends to the inner wall. Incorporated into this second structure, for example in the form of a coating, is at least one first metal oxide, optionally in combination with a platinum group metal such as Pt, Rh, Pd, Ir, Os and Ru. Suitable first metal oxides include lithium oxide, barium oxide, titanium oxide, cerium oxide, manganese oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, lithium, sodium, potassium, silver and cervanadates, vanadium oxide / alkali metal oxide combinations and perrhenates. Cerium / zirconium mixed oxides are also suitable. It has proved to be particularly advantageous that the second structure contains at least one vanadate, in particular silver and / or potassium vanadate, and / or is coated with at least one vanadate, in particular silver and / or potassium vanadate. Potassium vanadate is particularly preferred. It has been found that even this second structure significantly contributes to the elimination of soot.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Beschichtung der zweiten Struktur neben einem ersten Metalloxid, insbesondere Kaliumvanadat, ein Metallnitrat, beispielsweise ein Alkali- oder Erdalkalinitrat wie Natrium-, Lithium-, Kalium-, Barium-, Calcium-, Magnesium- und Strontiumnitrat, und/oder eine auf einer Wasserglasverbindung wie Natrium- und Kaliumsilikaten, insbesondere Natronwasserglas, basierenden Verbindung.
Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Struktur, im Bereich von 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%.According to a further preferred embodiment, the coating of the second structure comprises in addition to a first metal oxide, in particular potassium vanadate, a metal nitrate, for example an alkali or alkaline earth nitrate such as sodium, lithium, potassium, barium, calcium, magnesium and strontium nitrate, and / or a compound based on a waterglass compound such as sodium and potassium silicates, in particular soda waterglass. Particularly preferably, the proportion of the coating, based on the total weight of the second structure, in the range of 0.01 to 10 wt .-%, preferably in the range of 0.1 to 5 wt .-%.
Die Porosität der zweiten Struktur liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 40 ppi, vorzugsweise von 10 bis 35 ppi. Geeignete Porositäten liegen beispielsweise auch im Bereich von 10 bis 20 ppi. In einer Ausfuhrungsform liegt die Porosität der zweiten Struktur bei etwa 20 ppi.The porosity of the second structure is preferably in the range of 5 to 40 ppi, preferably 10 to 35 ppi. Suitable porosities are for example also in the range of 10 to 20 ppi. In one embodiment, the porosity of the second structure is about 20 ppi.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn in dem ersten Gehäuse, insbesondere in dem mittleren Bereich dieses Gehäuses, mindestens zwei, insbesondere aufeinander folgende, gegebenenfalls durch einen Zwischenraum getrennte, beschichtete zweite Strukturen vorliegen.It has proved to be particularly advantageous if at least two, in particular successive, optionally separated by a gap, coated second structures are present in the first housing, in particular in the central region of this housing.
Auch die dritte Struktur liegt vorzugsweise in Form einer offenzelligen Schaumkeramik, insbesondere aus Siliziumcarbid, eines Drahtgestricks sowie insbesondere eines offenzelligen Metallschaums vor, die sich über die gesamte Querschnittsfläche des ersten Gehäuses erstreckt. Diese Struktur weist einen Katalysator auf, der die Oxidation von Bestandteilen des durchgeleiteten Abgases mit Hilfe des im Abgas noch enthaltenen Sauerstoffs unterstützt. Eine besonders gute Reinigungswirkung wird auch dadurch erzielt, daß die dritte Struktur einen Katalysator, umfassend Palladium, Rhodium und/oder Silber, enthält und/oder mit einem Katalysator, umfassend Palladium, Rhodium und/oder Silber, beschichtet ist. Enthält der Katalysator zusätzlich zumindest geringe Spuren an Eisen, Nickel, Eisenoxid, insbesondere Fe2O3 und Fe3O4, kann das Reinigungsresultat noch einmal optimiert werden. Eisenoxide sind als Zusatz besonders geeignet. Rückstände an Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen oder sonstigen oxidierbaren schädlichen Bestandteilen werden vollständig oder nahezu vollständig aus dem Abgas des Verbrennungsmotors eliminiert. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung enthält die Beschichtung bzw. der Katalysator der dritten Struktur ferner mindestens ein Metallnitrat, beispielsweise ein Alkali- oder Erdalkalinitrat wie Kaliumnitrat, und/oder eine auf einer Wasserglasverbindung wie Natrium- oder Kaliumsilikaten beruhenden Verbindung, insbesondere Natriumwasserglas.
Wie die erste Struktur wird auch die dritte Struktur vorzugsweise mit einem Washcoat vorbe- schichtet. Geeignete Washcoat-Beschichtungen umfassen insbesondere Oxide des Aluminiums, Titans, Zirkoniums, Hafniums, Oxide der Alkali- und Erdalkalimetalle wie Bariumoxid oder Magnesiumoxid und/oder Oxide der Lanthanoide bzw. Seltenerdmetalle wie Lanthanoxid, Praseodymoxid, Terbiumoxid, Ytterbiumoxid, Samariumoxid, Gadoliniumoxid oder Ceroxid. Titandioxid bzw. Aluminiumoxide sind als Beschichtungsmaterialen besonders bevorzugt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beschichtung mit Phosphorsäure vorgenommen werden.The third structure is preferably also in the form of an open-cell foam ceramic, in particular made of silicon carbide, a wire mesh and in particular an open-cell metal foam, which extends over the entire cross-sectional area of the first housing. This structure has a catalyst which promotes the oxidation of components of the passed exhaust gas by means of the oxygen still contained in the exhaust gas. A particularly good cleaning effect is also achieved in that the third structure comprises a catalyst comprising palladium, rhodium and / or silver, and / or coated with a catalyst comprising palladium, rhodium and / or silver. If the catalyst additionally contains at least slight traces of iron, nickel, iron oxide, in particular Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 , the cleaning result can be optimized once more. Iron oxides are particularly suitable as an additive. Residues of carbon monoxide, hydrocarbons or other oxidizable harmful components are completely or almost completely eliminated from the exhaust gas of the internal combustion engine. According to a further embodiment, the coating or the catalyst of the third structure further contains at least one metal nitrate, for example an alkali or alkaline earth nitrate such as potassium nitrate, and / or a compound based on a water glass compound such as sodium or potassium silicates, in particular sodium water glass. Like the first structure, the third structure is preferably pre-coated with a washcoat. Suitable washcoat coatings comprise, in particular, oxides of aluminum, titanium, zirconium, hafnium, oxides of alkali metals and alkaline earth metals such as barium oxide or magnesium oxide and / or oxides of lanthanides or rare earth metals such as lanthanum oxide, praseodymium oxide, terbium oxide, ytterbium oxide, samarium oxide, gadolinium oxide or cerium oxide. Titanium dioxide or aluminum oxides are particularly preferred as coating materials. Alternatively or additionally, a coating with phosphoric acid can be carried out.
Die offenzellige dritte Struktur verfügt vorzugsweise über Zell weiten von 6 bis 50 ppi, insbesondere von 20 bis 45 ppi. Geeignete Porositäten liegen beispielsweise auch im Bereich von 20 bis 40 ppi. In einer Ausführungsform liegt die Porosität der dritten Struktur bei etwa 40 ppi.The open-cell third structure preferably has cell widths of 6 to 50 ppi, especially 20 to 45 ppi. Suitable porosities are for example also in the range of 20 to 40 ppi. In one embodiment, the porosity of the third structure is about 40 ppi.
Soweit z.B. Rußpartikel oder Kohlenwasserstoffe, welche beim Durchleiten des Abgases durch das erste Gehäuse bis zur dritten Struktur noch nicht verbrannt bzw. oxidiert worden sind, werden spätestens an einer sich, vorzugsweise durch einen Zwischenraum von der dritten Struktur getrennten, vierten Struktur in Kohlendioxid überführt. Die vierte Struktur stellt vorzugsweise ein Metalldrahtgestrick, eine offenporige Schaumkeramik, insbesondere auf Siliziumcarbidbasis, oder insbesondere einen offenzelligen Metallschaum dar und deckt vorzugsweise, wie die erste, zweite und dritte Struktur, den gesamten Querschnitt des ersten Gehäuses ab, ist jedoch, anders als die erste, zweite und dritte Struktur, vorzugsweise nicht im vorderen oder mittleren Bereich, sondern im hinteren Bereich des ersten Gehäuses untergebracht. Die vierte Struktur weist mindestens ein zweites Metalloxid wie Wolframoxid, Siliziumoxid, Titandioxid, Boroxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, insbesondere lanthanhaltig, Bariumoxid, Magnesium/Aluminium-Mischoxid und/oder Silizium/ Aluminium-Mischoxid auf oder ist mit diesem beschichtet. Aluminiumoxid ist besonders bevorzugt als zweites Metalloxid. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt neben dem zweiten Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, mindestens ein Seltenerdmetalloxid wie Yttriumoxid, Praseodymoxid, Terbiumoxid, Gadoliniumoxid, Lanthanoxid, Samariumoxid, Ytterbiumoxid oder Ceroxid vor. Ceroxid ist besonders bevorzugt. Neben Ceroxid als bevorzugtem Seltenerdmetalloxid kann vorzugsweise alternativ oder zusätzlich auch auf Lanthanoxid zurückgegriffen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform liegen in bzw. auf der vierten Struktur neben dem zweiten Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, auch Zeolithe vor, vor allem in Kombination mit mindestens einem Seltenerdmetalloxid, insbesondere Ceroxid. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ohne weiteres möglich, zwischen der dritten und vierten Struktur eine Temperatur im Bereich von 300 bis 450°C aufrecht zu erhalten. Diese Temperaturen sind unter den Gegebenheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Abbau von Ruß und/oder Kohlenwasserstoffen an der vierten Struktur völlig ausreichend.If, for example, soot particles or hydrocarbons which have not yet been burned or oxidized when passing the exhaust gas through the first housing to the third structure, are converted to carbon dioxide at the latest at a fourth structure, preferably separated by a gap from the third structure. The fourth structure preferably represents a metal wire mesh, an open-celled foam ceramic, in particular silicon carbide-based, or in particular an open-cell metal foam, and preferably, like the first, second and third structures, covers the entire cross section of the first housing, but is different from the first one , Second and third structure, preferably not in the front or middle area, but housed in the rear of the first housing. The fourth structure comprises or is coated with at least one second metal oxide, such as tungsten oxide, silicon oxide, titanium dioxide, boron oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, in particular lanthanum-containing, barium oxide, magnesium / aluminum mixed oxide and / or silicon / aluminum mixed oxide. Alumina is particularly preferred as the second metal oxide. In a particularly preferred embodiment, in addition to the second metal oxide, in particular aluminum oxide, at least one rare earth metal oxide such as yttrium oxide, praseodymium oxide, terbium oxide, gadolinium oxide, lanthanum oxide, samarium oxide, ytterbium oxide or cerium oxide is present. Cerium oxide is particularly preferred. In addition to cerium oxide as the preferred rare earth metal oxide, preference may alternatively or additionally be given to lanthanum oxide. In a further preferred embodiment, zeolites are present in or on the fourth structure in addition to the second metal oxide, in particular aluminum oxide, especially in combination with at least one rare earth metal oxide, in particular cerium oxide. With the device according to the invention it is readily possible to maintain a temperature in the range of 300 to 450 ° C between the third and fourth structure. These temperatures are completely sufficient under the circumstances of the device according to the invention for the degradation of soot and / or hydrocarbons in the fourth structure.
Die Porosität der vierten Struktur kann beispielsweise im Bereich von 10 bis 65, insbesondere 15 bis 60 ppi, liegen. In einer Ausführungsform liegt die Porosität der vierten Struktur bei etwa 50 ppi.The porosity of the fourth structure may be, for example, in the range of 10 to 65, especially 15 to 60 ppi. In one embodiment, the porosity of the fourth structure is about 50 ppi.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt mindestens eine weitere, fünfte Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, in dem ersten Gehäuse vor, die den Querschnitt dieses Gehäuses zumindest bereichs weise, insbesondere vollständig abdeckt. Der Grundkörper dieser fünften Struktur ist vorzugsweise aufgebaut wie die ersten bis vierten Strukturen und liegt insbesondere in Form einer offenzelli- gen Schaumkeramik, eines Metalldrahtgestricks oder insbesondere eines offenzelligen Metallschaums vor. Diese fünfte Struktur enthält und/oder ist zumindest partiell beschichtet mit Platin und/oder Rhodium als Katalysator. Diese Beschichtung kann ferner enthalten, beispielsweise auch in Form einer Vorbeschichtung als Washcoat, Titandioxid, Zirkonoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumsilikat. Als besonders wirkungsvoll hat sich im vorliegenden Fall die Verwendung einer Katalysatormischung enthaltend als maßgebliche Komponenten Platin und Rhodium erwiesen. Hierbei stellen sich sehr zufriedenstellende Resultate insbesondere dann ein, wenn das Gewichtsverhältnis Platin zu Rhodium im Bereich von 10:1 bis 1:10, insbesondere im Bereich von 6:1 bis 1,5:1 und besonders bevorzugt im Verhältnis von etwa 4:1 eingestellt wird. Die fünfte Struktur ist bevorzugt zwischen der ersten und zweiten Struktur angebracht. Günstigerweise folgt die fünfte Struktur unmittelbar auf die erste Struktur, d.h. ohne einen Zwischenraum zuzulassen.In a further embodiment of the device according to the invention, at least one further, fifth structure, comprising a plurality of contiguous cavities, is present in the first housing, which covers the cross section of this housing at least in areas, in particular completely. The main body of this fifth structure is preferably constructed as the first to fourth structures and is in particular in the form of an open-cell foam ceramic, a metal wire mesh or in particular an open-cell metal foam. This fifth structure contains and / or is at least partially coated with platinum and / or rhodium as a catalyst. This coating can also contain, for example, in the form of a precoat as washcoat, titanium dioxide, zirconium oxide, silicon dioxide, aluminum oxide and / or aluminum silicate. In the present case, the use of a catalyst mixture comprising platinum and rhodium as the relevant components has proven to be particularly effective. Here are very satisfactory results in particular when the weight ratio of platinum to rhodium in the range of 10: 1 to 1:10, in particular in the range of 6: 1 to 1.5: 1 and more preferably in the ratio of about 4: 1 is set. The fifth structure is preferably mounted between the first and second structures. Conveniently, the fifth structure directly follows the first structure, i. without allowing a gap.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt mindestens eine weitere, sechste Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, in dem ersten Gehäuse vor, die den Querschnitt dieses Gehäuses zumindest bereichsweise, ins-
besondere vollständig abdeckt. Die sechste Struktur stellt vorzugsweise ein Metalldrahtgetrick sowie insbesondere einen Metallschaum dar. Alternativ kann diese Struktur z.B. auch auf einem Keramikschaum oder sonstigen bekannten Trägermaterialien bzw. -Strukturen basieren. Die sechste Struktur enthält einen sogenannten SCR-Katalysator und/oder ist mit diesem zumindest partiell beschichtet. SCR-Katalysatoren zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas zu Stickstoff mit Ammoniak als Reduktionsmittel, das im allgemeinen in der Anlage aus in Lösung vorliegendem Harnstoff erzeugt wird, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Platin, Vanadiumoxid, Eisenoxid, Kupferoxid, Manganoxid, Chromoxid oder Molybdänoxid, vorzugsweise aufgebracht auf einem Träger auf z.B. Aluminiumoxid oder Titanoxid. Exemplarisch sei diesbezüglich auf die DE 102 57 113 Al, EP 0 376 025 Bl, EP 0 385 164 Bl und die EP 1 321 641 Bl verwiesen. Die sechste Struktur kann in einer Ausführungsform zusammen mit der vierten Struktur als gemeinsame, einheitliche Struktur vorliegen.In a further embodiment of the device according to the invention, at least one further, sixth structure, comprising a plurality of contiguous cavities, is provided in the first housing, which at least partially covers the cross-section of this housing, in particular special completely covers. The sixth structure preferably represents a metal wire trick as well as in particular a metal foam. Alternatively, this structure may for example also be based on a ceramic foam or other known support materials or structures. The sixth structure contains a so-called SCR catalyst and / or is at least partially coated therewith. SCR catalysts for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas to nitrogen with ammonia as a reducing agent, which is generally produced in the system from urea in solution, are well known to those skilled in the art. These are, for example, platinum, vanadium oxide, iron oxide, copper oxide, manganese oxide, chromium oxide or molybdenum oxide, preferably applied to a support such as, for example, aluminum oxide or titanium oxide. As an example, reference may be made to DE 102 57 113 A1, EP 0 376 025 B1, EP 0 385 164 B1 and EP 1 321 641 B1. The sixth structure may be present in one embodiment together with the fourth structure as a common, unitary structure.
Soweit die ersten bis sechsten Strukturen zu beschichten sind, sei es mit einer Zwischenbe- schichtung, z.B. in Form eines Washcoats, oder mit einer abschließenden Beschichtung, kann hierfür grundsätzlich auf alle gängigen Beschichtungsverfahren wie dem galvanischen oder naßchemischen Beschichten oder dem Beschichten mittels Sputterns zurückgegriffen werden. Bevorzugt kommt die naßchemische Variante zum Einsatz. In der Regel reicht es hierfür z.B. aus, wenn die jeweilige Struktur einmal, vorzugsweise mindestens zweimal, in ein entsprechendes Tauchbad, das die Beschichtungskomponenten in Lösung, Dispersion oder Suspension enthält, eingetaucht wird.As far as the first to sixth structures are to be coated, be it with an intermediate coating, e.g. In the form of a washcoat, or with a final coating, it is basically possible to resort to all conventional coating methods such as galvanic or wet-chemical coating or sputtering. Preferably, the wet chemical variant is used. As a rule, this is sufficient, for example. when the respective structure is immersed once, preferably at least twice, in a corresponding immersion bath containing the coating components in solution, dispersion or suspension.
Bei der ersten bis sechsten, insbesondere der zweiten bis sechsten, Struktur handelt es sich im allgemeinen um sogenannte Wandstromfilter. Derartige Wandstromfilter sind üblicherweise mit einer porösen, offenzelligen Filterwand ausgestattet. Die Partikel verbleiben bei diesen Filterstrukturen insbesondere aufgrund von Adhäsionsphänomenen hauptsächlich an der Oberfläche der Filterwandung oder mittels Tiefenfiltration im Inneren der Filterwand haften.The first to sixth, in particular the second to sixth, structure are generally so-called wall-flow filters. Such wall-flow filters are usually equipped with a porous, open-cell filter wall. The particles remain in these filter structures mainly due to adhesion phenomena mainly adhere to the surface of the filter wall or by means of depth filtration in the interior of the filter wall.
Erfindungsgemäß kann demgemäß vorgesehen sein, daß die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und/oder sechste Struktur offenporige bzw. -zellige Schaumkeramik, einen offenporigen bzw. -zelligen Metallschaum, einen offenporigen bzw. -zelligen Metallschwamm, einen hitzebeständigen offenporigen bzw. -zelligen Schaumkunststoff, ein Drahtgeflecht und/oder gesinter-
tes Schüttgut umfaßt. Die ersten bis sechsten Strukturen sind regelmäßig in der Weise ausgelegt, dass ein gasförmiges Fluid ohne weiteres durch die zusammenhängenden Hohlräume bzw. offenen Poren hindurchtreten kann. Vorzugsweise decken die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und/oder sechste Struktur den Querschnitt des Gehäuses vollständig ab. Diese Strukturen sind demgemäß in das Gehäuseinnere eingefaßt und befinden sich in einer praktikablen Ausfuhrungsform in direktem Kontakt mit der Innenwandung des Gehäuses. Diese Strukturen sind zudem in der Weise ausgelegt, daß eine gleichförmige Durchleitung von Gasen gewährleistet ist.According to the invention may accordingly be provided that the first, second, third, fourth, fifth and / or sixth structure open-cell foam ceramic, a porous metal foam, an open-cell metal sponge, a heat-resistant porous or cellular foam plastic, a wire mesh and / or sintered includes bulk material. The first to sixth structures are regularly designed such that a gaseous fluid can readily pass through the contiguous cavities or open pores. Preferably, the first, second, third, fourth, fifth and / or sixth structure completely cover the cross section of the housing. These structures are accordingly enclosed in the housing interior and are in a practicable embodiment in direct contact with the inner wall of the housing. These structures are also designed in such a way that a uniform passage of gases is ensured.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die erste, zweite und dritte sowie gegebenenfalls die fünfte und/oder sechste Struktur auf einem einheitlichen durchlässigen bzw. porösen Körper, beispielsweise einem Metalldrahtgestrick, einer Schaumkeramik oder insbesondere einem Metallschaum verwirklicht sein. Die einzelnen Strukturen bilden dann z.B. diskrete Zonenabschnitte auf einem solchen einheitlichen Körper aus. In einer alternativen Ausfuhrungsform können auch die erste, zweite, dritte und vierte sowie gegebenenfalls die fünfte und/oder sechste Struktur auf einem einheitlichen durchlässigen bzw. porösen Körper, beispielsweise einem Metalldrahtgestrick, einer Schaumkeramik oder insbesondere einem Metallschaum verwirklicht sein, beispielsweise wie vorangehend ausgeführt. Diese einheitliche Struktur kann z.B., insbesondere paßgenau in das erste Gehäuse eingearbeitet sein, wobei insbesondere im Ein- und Auslaßbereich Freiräume vorgesehen werden können. Insbesondere kann diese einheitliche Struktur auch über mindestens einen Frei- bzw. Hohlraum zwischen der dritten und vierten Struktur verfügen. Hinsichtlich der Anordnung der ersten bis sechsten Struktur innerhalb des ersten Gehäuses können die Angaben zu den separaten Strukturen entsprechend angewandt werden.According to a further embodiment, the first, second and third and optionally the fifth and / or sixth structure can be realized on a uniform permeable or porous body, for example a metal wire mesh, a foamed ceramic or in particular a metal foam. The individual structures then form e.g. discrete zone sections on such a unitary body. In an alternative embodiment, the first, second, third and fourth and optionally the fifth and / or sixth structure on a uniform permeable or porous body, such as a metal wire mesh, a foam ceramic or in particular a metal foam can be realized, for example as stated above. For example, this uniform structure may be incorporated, in particular, in register with the first housing, wherein free spaces may be provided in particular in the inlet and outlet areas. In particular, this uniform structure may also have at least one free or hollow space between the third and fourth structures. With regard to the arrangement of the first to sixth structures within the first housing, the details of the separate structures can be applied accordingly.
Offenporige bzw. -zellige Keramiken umfassen Cordierit, Silicat-, Aluminiumoxid-, Aluminiumnitrid-, Aluminiumtitanat-, Glas-, Zirkonoxid-, Siliziumcarbid- und Siliziumnitridkeramiken. Geeignete offenzellige Schaumkeramiken umfassen insbesondere solche aus Zirkonoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Mullit (Magnesium-aluminiumsilikat) und α-Aluminiumoxid. Diese Keramiken sowie deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Das gleiche trifft auch auf Metallschäume und -schwämme zu.
Geeignete Metallschäume werden vorzugsweise aus Chrom/Nickel-Stahlen oder Ferro- chrom/Aluminium-Legierungen gebildet. Metallschäume hergestellt auf Nitridbasis sind im allgemeinen weniger geeignet.Open cell ceramics include cordierite, silicate, alumina, aluminum nitride, aluminum titanate, glass, zirconia, silicon carbide, and silicon nitride ceramics. Suitable open-cell foam ceramics include in particular those of zirconium oxide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, mullite (magnesium aluminum silicate) and α-aluminum oxide. These ceramics and their preparation are known in the art. The same applies to metal foams and sponges. Suitable metal foams are preferably formed from chromium / nickel steels or ferro-chromium / aluminum alloys. Nitride-based metal foams are generally less suitable.
Als Drahtmaterial für den Drahtkörper wird insbesondere auf alummiumhaltigen Stahl zurückgegriffen.As a wire material for the wire body is used in particular alumium-containing steel.
Optional kann die erste Struktur, vorzugsweise wenn als Metalldrahtgestrick oder als Metallschaum vorliegend, zuvor mit einem Lotmaterial, vorzugsweise auf Aluminium-Chrom-, insbesondere Aluminium-Chrom-Nickel-Basis beschichtet werden.Optionally, the first structure, preferably if present as a metal wire mesh or as a metal foam, previously coated with a solder material, preferably on aluminum-chromium, in particular aluminum-chromium-nickel base.
Von besonderem Vorteil in strömungstechnischer Hinsicht ist es, wenn der vordere Bereich des ersten Gehäuses sich zum mittleren Bereich hin erweitert und/oder wenn der hintere Bereich sich zum Auslaß hin, insbesondere konusförmig, verjüngt. In diesem Zusammenhang ist gleichfalls bei einer optimierten Ausführungsform von Bedeutung, daß die Oberfläche der ersten Struktur, die dem Einlaß zugewandt ist, in Richtung auf das Innere des ersten Gehäuses, insbesondere im wesentlichen kugelförmig, gewölbt ist.It is of particular advantage in terms of flow technology if the front region of the first housing widens toward the middle region and / or if the rear region tapers toward the outlet, in particular in the form of a cone. In this context, it is also important in an optimized embodiment that the surface of the first structure, which faces the inlet, is curved in the direction of the interior of the first housing, in particular substantially spherical.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die erste, zweite, dritte und vierte Struktur jeweils unmittelbar aufeinander folgen. Alternativ kann vorgesehen sein, daß zwischen der ersten und zweiten Struktur ein erster Zwischenraum, zwischen benachbarten zweiten Strukturen ein zweiter Zwischenraum, zwischen der zweiten und dritten Struktur ein dritter Zwischenraum, zwischen benachbarten dritten Strukturen ein vierter Zwischenraum und/oder zwischen der dritten und vierten Struktur ein fünfter Zwischenraum vorliegt. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Strukturen dienen vorrangig als Expansi- ons- bzw. Verwirbelungsräume. In diesem Zusammenhang hat sich erwiesen, daß sich besonders zufriedenstellende Resultate dann einstellen, wenn ein fünfter Zwischenraum vorliegt. Dieser fünfte Zwischenraum ist insbesondere mindestens teilweise in dem sich verjüngenden Abschnitt des ersten Gehäuses, d.h. im Übergang vom mittleren zum hinteren Bereich des ersten Gehäuses angeordnet.
Dabei kann vorgesehen sein, daß die fünfte Struktur zwischen der ersten und der zweiten Struktur angebracht ist, insbesondere unmittelbar auf die erste Struktur folgt. Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen der ersten Struktur und der fünften Struktur und/oder zwischen der zweiten Struktur und der fünften Struktur ein Zwischenraum, beispielsweise über den gesamten Querschnitt der Vorrichtung, vorliegen. Alternativ können die erste und die fünfte Struktur auch als einheitlicher Körper, d.h. ohne Zwischenraum, vorliegen oder als separate Strukturen zwischenraumlos angeordnet sein.According to one embodiment of the device according to the invention, the first, second, third and fourth structures can each follow one another directly. Alternatively it can be provided that between the first and second structure, a first space, between adjacent second structures, a second space, between the second and third structure, a third space between adjacent third structures, a fourth space and / or between the third and fourth structure there is a fifth gap. The spaces between the individual structures serve primarily as expansion or swirling spaces. In this context, it has been found that particularly satisfactory results set when there is a fifth gap. This fifth gap is in particular at least partially disposed in the tapered portion of the first housing, ie in the transition from the middle to the rear of the first housing. It can be provided that the fifth structure is mounted between the first and the second structure, in particular directly follows the first structure. According to one embodiment, there may be a gap between the first structure and the fifth structure and / or between the second structure and the fifth structure, for example over the entire cross-section of the device. Alternatively, the first and fifth structures may also be in the form of a unitary body, ie without gap, or be arranged as separate structures without gaps.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die sechste Struktur in Richtung vom Einlaß zum Auslaß vor und/oder nach der vierten Struktur angeordnet ist.Further, the invention provides that the sixth structure is arranged in the direction from the inlet to the outlet before and / or after the fourth structure.
Erfindungsgemäß kommt ferner unter anderem in Betracht, daß zwischen der vierten und sechsten Struktur kein Zwischenraum vorliegt, insbesondere die vierte und die sechste Struktur eine einheitliche Struktur bilden.According to the invention, it is also possible, inter alia, for there to be no gap between the fourth and sixth structures, in particular the fourth and the sixth structure to form a uniform structure.
Von Vorteil ist ferner, daß mindestens zwischen zwei benachbarten, insbesondere zwischen sämtlichen benachbarten, Strukturen ein Zwischenraum vorliegt, insbesondere über die gesamte Querschnittsfläche benachbarter Strukturen.A further advantage is that at least between two adjacent, in particular between all adjacent structures, there is a gap, in particular over the entire cross-sectional area of adjacent structures.
Des weiteren kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, daß der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Strukturen, gemessen entlang der Längsachse in Richtung vom Einlaß zum Auslaß, im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere im Bereich von 10 mm bis 40 mm, liegt.Furthermore, according to a further embodiment it can be provided that the average distance between adjacent structures, measured along the longitudinal axis in the direction from the inlet to the outlet, in the range of 5 mm to 50 mm, in particular in the range of 10 mm to 40 mm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die durchschnittliche Breite der ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten Struktur im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere von 10 mm bis 40 mm, gemessen entlang der Längsachse in der Richtung vom Einlaß zum Auslaß.According to a further embodiment of the invention, the average width of the first and / or second and / or third and / or fourth and / or fifth and / or sixth structure in the range of 5 mm to 50 mm, in particular from 10 mm to 40 mm, measured along the longitudinal axis in the direction from the inlet to the outlet.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen zeichnen sich in einer zweckmäßigen Ausgestaltung auch dadurch aus, daß der Abstand vom Einlaß zu der ersten Struktur im Bereich von 20 mm bis
100 mm, insbesondere von 30 mm bis 80 mm, liegt und/oder daß der Abstand von der dem Auslaß (12) am nächsten liegenden Struktur zu dem Auslaß im Bereich von 20 mm bis 120 mm, insbesondere von 30 mm bis 90 mm, liegt.Devices of the invention are also distinguished in an advantageous embodiment in that the distance from the inlet to the first structure in the range of 20 mm to 100 mm, in particular from 30 mm to 80 mm, and / or that the distance from the outlet (12) nearest structure to the outlet in the range of 20 mm to 120 mm, in particular from 30 mm to 90 mm ,
Gemäß einer weiteren zwecksmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennlcraftmaschinen beträgt die durchschnittliche Breite der ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten Struktur etwa 25 mm bis 35 mm, vorzugsweise etwa 30 mm. In der Regel reicht es hierbei aus, wenn der durchschnittliche Abstand vom Einlaß zu der dem Einlaß am nächsten stehenden Struktur etwa 50 mm bis 70 mm, insbesondere etwa 60 mm, beträgt. Ferner kann in einer weiteren Ausfuhrungsform ein Abstand zwischen der dem Auslaß am nächsten stehenden Struktur und dem Auslaß von etwa 40 mm bis 90 mm, insbesondere von 50 mm bis 80 mm und besonders bevorzugt von 60 mm bis 70 mm gewählt werden.According to another exemplary embodiment of the device according to the invention for removing harmful components from exhaust gases of Brennlcraftmaschinen the average width of the first and / or second and / or third and / or fourth and / or fifth and / or sixth structure is about 25 mm to 35 mm , preferably about 30 mm. As a rule, it suffices here if the average distance from the inlet to the structure closest to the inlet is about 50 mm to 70 mm, in particular about 60 mm. Furthermore, in a further embodiment, a distance between the structure closest to the outlet and the outlet can be selected from about 40 mm to 90 mm, in particular from 50 mm to 80 mm and particularly preferably from 60 mm to 70 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausfiihrungsform verfugt die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen abschnittsweise über eine oval- oder ellipsenförmige Querschnittsstruktur. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform verfugt die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere über dem Bereich, in dem die vorangehend genannten Strukturen vorliegen, über eine Ausdehnung quer zur sich vom Einlaß zum Auslaß erstreckenden Längsachse dieser Vorrichtung im Bereich von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise von 150 mm bis 300 mm und besonders bevorzugt von 200 mm bis 250 mm und kann beispielsweise einen Wert von etwa 220 mm annehmen. Ist der Querschnitt der vorangehend beschriebenen Strukturen oval- oder elipsenförmig kann die Vorrichtung in Richtung der Längsachse eine Ausdehnung im Bereich von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise von 150 mm bis 300 mm und besonders bevorzugt von 200 mm bis 250 mm, beispielsweise etwa 220 mm und/oder die Querachse eine Ausdehnung im Bereich von 50 mm bis 300 mm, vorzugsweise von 70 mm bis 200 mm und besonders bevorzugt von 90 mm bis 150 mm, beispielsweise etwa 100 mm, annehmen.According to a preferred embodiment, the device according to the invention has, essentially in sections, an oval or elliptical cross-sectional structure. According to a preferred embodiment, the device according to the invention has, in particular over the region in which the structures mentioned above, an extension transverse to the longitudinal axis of this device extending from the inlet to the outlet in the range of 100 mm to 400 mm, preferably from 150 mm 300 mm and more preferably from 200 mm to 250 mm and may for example assume a value of about 220 mm. If the cross-section of the structures described above is oval or ellipse-shaped, the device can extend in the direction of the longitudinal axis in the range from 100 mm to 400 mm, preferably from 150 mm to 300 mm and more preferably from 200 mm to 250 mm, for example about 220 mm and / or the transverse axis has an extension in the range from 50 mm to 300 mm, preferably from 70 mm to 200 mm and particularly preferably from 90 mm to 150 mm, for example about 100 mm.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner ein zweites Gehäuse, insbesondere aus Metall, in dem das erste Gehäuse zumindest bereichsweise angeordnet ist.
Dabei kann vorgesehen sein, daß der Einlaß des ersten Gehäuses außerhalb und der Auslaß des ersten Gehäuses innerhalb des zweiten Gehäuses vorliegen.According to a further aspect of the present invention, the device according to the invention further comprises a second housing, in particular of metal, in which the first housing is arranged at least in regions. It can be provided that the inlet of the first housing outside and the outlet of the first housing are present within the second housing.
Zweckmäßigerweise sind die Innenwandung des zweiten Gehäuses und die Außenwandung des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise beabstandet.Advantageously, the inner wall of the second housing and the outer wall of the first housing are at least partially spaced.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß mindestens ein erstes Verbindungselement, insbesondere in Form eines, z.B. metallischen, Stützlagers, zwischen der Innenwandung des äußeren, zweiten Gehäuses und der Außenwandung des inneren, ersten Gehäuses vorliegt.It is preferably provided that at least a first connecting element, in particular in the form of, e.g. metallic, support bearing, between the inner wall of the outer, second housing and the outer wall of the inner, first housing is present.
Bevorzugt liegt zudem zwischen dem ersten Verbindungselement und der Außenwandung des ersten Gehäuses mindestens eine Lage enthaltend, insbesondere synthetische, Mineralfasern wie, insbesondere feuerfeste, Keramikfasern und/oder Glasfasern vor. Ferner kann auch direkt zwischen der Außenwandung des ersten Gehäuses und der Innenwandung des zweiten Gehäuses ein zweites Verbindungselement angebracht sein, umfassend mindestens eine Lage enthaltend, insbesondere synthetische, Mineralfasern wie, insbesondere feuerfeste, Keramikfasern und/oder Glasfasern.Preferably, at least one layer containing, in particular synthetic, mineral fibers such as, in particular refractory, ceramic fibers and / or glass fibers is present between the first connecting element and the outer wall of the first housing. Furthermore, a second connecting element can be attached directly between the outer wall of the first housing and the inner wall of the second housing, comprising at least one layer containing, in particular synthetic, mineral fibers such as, in particular refractory, ceramic fibers and / or glass fibers.
Bei der Lage, enthaltend Keramikfasern, kann es sich beispielsweise um eine gewebte Lage, eine Vlies- oder Filzlage, eine gegossene oder geformte Lage, eine Platte, ein Formteil oder ein Papier handeln. Keramikfasern im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen ebenfalls faserige Mineralwolle umfassen. Faserige Mineralwolle umfaßt wiederum faserige Glaswolle und faserige Steinwolle. Geeignete Keramikfasern sind auch unter der Fachbezeichnung Refracto- ry Ceramic Fibers (RCF) bekannt.The layer containing ceramic fibers may, for example, be a woven layer, a nonwoven or felt layer, a cast or formed layer, a plate, a molded article or a paper. Ceramic fibers in the context of the present invention should also comprise fibrous mineral wool. Fibrous mineral wool again comprises fibrous glass wool and fibrous rockwool. Suitable ceramic fibers are also known under the trade name Refractory Ceramic Fibers (RCF).
Besonders bevorzugt umfaßt die Lage, enthaltend Keramikfasern, zusätzlich Tonminerale, insbesondere Schichtsilikate. Unter den Schichtsilikaten sind beispielsweise geeignet Glimmer, Talkum, Serpentin sowie insbesondere Vermiculit. Die genannten Lagen können in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils zwischen 30 bis 70 Gew.% an Keramikfasern, insbesondere feuerfesten Keramikfasern, und Tonmineralen, insbesondere Vermiculit, enthalten. Solche Lagen haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die zusätzlich organische und/oder anorganische Bindemittel enthalten. Ein geeignetes Produkt ist beispielsweise im
Handel unter der Bezeichnung XPE ® Expanding mat von der Firma Unifrax GmbH, Düsseldorf, Deutschland, erhältlich. •Particularly preferably, the layer comprising ceramic fibers additionally comprises clay minerals, in particular phyllosilicates. Among the phyllosilicates, for example, mica, talc, serpentine and especially vermiculite are suitable. In a preferred embodiment, the said layers may each contain between 30 and 70% by weight of ceramic fibers, in particular refractory ceramic fibers, and clay minerals, in particular vermiculite. Such layers have proven to be particularly advantageous, which additionally contain organic and / or inorganic binders. A suitable product is for example in the Trade under the name XPE ® Expanding mat from the company Unifrax GmbH, Dusseldorf, Germany, available. •
Die vorangehend beschriebenen Verbindungselemente dämpfen Vibrationen und sonstige mechanische Beanspruchungen gut ab und tragen zu einem zuverlässigen Verbund zwischen erstem und zweitem Gehäuse bei. Selbstverständlich kann mindestens eine Lage, enthaltend Keramikfasern, wie vorangehend beschrieben, auch zwischen dem Verbindungselement und der Innenwandung des zweiten Gehäuses vorliegen bzw. angebracht sein.The connecting elements described above dampen vibrations and other mechanical stresses well and contribute to a reliable bond between the first and second housing. Of course, at least one layer containing ceramic fibers, as described above, also be present or attached between the connecting element and the inner wall of the second housing.
Eine Weiterentwicklung sieht dabei vor, daß vor dem Auslaß des zweiten Gehäuses mindestens eine Rückhaltevorrichtung, die den ungehinderten Austritt des von Schadstoffen befreiten Abgases verhindert, insbesondere eine Lochblende, angeordnet ist. Die Rückhaltevorrichtung weist vorzugsweise zumindest bereichsweise eine Graphitbeschichtung auf.A further development provides that before the outlet of the second housing at least one retaining device, which prevents the unimpeded outlet of the exhaust gas freed of pollutants, in particular a pinhole, is arranged. The retaining device preferably has a graphite coating at least in regions.
Vorteilhafterweise entspricht die gesamte Durchlaßfläche der Lochblende in etwa der Fläche des Einlasses des ersten Gehäuses, über den das zu reinigende Abgas in das Gehäuse eintritt.Advantageously, the entire passage area of the pinhole corresponds approximately to the area of the inlet of the first housing, via which the exhaust gas to be cleaned enters the housing.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Anlage in ein Abgasrück- führsystem (AGR) integriert. Dabei kann vorgesehen sein, daß auf den Auslaß folgend mindestens eine Rückführungsleitung zur Rückführung insbesondere eines Teils des gefilterten Abgases in den Motor vorliegt. Die Rückführungsleitung kann beispielsweise mit einem Lufteinlaßkanal für Frischluft über eine Ventilanordnung verbunden sein. Die gegebenenfalls über eine AGR-Regelanordnung eingestellte Mischung an rückgeführter und Frischluft kann sodann der Lufteinlaßöffnung eines Motors zugeführt werden.According to a further embodiment, the system according to the invention is integrated into an exhaust gas recirculation system (EGR). It can be provided that follows the outlet at least one return line for returning in particular a portion of the filtered exhaust gas into the engine. The return line may be connected, for example, to an air inlet duct for fresh air via a valve arrangement. The mixture of recirculated and fresh air optionally set via an EGR control arrangement can then be supplied to the air inlet opening of an engine.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfaßt die erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner mindestens eine Lambda-Sonde, mindestens einen ersten Temperatur- und/oder Drucksensor vor oder an dem Einlaß oder im vorderen Bereich des ersten Gehäuses und mindestens einen zweiten Temperatur- und/oder Drucksensor am oder außerhalb des Auslasses oder im hinteren Bereich des ersten oder zweiten Gehäuses.
Mit der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen von Neufalirzeugen können ohne weiteres die Grenzwerte für Kohlenmonoxid, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe + Stickoxide, und partikuläre Bestandteile gemäß der Euro 5 Norm eingehalten werden. Selbst bei einem Diesel-PKW-Altfahrzeug mit einer Laufleistung von etwa 240.000 km ließen sich mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die folgenden Meßwerte gemäß RL 70/220/EWG (Prüfzyklus MVEG) erzielen: HC 0,17 g/km, NOx 0,61 g/km, HC+NOx 0,78 g/km, CO 0,92 g/km, CO2 185,15 g/km und Partikel 0,035 g/km.According to an expedient embodiment, the device according to the invention further comprises at least one lambda probe, at least one first temperature and / or pressure sensor before or at the inlet or in the front region of the first housing and at least one second temperature and / or pressure sensor on or outside the Outlet or in the rear of the first or second housing. With the inventive device for the elimination of harmful components from exhaust gases of internal combustion engines of Neufalirzeugen the limits for carbon monoxide, nitrogen oxides, hydrocarbons + nitrogen oxides, and particulate constituents can be complied with according to the Euro 5 standard. Even with a diesel car end-of-life vehicle with a mileage of about 240,000 km, the following measured values according to RL 70/220 / EWG (test cycle MVEG) could be achieved with a device according to the invention: HC 0.17 g / km, NOx 0.61 g / km, HC + NOx 0.78 g / km, CO 0.92 g / km, CO 2 185.15 g / km and particles 0.035 g / km.
Der vorliegenden Erfindung lag die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß sich bei Verwirklichung der anspruchsgemäßen Merkmale Rußrückstände in der erfϊndungsgemäßen Abgasreinigungsanlage nicht mehr ansammeln. Vielmehr werden Rußpartikel fortwährend zu Kohlendioxid umgesetzt. Mithin gelingt eine kontinuierliche, aktive Regenerierung. Aufgrund der vollständigen und kontinuierlichen Beseitigung von Rußrückständen im Abgas stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung sicher, daß die Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß nie größer als 150 mbar und vorzugsweise nie größer als 100 mbar ist, wodurch eine negative Rückkopplung auf die Motorleistung ausgeschlossen werden kann. Beispielsweise kann mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen ohne weiteres eine Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß kleiner 60 mbar, beispielsweise 57 mbar, erreicht werden. Hierbei können die Volumendurchläufe ohne weiteres im Bereich von 10 bis 15 1/sec, beispielsweise bei etwa 12 1/sec liegen. Ein bei bekannten Partikelfiltern häufig auftretender, nachteiliger Druckaufbau findet mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht statt. Ein hierauf zurückgehender Kraftstoffmehrverbrauch wird somit ebenfalls ausgeschlossen. Hierzu trägt neben der spezifischen Anordnung der beschichteten Trägerstrukturen und den spezifischen Beschichtungsmateriali- en ebenfalls zu nicht geringen Anteilen die im vorderen Bereich der Anlage angebrachte „Po- renbrenner"-Struktur bei. Denn auf diese Weise kann eine laminare Strömung eingestellt und aufrechterhalten werden, ohne daß merkliche Querströmungen, welche erhebliche Konzentrationsschwankungen der abzubauenden Produkte mit sich bringen würden, auftreten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung überrascht weiter durch ihren konstruktiv sehr einfachen Aufbau, der sich ohne gravierende Veränderungen bei jedweder Verbrennungsmaschine, beispielsweise in die Abgasanlagen von Personen- und Lastkraftwagen, einsetzen läßt. Zudem wird eine sehr kompakte Gehäuseform ermöglicht, so daß die erfmdungsgemäße Vorrichtung in beliebigen Abgasanlagen integriert werden kann, ein Nachrüsten mithin völlig unproblematisch ist. Für die Eliminierung von Rußpartikeln ist ferner förderlich, daß sich mit der erfϊn-
dungsgemäßen Vorrichtung ein Temperaturprofil einstellen läßt, wonach die Temperatur im hinteren Bereich höher ist als im vorderen Bereich. Auch ist von Vorteil, daß die erfϊndungs- gemäße Vorrichtung nur sehr langsam altert mit der Folge, daß deren Lebensdauer der herkömmlicher Verbrennungsmaschinen mindestens entspricht und ein Auswechseln des erfin- dungsgemäßen Partikelfilters in der Regel nicht mehr erforderlich ist. Die Verwendung insbesondere eines Gehäuses bzw. einer Innenbeschichtung aus porösem Siliziumcarbid hat schließlich den Vorteil, daß dieses Material in der vorliegenden Anwendung einen geeigneten Wärmespeicher darstellt. Daher kann selbst bei Wechsellastbetrieb während einer Phase geringer Motorauslastung, und damit einhergehend einer niedrigen Abgastemperatur, zuvor gespeicherte Wärmeenergie den ersten bis sechsten Strukturen zugeführt werden, so daß noch stets eine passive Regenerierung der gefilterten Partikel oder sonstiger Rückstände kontinuierlich möglich ist.The present invention was based on the surprising finding that soot residues in the erfϊndungsgemäßen emission control system no longer accumulate in the realization of the claimed features. Rather, soot particles are constantly converted to carbon dioxide. Consequently, a continuous, active regeneration succeeds. Due to the complete and continuous removal of soot residues in the exhaust gas, the device according to the invention ensures that the pressure difference between inlet and outlet is never greater than 150 mbar and preferably never greater than 100 mbar, whereby a negative feedback on engine performance can be excluded. For example, with the devices according to the invention, a pressure difference between inlet and outlet of less than 60 mbar, for example 57 mbar, can easily be achieved. In this case, the volume passages can readily be in the range of 10 to 15 1 / sec, for example at about 12 1 / sec. An often occurring in known particulate filters, disadvantageous pressure build-up does not take place with the device according to the invention. A subsequent increase in fuel consumption is thus also excluded. In addition to the specific arrangement of the coated carrier structures and the specific coating materials, the "pore burner" structure attached to the front of the system also contributes to this, because in this way a laminar flow can be set and maintained without The device according to the invention is further surprised by its structurally very simple structure, which can be used without serious changes in any combustion engine, for example in the exhaust systems of passenger cars and trucks In addition, a very compact housing shape is made possible, so that the device according to the invention can be integrated in any exhaust systems, retrofitting is therefore completely unproblematic, for the elimination of soot particles that it is compatible with the acquired To the device according to the invention can set a temperature profile, after which the temperature in the rear area is higher than in the front area. It is also advantageous that the device according to the invention ages only very slowly, with the result that its service life corresponds at least to that of conventional internal combustion engines and replacement of the particulate filter according to the invention is generally no longer necessary. The use in particular of a housing or an inner coating of porous silicon carbide finally has the advantage that this material represents a suitable heat storage in the present application. Therefore, even with alternating load operation during a phase of low engine load, and concomitantly a low exhaust gas temperature, previously stored heat energy can be supplied to the first to sixth structures, so that passive regeneration of the filtered particles or other residues is always possible.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachgehenden Beschreibung, in der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand schemati- scher Zeichnung erläutert sind.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description, are explained in the preferred embodiments of the invention by way of example with reference to schematic drawing.
Dabei zeigen:Showing:
Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a device according to the invention;
Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung;Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an alternative embodiment of the inventive device;
Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, undFigure 3 is a schematic cross-sectional view of another alternative embodiment of the device according to the invention, and
Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Beseitigung von Schadstoffen aus Abgasen von Brennlcraftmaschinen, umfassend ein Gehäuse 2 mit einem vorderen, mittleren und hinteren Bereich 4, 6 und 8. Im vorderen Bereich 4 ist der Einlaß 10 und im hinteren Bereich 8 der Auslaß 12 angeordnet. Auf den Einlaß 10 folgt im vorderen Bereich 4 des Gehäuses 2 eine erste Struktur 14 aus einem Material, wie es üblicherweise bei Porenbrennern zum Einsatz kommt. Der sich an den Einlaß 10 anschließende Eingangsbereich 16 ist selber frei von der Porenbrennerstruktur 14. Vielmehr umschließt die dem Einlaß 10 zugewandte Oberfläche 18 der Porenbrennerstruktur 14 den Eingangsbereich 16 in etwa halbkugelförmig. Die erste Struktur 14 liegt hauptsächlich im vorderen Bereich 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vor und deckt den gesamten Innenquerschnitt des Gehäuses 2 ab. Im Übergangsbereich zwischen vorderem und mittlerem Bereich 4, 6 weitet sich der Gehäusedurchmesser merklich auf. Die Porenbrennerstruktur 14 stellt eine möglichst laminare Strömung des in die Vorrichtung 1 eintretenden Abgases sicher und eliminiert Querströmungen, weshalb sich an den Innenwandungen 24 des Gehäuses 1 Rußpartikel nicht mehr anlagern. Auch wird eine gleichbleibende Verteilung der Schadstoffe in dem Abgasstrom sichergestellt. An die Porenbrennerstruktur 14 schließt sich, getrennt durch einen ersten Zwischenraum 22, eine zweite Struktur 20 an, umfassend eine sich über den gesamten Querschnitt des mittleren Bereichs 6 des Gehäuses 2 erstreckenden Metallschaum, der mit Kaliumvanadat beschichtet ist. Auf die zweite Struktur 20 folgt, getrennt durch den zweiten Zwischenraum 26, eine weitere zweite Struktur 20', die in Aufbau und Beschichtung im wesentlichen mit der zweiten Struktur 20 übereinstimmt, d.h. hierbei handelt es sich ebenfalls um einen mit Kaliumvanadat beschichteten Metallschaum, der sich über die gesamte Querschnittsfläche des mittleren Bereichs 6 der Vorrichtung 1 erstreckt. Die zweiten Strukturen 20 und 20' dienen im wesentlichen dazu im Abgas enthaltene Stickoxide mittels Reduktion in unschädliche Komponenten zu überführen. Der mittlere Bereich 6 wird im wesentlichen abgeschlossen durch eine dritte Struktur 28, basierend auf einem Metallschaum, der mit einem Palladium/Silber-Katalysator beschichtet ist und zur Oxidation von Kohlenmonoxid sowie Kohlenwasserstoffen dient. Die dritte Struktur 28 erstreckt sich wiederum über die gesamte Querschnittsfläche des Gehäuses 2 und ist von der zweiten Struktur 20' durch einen dritten Zwischenraum 30 getrennt, so daß im wesentlichen kein direkter Kontakt gegeben ist. Im hinteren Bereich 8 des Gehäuses 2 ist eine vierte Struktur 32, wiederum auf der Basis eines Metallschaums, angebracht, die sich über die gesamte Querschnittsfläche des hinteren Bereichs erstreckt und mit einem Gemisch aus Aluminiumoxid und Ceroxid beschichtet ist. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist die vierte Struktur 32 von der dritten Struktur 28 durch einen vierten Zwischenraum 34 getrennt.
Die Innenwandung 24 des Gehäuses 2 verfugt in der dargestellten Ausführungsform über eine Siliziumcarbidbeschichtung.Figure 4 is a schematic cross-sectional view of another alternative embodiment of the device according to the invention. 1 shows a device 1 according to the invention for the removal of pollutants from exhaust gases of Brennlcraftmaschinen comprising a housing 2 with a front, middle and rear region 4, 6 and 8. In the front region 4 of the inlet 10 and in the rear region 8 of the outlet 12th arranged. On the inlet 10 follows in the front region 4 of the housing 2, a first structure 14 made of a material, as is commonly used in pore burners. The adjoining the inlet 10 input area 16 is itself free of the pore burner structure 14. Rather, the inlet 10 facing surface 18 of the pore burner structure 14 surrounds the input portion 16 in approximately hemispherical. The first structure 14 is present mainly in the front region 4 of the device 1 according to the invention and covers the entire inner cross section of the housing 2. In the transition region between the front and middle region 4, 6, the housing diameter widens noticeably. The pore burner structure 14 ensures as laminar a flow as possible of the exhaust gas entering the device 1 and eliminates transverse flows, so that soot particles no longer accumulate on the inner walls 24 of the housing 1. Also, a consistent distribution of pollutants in the exhaust stream is ensured. Connected to the pore burner structure 14, separated by a first gap 22, is a second structure 20, comprising a metal foam, which is coated with potassium vanadate and extends over the entire cross section of the middle region 6 of the housing 2. The second structure 20 is followed, separated by the second gap 26, by a further second structure 20 ', which in construction and coating substantially coincides with the second structure 20, ie, this is likewise a potassium vanadate-coated metal foam which forms extends over the entire cross-sectional area of the central region 6 of the device 1. The second structures 20 and 20 'serve essentially to transfer nitrogen oxides contained in the exhaust gas by means of reduction into harmless components. The central region 6 is substantially closed by a third structure 28 based on a metal foam coated with a palladium / silver catalyst and used for the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons. The third structure 28 again extends over the entire cross-sectional area of the housing 2 and is separated from the second structure 20 'by a third gap 30 so that there is substantially no direct contact. In the rear region 8 of the housing 2, a fourth structure 32, again based on a metal foam, is applied, which extends over the entire cross-sectional area of the rear region and is coated with a mixture of aluminum oxide and cerium oxide. In the illustrated embodiment, the fourth structure 32 is separated from the third structure 28 by a fourth gap 34. The inner wall 24 of the housing 2 has, in the illustrated embodiment, a silicon carbide coating.
Figur 2 ist eine Weiterentwicklung der in Figur 1 beschriebenen Abgasreinigungsanlage 1 zu entnehmen. Bei dieser Ausfuhrungsform 1' wird die Anlage 1, wie unter Figur 1 abgebildet und wie vorangehend beschrieben, von einem weiteren, zweiten Gehäuse 50 ummantelt. Dieses zweite Gehäuse 50 ist im vorderen Bereich 4 mit dem ersten Gehäuse 2 verbunden. Ansonsten liegt die Vorrichtung 1 im wesentlichen kontaktfrei in dem zweiten Gehäuse 50 vor. Demgemäß liegt zwischen der Außenwand des ersten Gehäuses 2 und der Innenwand 52 des äußeren, zweiten Gehäuses 50 mindestens ein fünfter Zwischenraum 54 vor. Selbstverständlich kann die Vorrichtung 1 in dem äußeren Gehäuse 50 an ein oder mehreren Punkten, beispielsweise im mittleren oder vorzugsweise hinteren Bereich 8 an der Innenwandung 52 abgestützt werden. Das äußere Gehäuse 50 verfügt über einen Auslaß 56, der im wesentlichen vor dem Auslaß 12 der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Zwischen dem Auslaß 12 und dem Auslaß 56 ist eine Lochblende 58 angebracht. Das aus dem Auslaß 12 austretende gereinigte Abgas wird demzufolge über die Lochblende 58 an einem freien Austritt gehindert und in Abhängigkeit von der Größe der Austrittsfläche zumindest teilweise in dem vor dem Auslaß 12 liegenden Bereich 60 in Richtung auf den zwischen der Anlage 1 und der Innenwandung 52 des äußeren, zweiten Gehäuses 50 liegenden Raum 54 umgelenkt. Auf diese Weise kann die Temperatur des austretenden, gereinigten Abgases genutzt werden, um eine konstant hohe Arbeitstemperatur der Abgasreinigungsanlage 1 sicherzustellen.FIG. 2 shows a further development of the exhaust gas purification system 1 described in FIG. In this embodiment 1 ', the system 1, as shown in Figure 1 and as described above, surrounded by another, second housing 50. This second housing 50 is connected to the first housing 2 in the front region 4. Otherwise, the device 1 is substantially free of contact in the second housing 50 before. Accordingly, there is at least a fifth gap 54 between the outer wall of the first housing 2 and the inner wall 52 of the outer second housing 50. Of course, the device 1 can be supported in the outer housing 50 at one or more points, for example in the middle or preferably rear area 8 on the inner wall 52. The outer housing 50 has an outlet 56, which is arranged substantially in front of the outlet 12 of the device 1. Between the outlet 12 and the outlet 56, a pinhole 58 is attached. The exiting from the outlet 12 purified exhaust gas is thus prevented via the aperture 58 at a free outlet and depending on the size of the exit surface at least partially in the lying in front of the outlet 12 area 60 in the direction of the between the system 1 and the inner wall 52nd the outer, second housing 50 lying space 54 is deflected. In this way, the temperature of the exiting, purified exhaust gas can be used to ensure a constantly high operating temperature of the exhaust gas purification system 1.
Aus Figur 3 geht eine weiter Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hervor, bei der es sich im wesentlichen um eine Weiterentwicklung der in Figur 2 wiedergegebenen Anlage 1 ' handelt. Die Abgasreinigungsanlage 1 ist wiederum in ein äußeres Gehäuse 50 eingebettet. Im vorderen Bereich 4 befindet sich die erste Struktur 14 aus einem Porenbrenner- material. Hieran schließt sich nun unmittelbar eine zweite Struktur 20, wie zu Figur 1 beschrieben, unter Weglassung des ersten Zwischenraums an. Ein Zwischenraum 26 liegt dann zwischen der zweiten und dritten Struktur 20, 28 vor. Auch die dritte Struktur 28 entspricht hier der unter Figur 1 beschriebenen Variante. Unmittelbar an die dritte Struktur 28, wiederum unter Weglassung eines Zwischenraums, schließt sich die vierte Struktur 32 an, bei der es sich um einen mit Aluminiumoxid und Ceroxid beschichteten Metallschaum handelt. Während die zweite und die dritte Struktur 20, 28 im mittleren Bereich 6 der Vorrichtung 1 vorlie-
gen, füllt die vierte Struktur 32 im wesentlichen den hinteren Bereich 8 der Vorrichtung 1 vollständig aus. Zwischen der Innenwandung 52 des äußeren, zweiten Gehäuses 50 und der Wandung 2 des ersten Gehäuses 2 der Vorrichtung 1 liegt ein Zwischenraum 54 zur Aufnahme von aus dem Auslaß 12 austretenden Abgasen vor. Die Vorrichtung 1 befindet sich im vorliegenden Fall zur besseren Lagerung im mittleren und hinteren Bereich 6 bzw. 8 in Kontakt mit der Innenwandung 52 des äußeren Gehäuses 50, und zwar über entsprechende Verbindungselemente bzw. Stützlager 62, 62' und 64, 64', beispielsweise aus Metall. Zwischen dem Stützlager 62, 62"und der Außenwandung des ersten Gehäuses 2 liegt insbesondere zum Zweck der besseren und leichteren Anbindung sowie zu Dämpfungszwecken eine Faserlage 90, enthaltend Keramikfasern und gegebenenfalls ein Bindemittel, vor. Im vorderen Bereich 2 in der Nähe des Einlasses 10 fungiert eine Faserlage, enthaltend Keramikfasern und gegebenenfalls ein Bindemittel, als zweites Verbindungselement 88 zwischen erstem und zweitem Gehäuse (2, 50). Auf den Auslaß 12 der Vorrichtung 1 folgend ist in dem zweiten Gehäuse 50 eine Lochblende 58' angebracht, die sich über die gesamte Querschnittsfläche im hinteren Bereich des Gehäuses erstreckt.FIG. 3 shows a further embodiment of a device according to the invention, which is essentially a further development of the system 1 'shown in FIG. The emission control system 1 is in turn embedded in an outer housing 50. In the front region 4, the first structure 14 is made of a pore burner material. This is immediately followed by a second structure 20, as described for FIG. 1, omitting the first intermediate space. A gap 26 is then present between the second and third structures 20, 28. The third structure 28 here corresponds to the variant described under FIG. Immediately adjacent to the third structure 28, again omitting a gap, is the fourth structure 32, which is a metal oxide coated with alumina and ceria. While the second and the third structure 20, 28 in the central region 6 of the device 1 present gen, the fourth structure 32 substantially completely fills the rear area 8 of the device 1. Between the inner wall 52 of the outer, second housing 50 and the wall 2 of the first housing 2 of the device 1, there is a gap 54 for receiving exiting from the outlet 12 exhaust gases. The device 1 is in the present case for better storage in the middle and rear regions 6 and 8 in contact with the inner wall 52 of the outer housing 50, via corresponding connecting elements or support bearings 62, 62 'and 64, 64', for example made of metal. Between the support bearing 62, 62 "and the outer wall of the first housing 2, in particular for the purpose of better and easier connection and damping purposes, there is a fiber layer 90 containing ceramic fibers and optionally a binder a fiber layer containing ceramic fibers and optionally a binder, as a second connecting element 88 between the first and second housings (2, 50) Following the outlet 12 of the device 1 in the second housing 50, a pinhole 58 'is mounted over the entire Cross-sectional area extends in the rear region of the housing.
Figur 4 zeigt eine Weiterentwicklung der in Figur 1 wiedergegebenen Vorrichtung 1. Diese Weiterentwicklung ist im Bereich des Einlasses 10 sowie des Auslasses 12 mit Temperatur- und Drucksensoren 80 bzw. 82 ausgestattet. Zusätzlich liegt vor dem Einlaß 10 eine Lambda- sonde 84 vor, mit der der Sauerstoffgehalt des eintretenden Abgases bestimmt werden kann. Die mit diesen Sensoren aufgenommenen Werte werden an eine Auswerteeinheit 86 weitergeleitet und zum Beispiel für eine optimierte Betriebsweise des Verbrennungsmotors verwendet.FIG. 4 shows a further development of the device 1 shown in FIG. 1. This further development is equipped with temperature and pressure sensors 80 and 82 in the region of the inlet 10 and of the outlet 12. In addition, upstream of the inlet 10 there is a lambda probe 84, with which the oxygen content of the incoming exhaust gas can be determined. The values recorded with these sensors are forwarded to an evaluation unit 86 and used, for example, for optimized operation of the internal combustion engine.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
BezugszeichenlisteThe features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential in any combination for the realization of the invention in its various embodiments. LIST OF REFERENCE NUMBERS
, T Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von, T Device for removing harmful components from exhaust gases of
Brennlcraftmaschinen erstes Gehäuse vorderer Bereich des ersten Gehäuses mittlerer Bereich des ersten Gehäuses hinterer Bereich des ersten Gehäuses 0 Einlaß des ersten Gehäuses 2 Auslaß des ersten Gehäuses 4 erste Struktur 6 Abschnitt, der im vorderen Bereich 4 frei von der ersten Struktur 14 ist 8 vordere Oberfläche der ersten Struktur 14 0, 20Λ zweite Struktur 2 erster Zwischenraum 4 Innenwandung des ersten Gehäuses 2 6 zweiter Zwischenraum 8 dritte Struktur 0 dritter Zwischenraum vierte Struktur fünfter Zwischenraum 0 zweites Gehäuse Innenwandung des zweiten Gehäuses sechster Zwischenraum 6 Auslaß des zweiten Gehäuses 8, 58" Rückhaltevorrichtung Bereich zwischen Auslaß 12 und Rückhaltevorrichtung 58 , 62' hintere Stützlager (erstes Verbindungselement) , 64' mittlere Stützlager (erstes Verbindungselement) Temperatursensoren Drucksensoren Lambda-Sonde Auswerteeinheit zweites Verbindungselement
90 Faserlage, enthaltend Keramikfasern
Brennlcraftmaschinen first housing front portion of the first housing middle portion of the first housing rear portion of the first housing 0 inlet of the first housing 2 outlet of the first housing 4 first structure 6 section which is free from the first structure 14 in the front region 4 8 front surface of first structure 14 0, 20 Λ second structure 2 first interspace 4 inner wall of the first housing 2 6 second interspace 8 third structure 0 third interspace fourth structure fifth interspace 0 second housing inner wall of the second housing sixth interspace 6 outlet of the second housing 8, 58 "retention device Area between outlet 12 and retaining device 58, 62 'rear support bearing (first connecting element), 64' middle support bearing (first connecting element) temperature sensors pressure sensors Lambda probe evaluation unit second connecting element 90 fiber layer containing ceramic fibers
Claims
1. Vorrichtung (1) zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen, insbesondere Ruß, aus Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, umfassend ein erstes Gehäuse (2), geeignet zum Durchleiten von Abgasen, mit mindestens einem Einlaß (10) und mindestens einem Auslaß (12) und enthaltend einen vorderen, mittleren und hinteren Bereich (4, 6, 8), wobei mindestens ein Einlaß (10) im vorderen Bereich (4) und mindestens ein Auslaß (12) im hinteren Bereich (8) vorliegt, wobei im vorderen Bereich (4) mindestens eine erste Struktur (14), enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, den Querschnitt des ersten Gehäuses (2) zumindest bereichs weise abdeckt, worauf in dem Gehäuse (2) in beliebiger Reihenfolge folgen: mindestens eine zweite, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise abdeckende Struktur (20), enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens ein erstes Metalloxid enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, mindestens eine dritte, den Querschnitt des ersten Gehäuses (2) zumindest bereichs weise abdeckende Struktur (28), enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens einen Katalysator zur Umsetzung bzw. Zersetzung von Schadstoffen enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, und mindestens eine vierte, den Querschnitt des ersten Gehäuses (2) zumindest bereichsweise abdeckende Struktur (32), enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens ein zweites Metalloxid enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, wobei das erste Gehäuse (2) zumindest abschnittsweise und/oder die Innenwandung (24) des Gehäuses (2) zumindest bereichsweise aus, insbesondere porösem, Aluminiumoxid, Mullit, Cordierit, Siliziumnitrid, Tialit, Steatit, Zirkon, Zirkondioxid und/oder Siliziumcarbid ist oder mit, insbesondere porösem, Aluminiumoxid, Mullit, Cordierit, Siliziumnitrid, Tialit, Steatit, Zirkon, Zirkondioxid und/oder Siliziumcarbid beschichtet ist.Device (1) for removing harmful components, in particular soot, from exhaust gases of internal combustion engines, in particular of diesel engines, comprising a first housing (2), suitable for passing exhaust gases, with at least one inlet (10) and at least one outlet ( 12) and comprising a front, middle and rear region (4, 6, 8), wherein at least one inlet (10) in the front region (4) and at least one outlet (12) in the rear region (8) is present, wherein in the front Area (4) at least a first structure (14) containing a plurality of contiguous cavities, the cross-section of the first housing (2) at least partially covers, whereupon in the housing (2) follow in any order: at least a second, the cross section at least partially covering the structure of the first housing (20), comprising a plurality of contiguous cavities, which contains at least one first metal oxide and / or with this zuminde St is partially coated, at least a third, the cross section of the first housing (2) at least partially covering structure (28) containing a plurality of contiguous cavities containing at least one catalyst for the reaction or decomposition of pollutants and / or with this at least partially coated, and at least a fourth, the cross section of the first housing (2) at least partially covering structure (32) containing a plurality of contiguous cavities containing at least one second metal oxide and / or at least partially coated therewith the first housing (2) is at least partially and / or the inner wall (24) of the housing (2) at least partially made of, in particular porous, alumina, mullite, cordierite, silicon nitride, tialite, steatite, zirconium, zirconium dioxide and / or silicon carbide or with , in particular porous, alumina, mullite, cordierite, silicon nitride, tialite, steat it is zirconium, zirconium dioxide and / or silicon carbide coated.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Gehäuse (2) in Richtung von dem Einlaß (10) zu dem Auslaß (12), in dieser Reihenfolge, mindestens eine erste (14), mindestens eine zweite (20), mindestens eine dritte (28) und mindestens eine vierte (32) Struktur vorliegen. 2. Device (1) according to claim 1, characterized in that in the first housing (2) in the direction from the inlet (10) to the outlet (12), in this order, at least one first (14), at least one second (20), at least a third (28) and at least a fourth (32) structure.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Gehäuse (2) zumindest abschnittsweise und/oder die Innenwandung (24) des Gehäuses (2) zumindest bereichsweise aus, insbesondere porösem, Siliziumcarbid ist oder mit, insbesondere porösem, Siliziumcarbid beschichtet ist.3. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the first housing (2) at least in sections and / or the inner wall (24) of the housing (2) at least partially made of, in particular porous, silicon carbide or with, in particular porous, silicon carbide is coated.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß, die Innenwandung (24) des ersten Gehäuses (2) zu mehr als 50 %, insbesondere im wesentlichen vollständig, aus porösem Silizumcarbid ist oder mit porösem Siliziumcarbid beschichtet ist.4. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that, the inner wall (24) of the first housing (2) to more than 50%, in particular substantially completely, of porous silicon carbide or is coated with porous silicon carbide.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumcarbid kohlenstoffaserverstärktes Siliziumcarbid (C/SiC) umfaßt.5. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the silicon carbide comprises carbon fiber reinforced silicon carbide (C / SiC).
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliziumcarbid Zusätze an anorganischen Bindemitteln, insbesondere Ton, Zirkonsilicat, Zirkondioxid und/oder Aluminiumoxid, und/oder organischen Bindemitteln, insbesondere Ruß, umfaßt.6. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the silicon carbide additives to inorganic binders, in particular clay, zirconium silicate, zirconium dioxide and / or alumina, and / or organic binders, in particular carbon black comprises.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine fünfte, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die Platin und/oder Rhodium enthält und/oder mit Platin und/oder Rhodium zumindest partiell beschichtet ist.7. Device (1) according to one of the preceding claims, further comprising at least a fifth, the cross-section of the first housing at least partially covering structure containing a plurality of contiguous cavities containing platinum and / or rhodium and / or with platinum and / or Rhodium is at least partially coated.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine sechste, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens einen SCR-Katalysator enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist.8. Device (1) according to one of the preceding claims, further comprising at least a sixth, the cross-section of the first housing at least partially covering structure containing a plurality of contiguous cavities containing at least one SCR catalyst and / or coated at least partially is.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und/oder sechste Struktur (14, 20, 28, 32) eine offenporige bzw. -zellige Schaumkeramik, einen offenporigen bzw. -zelligen Metall- schaum, einen offenporigen bzw. -zelligen Metallschwamm, einen hitzebeständigen offenporigen bzw. -zelligen Schaumkunststoff, ein Drahtgeflecht und/oder gesintertes Schüttgut umfaßt.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the first, second, third, fourth, fifth and / or sixth structure (14, 20, 28, 32) a open-cell or cellular foam ceramic, an open-pore or cellular metal foam, an open-pore or cellular metal sponge, a heat-resistant, open-pore or cellular foam plastic, a wire mesh and / or sintered bulk material.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Struktur (14) zumindest partiell mit Aluminiumoxid und/oder Titanoxid beschichtet ist.10. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first structure (14) is coated at least partially with aluminum oxide and / or titanium oxide.
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Struktur (20) als erstes Metalloxid mindestens ein Vanadat, insbesondere Kalium- und/oder Silbervanadat, enthält und/oder mit mindestens einem Vanadat, insbesondere Kalium- und/oder Silbervanadat, beschichtet ist.11. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second structure (20) as the first metal oxide at least one vanadate, in particular potassium and / or silver vanadate, and / or with at least one vanadate, in particular potassium and / or silver vanadate, coated.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Struktur (20) neben dem ersten Metalloxid mindestens ein Metallnitrat und/oder mindestens eine Wasserglasverbindung aufweist.12. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the second structure (20) in addition to the first metal oxide at least one metal nitrate and / or at least one water glass compound.
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Struktur (28) einen Palladium/Silber-Katalysator enthält und/oder mit einem Palladium/Silber-Katalysator beschichtet ist.13. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the third structure (28) contains a palladium / silver catalyst and / or coated with a palladium / silver catalyst.
14. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator der dritten Struktur (28) Eisen, Nickel, Eisenoxid und/oder Nickeloxid enthält und/oder mit Eisen, Nickel, Eisenoxid und/oder Nickeloxid beschichtet ist.14. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst of the third structure (28) contains iron, nickel, iron oxide and / or nickel oxide and / or coated with iron, nickel, iron oxide and / or nickel oxide.
15. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Struktur (32) Aluminiumoxid, Ceroxid und/oder Zeolithe enthält und/oder mit Aluminiumoxid, Ceroxid und/oder Zeolithen beschichtet ist.15. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fourth structure (32) contains alumina, ceria and / or zeolites and / or is coated with alumina, ceria and / or zeolites.
16. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Bereich (4) des ersten Gehäuses (2) sich zum mittleren Bereich (6) hin erweitert und/oder daß der hintere Bereich (8) sich zum Auslaß (12) hin, insbesondere konusförmig, verjüngt.16. Device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the front region (4) of the first housing (2) widens towards the central region (6) and / or that the rear region (8) extends to the outlet (12), in particular conical, tapered.
17. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (18) der ersten Struktur (14), die dem Einlaß (10) zugewandt ist, in Richtung auf das Innere des ersten Gehäuses (2), insbesondere im wesentlichen kugelförmig, gewölbt ist.17. Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the surface (18) of the first structure (14) which faces the inlet (10), in the direction of the interior of the first housing (2), in particular is substantially spherical, curved.
18. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein zweites Gehäuse (50), insbesondere aus Metall, in dem das erste Gehäuse (2) zumindest bereichsweise, insbesondere mit einer umlaufenden Anbindung im vorderen oder mittleren Bereich (4, 6), angeordnet ist.18. Device (V) according to one of the preceding claims, further comprising a second housing (50), in particular of metal, in which the first housing (2) at least partially, in particular with a peripheral connection in the front or middle region (4, 6 ) is arranged.
19. Vorrichtung (V) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (10) des ersten Gehäuses (2) außerhalb und der Auslaß (12) des ersten Gehäuses (2) innerhalb des zweiten Gehäuses (50') vorliegen.19. Device (V) according to claim 18, characterized in that the inlet (10) of the first housing (2) outside and the outlet (12) of the first housing (2) within the second housing (50 ') are present.
20. Vorrichtung (1Λ) nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung (52) des zweiten Gehäuses (50) und die Außenwandung des ersten Gehäuses (2) zumindest bereichsweise beabstandet sind.20. Device (1 Λ ) according to claim 18 or 19, characterized in that the inner wall (52) of the second housing (50) and the outer wall of the first housing (2) are at least partially spaced.
21. Vorrichtung (lΛ)nach einem der Ansprüche 18 bis 20, ferner umfassend mindestens ein erstes Verbindungselement (62, 62", 64, 64"), insbesondere in Form eines Stützlagers, zwischen der Innenwandung (52) des äußeren, zweiten Gehäuses (50) und der Außenwandung des inneren, ersten Gehäuses (2). 21. Device (l Λ ) according to any one of claims 18 to 20, further comprising at least a first connecting element (62, 62 ", 64, 64"), in particular in the form of a support bearing, between the inner wall (52) of the outer second housing (50) and the outer wall of the inner, first housing (2).
22. Vorrichtung (V) nach Anspruch 21, ferner umfassend zwischen dem ersten Verbindungselement (62, 62\ 64, 64') und der Außenwandung des ersten Gehäuses (2) mindestens eine Lage, enthaltend Mineralfasern, insbesondere Glas- und/oder Keramikfasern, und/oder zwischen dem ersten Verbindungselement (62, 62', 64, 64') und der Innenwandung (52) des zweiten Gehäuses (50) mindestens eine Lage, enthaltend Mineralfasern, insbesondere Glas- und/oder Keramikfasern, und/oder mindestens ein zweites Verbindungselement zwischen der Außenwandung des ersten Gehäuses und der Innenwandung des zweiten Gehäuses, umfassend mindestens eine Lage, enthaltend Mineralfasern, insbesondere Glas- und/oder Keramikfasern.22. Device (V) according to claim 21, further comprising between the first connecting element (62, 62 \ 64, 64 ') and the outer wall of the first housing (2) at least one layer containing mineral fibers, in particular glass and / or ceramic fibers, and / or between the first connecting element (62, 62 ', 64, 64') and the inner wall (52) of the second housing (50) at least one layer containing mineral fibers, in particular glass and / or ceramic fibers, and / or at least one second connecting element between the outer wall of the first housing and the inner wall of the second housing, comprising at least one layer containing mineral fibers, in particular glass and / or ceramic fibers.
23. Vorrichtung (1") nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage, enthaltend Keramikfasern, zusätzlich mindestens ein Tonmineral, insbesondere Schichtsilikate, und/oder mindestens ein organisches und/oder anorganisches Bindemittel aufweist.23. Device (1 '') according to claim 22, characterized in that the layer containing ceramic fibers, additionally at least one clay mineral, in particular phyllosilicates, and / or at least one organic and / or inorganic binder.
24. Vorrichtung (V) nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auslaß (56) des zweiten Gehäuses (50) mindestens eine Rückhaltevorrichtung (58), die den ungehinderten Austritt des von Schadstoffen befreiten Abgases verhindert, insbesondere eine Lochblende, angeordnet ist.24. Device (V) according to any one of claims 18 to 23, characterized in that in front of the outlet (56) of the second housing (50) at least one retaining device (58), which prevents the unimpeded discharge of the exhaust gas freed of pollutants, in particular a Aperture plate, is arranged.
25. Vorrichtung (V) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückhaltevorrichtung (58) zumindest bereichs weise eine Graphitbeschichtung aufweist.25. Device (V) according to claim 24, characterized in that the retaining device (58) at least region-wise comprises a graphite coating.
26. Vorrichtung (1, V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine Lambda-Sonde (84), mindestens einen ersten Temperatur- (80) und/oder Drucksensor (82) vor oder an dem Einlaß oder im vorderen Bereich des ersten Gehäuses und mindestens einen zweiten Temperatur- (80) und/oder Drucksensor (82) am oder außerhalb des Auslasses (12) oder im hinteren Bereich des ersten oder zweiten Gehäuses (2, 50).26. Device (1, V) according to one of the preceding claims, further comprising at least one lambda probe (84), at least one first temperature (80) and / or pressure sensor (82) before or at the inlet or in the front region of the first housing and at least one second temperature (80) and / or pressure sensor (82) on or outside the outlet (12) or in the rear region of the first or second housing (2, 50).
27. Vorrichtung (1, V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend mindestens zwei, insbesondere aufeinander folgende, zweite Strukturen (20, 20'). 27. Device (1, V) according to one of the preceding claims, comprising at least two, in particular successive, second structures (20, 20 ').
28. Vorrichtung (1, V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten und zweiten Struktur (14, 20) ein erster Zwischenraum (22), zwischen benachbarten zweiten Strukturen (20, 20Λ) ein zweiter Zwischenraum (26), zwischen der zweiten und dritten Struktur (20, 20\ 28) ein dritter Zwischenraum (30), zwischen benachbarten dritten Strukturen (20, 20', 28) ein vierter Zwischenraum und/oder zwischen der dritten und vierten Struktur (28, 32) ein fünfter Zwischenraum (34) vorliegt.28. Device (1, V) according to one of the preceding claims, characterized in that between the first and second structure (14, 20) a first intermediate space (22), between adjacent second structures (20, 20 Λ ) a second space ( 26), between the second and third structures (20, 20 \ 28) a third gap (30), between adjacent third structures (20, 20 ', 28) a fourth gap and / or between the third and fourth structures (28, 32) there is a fifth intermediate space (34).
29. Vorrichtung (1, V) nach einem der Ansprüche 7 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Struktur zwischen der ersten und der zweiten Struktur angebracht ist, insbesondere unmittelbar auf die erste Struktur folgt.29. Device (1, V) according to any one of claims 7 to 28, characterized in that the fifth structure is mounted between the first and the second structure, in particular directly follows the first structure.
30. Vorrichtung (1, V) nach einem der Ansprüche 8 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die sechste Struktur in Richtung vom Einlaß zum Auslaß vor und/oder nach der vierten Struktur angeordnet ist.30. Device (1, V) according to any one of claims 8 to 29, characterized in that the sixth structure is arranged in the direction from the inlet to the outlet before and / or after the fourth structure.
31. Vorrichtung (1, V) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der vierten und sechsten Struktur kein Zwischenraum vorliegt, insbesondere die vierte und die sechste Struktur eine einheitliche Struktur bilden.31. Device (1, V) according to claim 30, characterized in that there is no gap between the fourth and sixth structure, in particular the fourth and the sixth structure form a unitary structure.
32. Vorrichtung (1, V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischen zwei benachbarten, insbesondere zwischen sämtlichen benachbarten, Strukturen ein Zwischenraum vorliegt, insbesondere über die gesamte Querschnittsfläche benachbarter Strukturen.32. Device (1, V) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least between two adjacent, in particular between all adjacent structures, there is a gap, in particular over the entire cross-sectional area of adjacent structures.
33. Vorrichtung (1, V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Strukturen, gemessen entlang der Längsachse in Richtung vom Einlaß zum Auslaß, im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere im Bereich von 10 mm bis 40 mm, liegt. 33. Device (1, V) according to one of the preceding claims, characterized in that the average distance between adjacent structures, measured along the longitudinal axis in the direction from the inlet to the outlet, in the range of 5 mm to 50 mm, in particular in the range of 10th mm to 40 mm.
34. Vorrichtung (1, V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittliche Breite der ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten Struktur im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere von 10 mm bis 40 mm, gemessen entlang der Längsachse in der Richtung vom Einlaß zum Auslaß, liegt.34. Device (1, V) according to one of the preceding claims, characterized in that the average width of the first and / or second and / or third and / or fourth and / or fifth and / or sixth structure in the range of 5 mm to 50 mm, in particular from 10 mm to 40 mm, measured along the longitudinal axis in the direction from the inlet to the outlet, is located.
35. Vorrichtung (1, V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand vom Einlaß (10) zu der ersten Struktur im Bereich von 20 mm bis 100 mm, insbesondere von 30 mm bis 80 mm, liegt und/oder daß der Abstand von der dem Auslaß (12) am nächsten liegenden Struktur zu dem Auslaß (12) im Bereich von 20 mm bis 120 mm, insbesondere von 30 mm bis 90 mm, liegt.35. Device (1, V) according to any one of the preceding claims, characterized in that the distance from the inlet (10) to the first structure in the range of 20 mm to 100 mm, in particular from 30 mm to 80 mm, is located and / or the distance from the structure closest to the outlet (12) to the outlet (12) is in the range from 20 mm to 120 mm, in particular from 30 mm to 90 mm.
36. Vorrichtung (1, 1 ') nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend auf den Auslaß (12) folgend mindestens eine Rückführungsleitung zur Rückführung, insbesondere eines Teils, des gefilterten Abgases in den Motor.36. The device (1, 1 ') according to one of the preceding claims, further comprising on the outlet (12) following at least one return line for returning, in particular a part, of the filtered exhaust gas into the engine.
37. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche für die Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmaschinen von Schiffen, Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, stationären Verbrennungsaggregaten, und Traktoren. 37. Use of the device according to one of the preceding claims for the purification of exhaust gases of internal combustion engines of ships, passenger cars, trucks, stationary combustion units, and tractors.
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