EP2122132A1 - Dieselpartikelfilter-bauteil - Google Patents

Dieselpartikelfilter-bauteil

Info

Publication number
EP2122132A1
EP2122132A1 EP08734606A EP08734606A EP2122132A1 EP 2122132 A1 EP2122132 A1 EP 2122132A1 EP 08734606 A EP08734606 A EP 08734606A EP 08734606 A EP08734606 A EP 08734606A EP 2122132 A1 EP2122132 A1 EP 2122132A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
filter
channel walls
exhaust
diesel particulate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08734606A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Timo Walz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Publication of EP2122132A1 publication Critical patent/EP2122132A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs

Definitions

  • diesel particulate filters are used for the aftertreatment of the exhaust gases from the combustion process, in which depending on the operating condition of the diesel engine in the exhaust gases contained soot particles are retained.
  • soot particles increases the flow resistance of the diesel particulate filter and thereby the gas pressure against which the exhaust gases (combustion gases) flow out of the engine, which, inter alia, has a negative effect on fuel consumption. Therefore, such a diesel particulate filter must be regenerated at irregular intervals, the length of which in a vehicle diesel engine depends on driving behavior, whereby the soot particles retained in the filter are burned, ie the carbon is oxidized to CO 2 .
  • this known device is thus a diesel particulate filter component with a flowing through diesel engine exhaust ceramic molded body in which channel walls limited exhaust channels are formed and which has a filter section and upstream of the filter section an oxidation catalyst section, said two sections an elongated monolithic ceramic body having an exhaust inlet end and an exhaust outlet end, the oxidation catalyst in the longitudinal direction of the ceramic body extending, open at their ends Abgas thoroughlyströmkanäle and the filter portion extending in the longitudinal direction of the ceramic body channel walls with defined filter openings and adjacent exhaust ducts alternately in the region of one or in the region of the other channel end occlusive closures, the channel walls of the filter section at least partially with a Reduzie tion of the combustion temperature of the filter particles retained by the filter soot-causing first catalyst substance and the channel walls of the oxidation catalyst section are at least partially provided with a oxidation of hydrocarbons causing second catalyst substance.
  • the present invention relates to a diesel particulate filter component of this type.
  • the length of the Oxidationskatalysa- torabitess is only a fraction of the length of the filter section (measured in the flow direction of the exhaust gases or in the longitudinal direction of the ceramic body), the shape and size of the cross section of the same exhaust gas flow channels of the oxidation catalyst section is the same shape and size the likewise mutually identical exhaust passages of the filter section, and the number of Abgas josströmkanäle the Oxidationskataly- satorabitess is substantially smaller than the number of exhaust passages of the filter section.
  • every second exhaust passage of the filter section is closed by a closure in the form of a separate plug or that the channel walls of the respective exhaust duct in a longitudinal section through the ceramic body in the manner of a gable roof obliquely to each other and are connected.
  • the other exhaust passages of the filter section are closed at the upstream end of the filter section by gable-roof type shutters formed by the channel walls.
  • the sum of the channel wall surfaces formed by the channel walls of the oxidation catalyst section is greater than the sum of the channel wall surfaces formed by the channel walls of the filter section.
  • the sum of the channel wall surfaces formed by the channel walls of the oxidation catalyst section divided by the length of the oxidation catalyst section should be greater than the sum of the channel wall surfaces formed by the channel walls of the filter section divided by the length of the filter section.
  • a diesel particulate filter component according to the invention is in a regeneration of the diesel particulate filter, that is, the filter section, in the oxidation catalyst section a much larger Designkanalwand Structure, that is a much larger catalytically active area for the combustion (oxidation) of the hydrocarbons contained in the exhaust stream of the engine in the regeneration Available as in the resulting from EP-A 371 826-B device, so that the hydrocarbons can not only be completely burned, but the temperature of the inflowing into the filter section exhaust gases much higher and therefore the burning of retained in the filter section soot particles more efficient and is more complete than in the known device, so that the time duration of a regeneration process can be shortened.
  • the basic principle of the solution according to the invention can be realized by an appropriate choice of the length of the oxidation catalyst section and / or by a suitable different design of the cross-sectional shape of the Abgas thoroughlyströmkanäle compared to the cross-sectional shape of the exhaust ducts of the filter section, alternatively or additionally in that the number of exhaust gas flow passages of the oxidation catalytic converter section is selected to be greater than the number of exhaust passages of the filter section - in this connection
  • the typical wall thickness is the channel walls of the oxidation catalytic converter section, but possibly also of the filter section , a few tenths of mm, in particular about 0.3 mm, and in the case of square-section exhaust ducts, the filter section typically has 40 to 50, in particular approximately 45, channels per cm 2 of the cross-sectional area of the filter section, while the oxidation catalytic converter section has far more ducts, typically approximately 200 channels per cm 2 of the cross-sectional
  • the number of exhaust gas flow passages of the oxidation catalytic converter section can be considerably increased compared with the number of exhaust passages of the filter section, for the same outer dimensions of the cross section of the oxidation catalytic converter section and the cross section of the filter section such that the sum of the channel wall areas of the oxidation catalyst section, even without an increase in the length of the oxidation catalyst section, is much greater than the sum of the channel wall surfaces of the oxidation catalyst section of the known device resulting from EP-I 371 826-B.
  • a diesel particulate filter component according to the present invention is characterized in that the number of exhaust gas flow passages of the oxidation catalyst section divided by the cross-sectional area of the oxidation catalyst section is greater than the number of exhaust passages of the filter section divided by the cross-sectional area of the filter section.
  • the filter effect is achieved by defined filter openings in the channel walls or by pores of defined size of these channel walls of the ceramic shaped body, and the first catalyst substance can be provided on the channel walls and / or on the walls of the filter openings.
  • the closures of the exhaust ducts of the filter section are in particular integrally formed on the channel walls of the filter section and preferably have approximately the same wall thickness as these channel walls.
  • the exhaust ducts of the monolithic ceramic body preferably run exactly in the longitudinal direction of the ceramic body, although in principle a slightly oblique course would be possible.
  • all regions of the monolithic ceramic body optionally with the exception of an outer shell, have the same porosity, because then despite the porosity of the channel walls of Abgas slideströmkanäle the Oxidationskatalysatorabitess in the exhaust gases flow substantially only along its Abgas matströmkanäle because this in succession their open inflow and outflow do not have any significant flow resistance of the Oxidationskatalysator- section result.
  • the channel walls of the Abgas thoroughlykanäle the oxidation catalyst section may also be gas-tight or have a smaller porosity than the channel walls of the filter section, without such a smaller porosity would result in that a significant proportion of the inflowing into the oxidation catalyst section exhaust gases flows through the channel walls of the oxidation catalyst section.
  • An inventive diesel particulate filter component with integrated oxidation catalyst section has the following advantages: Neither two separate ceramic moldings for the actual diesel particulate filter and an upstream oxidation catalyst must be prepared, nor it requires the handling of two such ceramic moldings; Since in a diesel particulate filter component according to the invention only a single monolithic ceramic body has to be installed in a housing of an exhaust system, an optimum for the flow of the exhaust system positioning of the channels of the actual filter and the oxidation catalyst results by itself; the pressure losses in the exhaust gas line of an engine caused by the actual filter and the oxidation catalytic converter are reduced since the generation of unnecessary turbulence in the exhaust gas flow can be avoided; because of the use of a single monolithic ceramic body for the actual filter and the heating of the exhaust gases serving oxidation catalyst in the latter heated exhaust gases enter without significant loss of temperature in the actual filter, whereby the efficiency of combustion of the retained particulate matter in the filter is improved, and because of To avoid a significant such temperature loss, the length of the actual filter (measured
  • the present invention makes it possible to minimize the structural length of the oxidation catalyst portion and thus the overall length of the entire diesel particulate filter component, since the catalytic effect of the oxidation catalyst portion per unit length of the oxidation catalyst portion is a much better than in the known combination of a diesel particulate filter with an oxidation catalyst.
  • the sum of the cross-sectional areas of its exhaust gas flow passages is approximately the same as at the exhaust gas inlet end of the ceramic body the sum of the cross-sectional areas of the exhaust ducts of the filter section at its upstream end, since then the component is flowed through optimally.
  • the ratio of the two aforementioned cross-sectional area sums can be in the range between 0.8 and 1.2, even if a ratio of about 1 is preferable.
  • channel walls of the oxidation catalytic converter section are connected to channel walls and / or closures of the exhaust ducts of the filter section, in particular in one piece by molding the mentioned elements together.
  • the oxidation catalyst section primarily serves to heat the exhaust gases by oxidation of unburned hydrocarbons, it may also be used for the oxidation of carbon monoxide contained in the untreated exhaust gases to carbon dioxide, since it is only necessary to compose the second catalyst substance used in the oxidation catalyst section so that it can can fulfill both tasks.
  • At least some of the exhaust gas flow passages of the oxidation catalytic converter section can be provided with turbulence elements in the exhaust gas flow generating flow disturbing elements on at least part of their channel walls; these can in principle be any type of macroscopic unevenness of the channel walls, that is, for example, depressions in the channel wall surfaces, since the wall thicknesses of the channel walls are small, and in particular in the range between about 0.15 to 0.35 mm, embodiments are preferred in which the channel walls are not weakened by the Strömungsstörimplantation, but the latter project into the Abgas thoroughlyströmjanäle and manufacturing reasons as in particular with the channel walls integral ceramic elements are formed, ie already formed in the manufacture of the monolithic ceramic body together with the channel walls , A method which enables this cost-effectively will be described below.
  • the shaped body is usually produced from a ceramic mass which can be solidified by drying and sintering in an extrusion or continuous casting process.
  • a manufacturing method as such only allows the production of channels, all of which are open at both ends and have the same cross-section everywhere.
  • a method for manufacturing a diesel particulate filter device wherein a blank of the monolithic ceramic body to be sintered is built up in layers through layers transverse to the longitudinal direction of the channels, which are not all the same a part of these layers z.
  • B. participates in the formation of the closures of the filter section exhaust channels and optionally the mentioned flow disturbing elements.
  • Such a method is characterized in that a blank to be sintered of monolithic ceramic body is constructed by successive layers in the longitudinal direction by repeated succession of the following steps:
  • Such layers, and even layers of different shapes, can be produced in a particularly simple manner by screen printing.
  • the blank is then sintered.
  • Moldable ceramic masses which at least do not appreciably change their dimensions during solidification and sintering of the blank are available on the market.
  • B. a circular, rectangular or square shape with a correspondingly shaped outer wall 12.
  • the ceramic body 10 has on the input side an oxidation catalyst section 14, to which a filter section 16 connects in the flow direction.
  • Abgas gutströmkanäle 18 are formed, which are bounded by porous or gas-impermeable channel walls 18a and the gas-impermeable outer wall 12 and on their surfaces (except the outside of the outer wall 12) are coated with a catalyst substance, which could not be shown in the drawing Such coatings are extremely thin.
  • the exhaust gas flow channels 18 are open both on the inlet and on the outlet side and in particular have all the same, constant cross-section along the exhaust gas flow channels, which can in principle have any cross-sectional shape, but preferably the cross section is square, rectangular or circular.
  • the catalyst substance used in the oxidation catalyst section 14 is the second catalyst substance as defined in the appended claims and typically contains a noble metal such as platinum or palladium as catalytically active ingredients, but optionally also an oxide or rare earth oxides such as Ce.
  • a noble metal such as platinum or palladium as catalytically active ingredients
  • an oxide or rare earth oxides such as Ce.
  • exhaust channels 20 and 22 are formed, which are closed at one end of each channel by a closure 20a and 22a, and indeed the exhaust channels 20 are all open upstream and downstream, the exhaust channels 22 are closed upstream and downstream open, and located in the ceramic body 10 (viewed in a section perpendicular to the flow direction) each exhaust passage 20 between the exhaust passages 22 and each exhaust passage 22 between exhaust channels 20.
  • the inside of the outer wall 12 and the surfaces of the channel walls 24 and / or the walls of their filter openings are also coated with a catalyst substance, namely the first catalyst substance in the sense of the appended claims, which could not be represented graphically as the very small filter openings in the Channel walls 24.
  • the first catalyst substance may contain as catalytically active components typically a noble metal, such as platinum.
  • the number of Abgas thoroughlykanäle 18 is substantially greater than the number of exhaust passages 20 and 22; Furthermore, the closures 22a of the channel walls 24 of the filter section 16 are connected to channel walls 18a of the oxidation catalytic converter section 14, in particular in one piece, which can easily be achieved with the described production method.
  • closures 20a and 22a can be porous or gas-tight - especially in the last-mentioned case, the flow profile of the exhaust gases indicated in the drawing by the arrows in the filter section 16.
  • the channel diameter is typically about 1.5 mm or less
  • the wall thickness of the channel walls 18a and 24, optionally also the wall thickness of the outer wall 12 is preferably in the range between about 0.15 mm and about 0.35 mm and is in particular about 0.25 mm.
  • the layers typically have a thickness of about 40 ⁇ m.
  • the inventive diesel particulate filter component according to the drawing from the inflowing exhaust gases containing unburned hydrocarbons and optionally carbon monoxide and other aufoxidierbare constituents are in the oxidation catalyst section 14 in engine-dependent time intervals to temperatures of more than 600 0 C, in particular to temperatures between about 650 and about 800 0 C, heated, due to the then taking place in the oxidation catalyst section 14 combustion of the hydrocarbons and optionally the oxidation of other exhaust gas constituents.
  • the exhaust gases flow into the exhaust passages 20 of the filter section 16, traversing the porous passage walls 24, filtering out particulate matter from the exhaust flows and retaining them in the passage walls, and then leaving the filter section 16 via the open downstream ends of the exhaust passages 22.
  • the wall thickness of the channel walls in the filter section and the wall thickness of the channel walls in the oxidation catalyst section may be approximately the same, but also different, and the same applies to the cross-sectional shapes of the exhaust channels of the oxidation catalyst section and the filter section.
  • one and the same ceramic base material is used for the ceramic body comprising the oxidation catalyst section and the filter section, which contains in particular silicon carbide as the ceramic substance.
  • the oxidation catalyst section For the oxidation catalyst section, however, a ceramic substance of a different grain size can be used than for the filter section, so that the sintered ceramic body has a different porosity in one section than in the other section - while in the filter section a high open porosity and small pores result in effective filtration with low back pressure, these parameters have little effect on the performance of the oxidation catalyst section;
  • the sum of the catalytically active surfaces should be as large as possible, which can also be achieved with a low porosity of the channel walls and a different particle size distribution than in the filter section.

Abstract

Dieselpartikelfilter-Bauteil (10) mit einem keramischen Formkörper, in welchem von Kanalwänden begrenzte Abgaskanäle ausgebildet sind und welcher einen Filterabschnitt (16) sowie stromaufwärts des Filterabschnitts einen Oxidationskatalysatorabschnitt (14) aufweist, wobei der Oxidationskatalysatorabschnitt an ihren Enden offene Abgasdurchströmkanäle (18) und der Filterabschnitt Kanalwände (24) mit definierten Filteröffnungen sowie einander benachbarte Abgaskanäle abwechselnd im Bereich des einen bzw. im Bereich des anderen Kanalendes verschließende Verschlüsse (20a, 22a) aufweist, die Kanalwände des Filterabschnitts mindestens bereichsweise mit einer eine Reduzierung der Verbrennungstemperatur der vom Filter zurückgehaltenen Dieselrußpartikel bewirkenden ersten Katalysatorsubstanz und die Kanalwände des Oxidationskatalysatorabschnitts mindestens bereichsweise mit einer eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen bewirkenden zweiten Katalysatorsubstanz versehen sind; zur Verbesserung der Effizienz des Oxidationskatalysatorabschnitts ist der Keramikkörper so gestaltet, dass pro Längeneinheit des Keramikkörpers die von den Kanalwänden des Oxidationskatalysatorabschnitts gebildete Kanalwandfläche größer ist als die von den Kanalwänden des Filterabschnitts gebildete Kanalwandfläche.

Description

Dieselpartikelfilter-Bauteil
Bei modernen Diesel-Hubkolbenmotoren werden zur Nachbehandlung der Abgase aus dem Verbrennungsprozess sogenannte Dieselpartikelfilter eingesetzt, in denen in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Dieselmotors in dessen Abgasen enthaltene Rußpartikel zurückgehalten werden. Durch diese im Filter zurückgehaltenen Rußpartikel steigt der Strömungswiderstand des Dieselpartikelfilters und dadurch der Gasdruck, gegen den die Abgase (Verbrennungsgase) aus dem Motor abströmen, was sich unter anderem negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt. Deshalb muss ein solches Dieselpartikelfilter in unregelmäßigen Zeitabständen, deren Länge bei einem Fahrzeug-Dieselmotor vom Fahrverhalten abhängt, regeneriert werden, wobei die im Filter zurückgehaltenen Rußpartikel verbrannt werden, d. h. der Kohlenstoff zu CO2 oxidiert wird. Da bei modernen Dieselmotor-Fahrzeugen diese Regeneration des Die- selpartikelfiiters durch den Anstieg des vom Filter hervorgerufenen Abgasgegendrucks auf einen zugelassenen Maximalwert ausgelöst wird, kann eine Filterregeneration beispielsweise unter Volllast oder im Teillastbereich des Motors erfolgen, d. h. im gesamten sogenannten Kennfeldbereich der Motorsteuerung.
Bei den modernen Dieselmotor-Fahrzeugen werden bei der Regeneration des Dieselpartikelfilters die in diesem zurückgehaltenen Rußpartikel primär dadurch verbrannt, dass die Temperatur der in das Dieselpartikelfilter einströmenden Abgase angehoben wird. Eine effiziente Verbrennung der Rußpartikel ohne dass den Abgasen stromaufwärts des Dieselpartikelfilters Additive, wie Harnsäure, zugesetzt werden, erfordert Abgastemperaturen von mehr als 6000C; diese werden üblicherweise durch Eingriffe in die Motorsteuerung erreicht, nämlich durch Eingriffe wie Drosselung der dem Motor zugeführten Luft, mehrfache Brennstoff-Einspritzung pro Verbrennungszyklus eines Zylinders und/oder zeitliche Verzögerung des Einspritz-Zeitpunkts - alle diese Maßnahmen haben zur Folge, dass ein Teil des in die Zylinder eingespritzten Brennstoffs nur unvollständig verbrannt wird und deshalb unverbrannte Kohlenwasserstoffe in den Abgasstrom des Motors gelangen. Diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden dann gezielt in einem Oxidationskataly- sator verbrannt, welcher als gesondertes Bauteil im Abgasstrang des Motors stromaufwärts des Dieselpartikelfilters angeordnet ist und durch den infolge der Verbrennung dieser Kohlenwasserstoffe die Abgastemperatur vor dem Dieselpartikelfilter auf eine für einen effizienten Abbrand der Rußpartikel im Dieselpartikelfilter hinreichende Temperatur angehoben wird.
Aus der EP-B-I 371 826 ist aber auch schon ein Dieselpartikelfilter-Bauteil bekannt geworden, welches stromaufwärts eines Filterabschnitts einen Oxidationskatalysatorabschnitt aufweist, wobei diese beiden Abschnitte einen gemeinsamen, länglichen und einstückigen Keramikkörper aufweisen.
Bei dieser bekannten Vorrichtung handelt es sich also um ein Dieselpartikelfilter-Bauteil mit einem von Dieselmotor-Abgasen zu durchströmenden keramischen Formkörper, in welchem von Kanalwänden begrenzte Abgaskanäle ausgebildet sind und welcher einen Filterabschnitt sowie stromaufwärts des Filterabschnitts einen Oxidationskatalysatorabschnitt aufweist, wobei diese beiden Abschnitte einen länglichen monolithischen Keramikkörper mit einem Abgas-Einlassende und einem Abgas-Auslassende bilden, der Oxidationskatalysatorabschnitt sich in Längsrichtung des Keramikkörpers erstreckende, an ihren Enden offene Abgasdurchströmkanäle und der Filterabschnitt sich in Längsrichtung des Keramikkörpers erstreckende Kanalwände mit definierten Filteröffnungen sowie einander benachbarte Abgaskanäle abwechselnd im Bereich des einen bzw. im Bereich des anderen Kanalendes verschließende Verschlüsse aufweist, die Kanalwände des Filterabschnitts mindestens bereichsweise mit einer eine Reduzierung der Verbrennungstemperatur der vom Filter zurückgehaltenen Dieselrußpartikel bewirkenden ersten Katalysatorsubstanz und die Kanalwände des Oxidationskatalysatorabschnitts mindestens bereichsweise mit einer eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen bewirkenden zweiten Katalysatorsubstanz versehen sind. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dieselpartikelfilter-Bauteil dieser Gattung.
Bei dieser bekannten Vorrichtung beträgt die Länge des Oxidationskatalysa- torabschnitts nur einen Bruchteil der Länge des Filterabschnitts (in Durchströmrichtung der Abgase bzw. in Längsrichtung des Keramikkörpers gemessen), die Form und Größe des Querschnitts der untereinander gleichen Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts ist gleich der Form und Größe der gleichfalls untereinander gleichen Abgaskanäle des Filterabschnitts, und die Anzahl der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskataly- satorabschnitts ist wesentlich kleiner als die Anzahl der Abgaskanäle des Filterabschnitts. Am Abgas-Auslassende des Keramikkörpers ist jeder zweite Abgaskanal des Filterabschnitts mittels eines Verschlusses in Form eines separaten Stopfens oder dadurch verschlossen, dass die Kanalwände des betreffenden Abgaskanals in einem Längsschnitt durch den Keramikkörper nach Art eines Giebeldaches schräg aufeinander zu verlaufen und miteinander verbunden sind. Die anderen Abgaskanäle des Filterabschnitts sind am anströmseitigen Ende des Filterabschnitts durch von den Kanalwänden gebildete Giebeldach-artige Verschlüsse verschlossen. Bei der Herstellung dieser bekannten Vorrichtung werden Rohlinge des Oxidationskatalysatorabschnitts und des Filterabschnitts aus einer durch Sintern verfestigbaren keramischen Masse im Extrusionsverfahren erzeugt, wobei diese Rohlinge beidseitig offene Abgaskanäle mit parallel zueinander verlaufenden Kanalwänden aufweisen; sodann werden die Abgaskanäle des Filterabschnitts abwechselnd am anströmseitigen und am abströmseitigen Ende des Filterabschnitts so verformt, dass sich die Giebeldach-artigen Verschlüsse ergeben, worauf die Rohlinge des Oxidationskatalysatorabschnitts und des Filterabschnitts mit ihren Stirnseiten gegeneinander angepresst und so miteinander verbunden werden, dass sich ein einstückiger Formkörper ergibt, welcher schließlich durch Sintern verfestigt wird. Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Dieselpartikelfilter-Bauteil der in Rede stehenden Gattung mit einem Oxidationskatalysatorabschnitt und einem Filterabschnitt hinsichtlich seiner Effizienz bei der Verbrennung der vom Filterabschnitt zurückgehaltenen Rußpartikel zu verbessern.
Diese Aufgabe lässt sich erfindungsgemäß dadurch lösen, dass pro Längeneinheit (zum Beispiel mm oder cm) des Keramikkörpers die Summe der von den Kanalwänden des Oxidationskatalysatorabschnitts gebildeten Kanalwandflächen größer ist als die Summe der von den Kanalwänden des Filterabschnitts gebildeten Kanalwandflächen. Anders ausgedrückt soll die Summe der von den Kanalwänden des Oxidationskatalysatorabschnitts gebildeten Kanalwandflächen, dividiert durch die Länge des Oxidationskatalysatorabschnitts, größer sein als die Summe der von den Kanalwänden des Filterabschnitts gebildeten Kanalwandflächen dividiert durch die Länge des Filterabschnitts.
Bei einem erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteil steht bei einer Regeneration des Dieselpartikelfilters, das heißt des Filterabschnitts, im Oxidationskatalysatorabschnitt eine wesentlich größere Gesamtkanalwandfläche, das heißt eine wesentlich größere katalytisch wirksame Fläche für die Verbrennung (Oxidation) der bei der Regeneration im Abgasstrom des Motors enthaltenen Kohlenwasserstoffe zur Verfügung als bei der sich aus der EP-I 371 826-B ergebenden Vorrichtung, so dass die Kohlenwasserstoffe nicht nur vollständig verbrannt werden können, sondern die Temperatur der in den Filterabschnitt einströmenden Abgase deutlich höher und deshalb der Abbrand der im Filterabschnitt zurückgehaltenen Rußpartikel effizienter und vollständiger ist als bei der bekannten Vorrichtung, so dass die zeitliche Dauer eines Regenerationsvorgangs verkürzt werden kann.
Das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Lösung kann durch eine entsprechende Wahl der Länge des Oxidationskatalysatorabschnitts und/oder durch eine geeignete andere Gestaltung der Querschnittsform der Abgasdurchströmkanäle im Vergleich zur Querschnittsform der Abgaskanäle des Filterabschnitts verwirklicht werden, alternativ oder zusätzlich aber auch dadurch, dass man die Anzahl der Abgasdurchströmkanäle des Oxidations- katalysatorabschnitts größer wählt als die Anzahl der Abgaskanäle des Filterabschnitts - in diesem Zusammenhang sei auf Folgendes hingewiesen: Bei einem erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteil beträgt die typische Wandstärke der Kanalwände des Oxidationskatalysatorabschnitts, gegebenenfalls aber auch des Filterabschnitts, einige Zehntel mm, insbesondere ungefähr 0,3 mm, und bei Abgaskanälen mit quadratischem Querschnitt weist der Filterabschnitt typischerweise 40 bis 50, insbesondere ungefähr 45 Kanäle pro cm2 der Querschnittsfläche des Filterabschnitts auf, während der Oxidationskatalysatorabschnitt weit mehr Kanäle besitzt, nämlich typischerweise ungefähr 200 Kanäle je cm2 der Querschnittsfläche des Oxidationskatalysatorabschnitts. In Folge der geringen Wandstärke der Kanalwände lässt sich infolgedessen bei einem erfindungsgemäßen Dieselpartikel- filter-Bauteil die Anzahl der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysa- torabschnitts gegenüber der Anzahl der Abgaskanäle des Filterabschnitts beträchtlich erhöhen, und zwar bei gleichen Außenabmessungen des Querschnitts des Oxidationskatalysatorabschnitts und des Querschnitts des Filterabschnitts, so dass die Summe der Kanalwandflächen des Oxidations- katalysatorabschnitts auch ohne eine Vergrößerung der Länge des Oxidations- katalysatorabschnitts sehr viel größer ist als die Summe der Kanalwandflächen des Oxidationskatalysatorabschnitts der sich aus der EP-I 371 826-B ergebenden bekannten Vorrichtung.
Unabhängig von der Größe der Querschnitte des Oxidationskatalysator- abschnitts und des Filterabschnitts zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Dieselpartikelfilter-Bauteil insbesondere dadurch aus, dass die Anzahl der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts dividiert durch die Querschnittsfläche des Oxidationskatalysatorabschnitts größer ist als die Anzahl der Abgaskanäle des Filterabschnitts dividiert durch die Querschnittsfläche des Filterabschnitts. Zur Klarstellung sei noch erwähnt, dass wenn vorstehend von an ihren Enden offenen Abgasdurchströmkanälen des Oxidationskatalysatorabschnitts die Rede ist, hierunter insbesondere zu verstehen ist, dass alle Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts an ihren beiden Enden offen sind.
Bei dem Filterabschnitt des erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteils wird der Filtereffekt durch definierte Filteröffnungen in den Kanalwänden bzw. durch Poren definierter Größe dieser Kanalwände des keramischen Formkörpers erzielt, und die erste Katalysatorsubstanz kann auf den Kanalwänden und/oder auf den Wänden der Filteröffnungen vorgesehen sein.
Die Verschlüsse der Abgaskanäle des Filterabschnitts sind insbesondere einstückig an die Kanalwände des Filterabschnitts angeformt und besitzen vorzugsweise ungefähr dieselbe Wandstärke wie diese Kanalwände.
Die Abgaskanäle des monolithischen Keramikkörpers verlaufen vorzugsweise exakt in Längsrichtung des Keramikkörpers, obwohl grundsätzlich auch ein leicht schräger Verlauf möglich wäre.
Bei einem erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteil können alle Bereiche des monolithischen Keramikkörpers, gegebenenfalls mit Ausnahme eines Außenmantels, dieselbe Porosität aufweisen, weil dann trotz der Porosität der Kanalwände der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts in diesem die Abgase im Wesentlichen nur entlang seiner Abgasdurchströmkanäle strömen, weil diese in Folge ihrer offenen Einström- und Ausströmenden keinen nennenswerten Strömungswiderstand des Oxidationskatalysator- abschnitts zur Folge haben. Die Kanalwände der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts können aber auch gasdicht sein oder eine kleinere Porosität aufweisen als die Kanalwände des Filterabschnitts, ohne dass eine solche kleinere Porosität zur Folge hätte, dass ein nennenswerter Anteil der in den Oxidationskatalysatorabschnitt einströmenden Abgase die Kanalwände des Oxidationskatalysatorabschnitts durchströmt. Ein erfindungsgemäßes Dieselpartikelfilter-Bauteil mit integriertem Oxidations- katalysatorabschnitt weist die folgenden Vorteile auf: Weder müssen zwei separate keramische Formkörper für das eigentliche Dieselpartikelfilter und einen vorgeschalteten Oxidationskatalysator hergestellt werden, noch bedarf es der Handhabung zweier solcher keramischen Formkörper; da bei einem erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteil nur ein einziger monolithischer Keramikkörper in ein Gehäuse einer Abgasanlage eingebaut werden muss, ergibt sich eine für die Durchströmung der Abgasanlage optimale Positionierung der Kanäle des eigentlichen Filters und des Oxidationskatalysators relativ zueinander von selbst; die durch das eigentliche Filter und den Oxidationskatalysator hervorgerufenen Druckverluste im Abgasstrang eines Motors werden reduziert, da sich die Erzeugung von für die Funktion unnötigen Turbulenzen in der Abgasströmung vermeiden lässt; wegen der Verwendung eines einzigen monolithischen Keramikkörpers für das eigentliche Filter und den der Erhitzung der Abgase dienenden Oxidationskatalysator treten die in Letzterem erhitzten Abgase ohne nennenswerten Temperaturverlust in das eigentliche Filter ein, wodurch die Effizienz der Verbrennung der im Filter zurückgehaltenen Rußpartikel verbessert wird, und wegen der Vermeidung eines nennenswerten solchen Temperaturverlusts kann die (in Strömungsrichtung der Abgase gemessene) Länge des eigentlichen Filters und/oder die Länge des Oxidationskatalysators verhältnismäßig kurz sein, wodurch sich die erforderlichen Mengen der teuren Katalysatorsubstanzen verringern lassen. Vor allem aber ermöglicht es die vorliegende Erfindung, die Baulänge des Oxidationskatalysatorabschnitts und damit die Baulänge des gesamten Dieselpartikelfilter-Bauteils zu minimieren, da die katalytische Wirkung des Oxidationskatalysatorabschnitts je Längeneinheit des Oxidationskatalysator- abschnitts eine sehr viel bessere ist als bei der bekannten Kombination eines Dieselpartikelfilters mit einem Oxidationskatalysator.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteils ist am Abgas-Einlassende des Keramikkörpers die Summe der Querschnittsflächen seiner Abgasdurchströmkanäle ungefähr gleich groß wie die Summe der Querschnittsflächen der Abgaskanäle des Filterabschnitts an dessen anströmseitigen Ende, da dann das Bauteil optimal durchströmt wird. Dabei kann das Verhältnis der beiden vorgenannten Querschnittsflächensummen im Bereich zwischen 0,8 und 1,2 liegen, auch wenn ein Verhältnis von ungefähr 1 zu bevorzugen ist.
Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität des monolithischen Keramikkörpers sind bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteils Kanalwände des Oxidationskatalysatorabschnitts mit Kanalwänden und/oder Verschlüssen der Abgaskanäle des Filterabschnitts verbunden, und zwar insbesondere einstückig durch Anformen der erwähnten Elemente aneinander.
Obwohl der Oxidationskatalysatorabschnitt primär der Aufheizung der Abgase durch Oxidation unverbrannter Kohlenwasserstoffe dient, kann er auch für die Oxidation von in den unbehandelten Abgasen enthaltenem Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid verwendet werden, da es hierzu nur erforderlich ist, die im Oxidationskatalysatorabschnitt eingesetzte zweite Katalysatorsubstanz so zusammenzusetzen, dass sie beide Aufgaben erfüllen kann.
Um das Abgas im Oxidationskatalysatorabschnitt möglichst effizient aufzuheizen, sollte gesichert sein, dass in jedem Betriebszustand des Motors nahezu alle im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffmoleküle und gegebenenfalls alle im Abgas enthaltenen Schadstoffmoleküle, welche sich aufoxidieren lassen, in Kontakt mit der im Oxidationskatalysatorabschnitt verwendeten zweiten Katalysatorsubstanz kommen; diesem Ziel könnte man zwar grundsätzlich durch längere Abgasdurchströmkanäle näher kommen, dies würde jedoch zur Vergrößerung der Baulänge des Bauteils führen. Dies lässt sich dadurch vermeiden, dass die Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts mit turbulenzerzeugenden Strukturen versehen werden, um in den die Abgasdurchströmkanäle durchströmenden Abgasströmen Verwirbelungen herbeizuführen, aufgrund welcher im Vergleich zu einer laminaren Durchströmung die Häufigkeit des Kontakts der in den Abgasen enthaltenen Moleküle mit der im Oxidationskatalysatorabschnitt verwendeten zweiten Katalysatorsubstanz deutlich erhöht wird. Zu diesem Zweck kann man mindestens einige der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts an wenigstens einem Teil ihrer Kanalwände mit Turbulenzen in den Abgasströmen erzeugenden Strömungsstörelementen versehen; bei diesen kann es sich grundsätzlich um jede Art von makroskopischen Unebenheiten der Kanalwände handeln, also beispielsweise auch um Vertiefungen in den Kanalwandoberflächen, da die Wandstärken der Kanalwände jedoch klein ist und insbesondere im Bereich zwischen ca. 0,15 bis 0,35 mm liegt, werden Ausführungsformen bevorzugt, bei denen die Kanalwände durch die Strömungsstörelemente nicht geschwächt werden, sondern letztere in die Abgasdurchströmkanäle hinein vorspringen und aus fertigungstechnischen Gründen als insbesondere mit den Kanalwänden einstückige Keramikelemente ausgebildet sind, d. h. schon bei der Herstellung des monolithischen Keramikkörpers zusammen mit den Kanalwänden geformt werden. Ein Verfahren, welches dies kostengünstig ermöglicht, wird nachfolgend beschrieben werden.
Bei bekannten Abgas-Katalysatoren mit einen keramischen Formkörper geradlinig durchquerenden Durchströmkanälen mit überall gleichem Querschnitt und offenen Enden wird der Formkörper üblicherweise aus einer durch Trocknen und Sintern verfestigbaren keramischen Masse im Strangpress- oder Stranggießverfahren hergestellt. Ein solches Herstellverfahren erlaubt jedoch als solches nur die Herstellung von Kanälen, die alle an ihren beiden Enden offen sind und überall den gleichen Querschnitt aufweisen.
Deshalb wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteils vorgeschlagen, bei dem ein zu sinternder Rohling des monolithischen Keramikkörpers schichtweise aufgebaut wird, und zwar durch in zur Längsrichtung der Kanäle quer verlaufende Schichten, welche nicht alle gleich gestaltet sind, da ein Teil dieser Schichten z. B. an der Bildung der Verschlüsse der Filterabschnitt-Abgaskanäle und gegebenenfalls der erwähnten Strömungsstörelemente teilnimmt. Ein solches Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein zu sinternder Rohling des monolithischen Keramikkörpers durch in dessen Längsrichtung aufeinanderfolgende Schichten durch wiederholte Abfolge der folgenden Schritte aufgebaut wird:
(a) Erzeugung einer einem dem jeweiligen Querschnitt des Keramikkörpers entsprechend gestalteten Schicht aus einer formbaren, verfestig baren keramischen Masse und
(b) Verfestigung dieser Schicht,
worauf der so erzeugte Rohling gesintert wird.
Besonders einfach lassen sich solche Schichten, und zwar auch Schichten unterschiedlicher Gestalt, im Siebdruckverfahren erzeugen. Am einfachsten erfolgt die Verfestigung einer zuvor hergestellten Schicht durch Trocknen, wobei diese Schicht nur insoweit verfestigt werden muss, dass sie beim Auftragen der nächsten Schicht ihre Gestalt nicht mehr ändert. Nach der Erzeugung aller Schichten und der Verfestigung der zuletzt aufgetragenen Schicht wird der Rohling dann gesintert.
Formbare keramische Massen, die beim Verfestigen und beim Sintern des Rohlings ihre Dimensionen zumindest nicht nennenswert ändern, sind auf dem Markt erhältlich.
Ein solches Herstellverfahren für keramische Formkörper, welche mit kata- lytisch wirksamen Substanzen versehen sind, ergibt sich aus der EP-O 627 983-B1, allerdings betrifft dieses Dokument nur die Herstellung poröser Formkörper für keramische Filter. Ein schichtweiser Aufbau eines monolithischen porösen keramischen Formkörpers für einen Dieselpartikelfilter ergibt sich ferner aus der DE-103 43 046-A, wobei der schichtweise Aufbau im Siebdruckverfahren erfolgt. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten schematischen Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dieselpartikelfilter-Bauteils sowie der nachfolgenden Beschreibung dieser Ausführungsform; die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch den monolithischen Keramikkörper dieser Ausführungsform, und zwar einen Schnitt parallel zur Längsrichtung der in diesem Keramikkörper ausgebildeten Kanäle.
Der als Ganzes mit 10 bezeichnete monolithische Keramikkörper, der von den zu behandelnden Abgasen in Richtung der in die Zeichnung eingefügten Pfeile durchströmt wird, hat im Schnitt senkrecht zur Durchströmrichtung z. B. eine kreisförmige, rechteckige oder quadratische Gestalt mit einer entsprechend geformten Außenwand 12. Der Keramikkörper 10 hat eingangsseitig einen Oxidationskatalysatorabschnitt 14, an den sich in Durchströmrichtung ein Filterabschnitt 16 anschließt. Im Oxidationskatalysatorabschnitt 14 sind Abgasdurchströmkanäle 18 ausgebildet, welche durch poröse oder gasundurchlässige Kanalwände 18a und die gasundurchlässige Außenwand 12 begrenzt werden und an ihren Oberflächen (ausgenommen die Außenseite der Außenwand 12) mit einer Katalysatorsubstanz beschichtet sind, welche in der Zeichnung nicht dargestellt werden konnte, da derartige Beschichtungen äußerst dünn sind. Die Abgasdurchströmkanäle 18 sind sowohl einlass- als auch auslass- seitig offen und haben insbesondere alle denselben, längs der Abgasdurchströmkanäle konstanten Querschnitt, der grundsätzlich jede beliebige Querschnittsform aufweisen kann, vorzugsweise ist der Querschnitt jedoch quadratisch, rechteckig oder kreisförmig.
Bei der im Oxidationskatalysatorabschnitt 14 verwendeten Katalysatorsubstanz handelt es sich um die zweite Katalysatorsubstanz im Sinne der beigefügten Ansprüche, und sie enthält als katalytisch wirksame Bestandteile typischerweise ein Edelmetall wie Platin oder Palladium, gegebenenfalls aber auch ein Oxid oder Oxide seltener Erden wie Ce. Im Filterabschnitt 16 des monolithischen Keramikkörpers 10 sind Abgaskanäle 20 und 22 ausgebildet, welche jeweils am einen Kanalende durch einen Verschluss 20a bzw. 22a verschlossen sind, und zwar sind die Abgaskanäle 20 alle einströmseitig offen und ausströmseitig verschlossen, die Abgaskanäle 22 sind einströmseitig verschlossen und ausströmseitig offen, und im Keramikkörper 10 liegt (in einem Schnitt senkrecht zur Durchströmrichtung betrachtet) jeder Abgaskanal 20 zwischen Abgaskanälen 22 und jeder Abgaskanal 22 zwischen Abgaskanälen 20. Sieht man von den Verschlüssen 20a und 22a ab, werden die Abgaskanäle 20 und 22 durch Kanalwände 24, welche porös sind und definierte Filteröffnungen aufweisen, und außerdem teilweise durch die gasundurchlässige Außenwand 12 begrenzt. Die Innenseite der Außenwand 12 sowie die Oberflächen der Kanalwände 24 und/oder die Wände ihrer Filteröffnungen sind gleichfalls mit einer Katalysatorsubstanz, nämlich der ersten Katalysatorsubstanz im Sinne der beigefügten Ansprüche, beschichtet, die ebenso wenig zeichnerisch dargestellt werden konnte wie die sehr kleinen Filteröffnungen in den Kanalwänden 24. Auch die erste Katalysatorsubstanz kann als katalytisch wirksame Bestandteile typischerweise ein Edelmetall, wie Platin, enthalten.
Wie die Zeichnung erkennen lässt, ist bei der dargestellten Ausführungsform die Anzahl der Abgasdurchströmkanäle 18 wesentlich größer als die Anzahl der Abgaskanäle 20 und 22; ferner sind die Verschlüsse 22a der Kanalwände 24 des Filterabschnitts 16 mit Kanalwänden 18a des Oxidationskatalysator- abschnitts 14 verbunden, und zwar insbesondere einstückig, was sich mit dem geschilderten Herstellungsverfahren ohne Weiteres bewerkstelligen lässt.
Nur der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, dass die Verschlüsse 20a und 22a porös oder gasdicht sein können - vor allem im zuletzt erwähnten Fall ergibt sich im Filterabschnitt 16 der in der Zeichnung durch Pfeile angedeutete Strömungsverlauf der Abgase.
Typischerweise beträgt bei Abgasdurchströmkanälen 18 und Abgaskanälen 20 bzw. 22 mit kreisförmigem Querschnitt der Kanaldurchmesser ca. 1,5 mm oder weniger, und die Wandstärke der Kanalwände 18a und 24, gegebenenfalls auch die Wandstärke der Außenwand 12, liegt vorzugsweise im Bereich zwischen ca. 0,15 mm und ca. 0,35 mm und beträgt insbesondere ca. 0,25 mm.
Wenn der zu sinternde Rohling des monolithischen Keramikkörpers 10, wie vorstehend beschrieben wurde, schichtweise erzeugt wird, haben die Schichten typischerweise eine Dicke von ca. 40 μm.
Die in das erfindungsgemäße Dieselpartikelfilter-Bauteil gemäß der Zeichnung von links einströmenden Abgase, welche unverbrannte Kohlenwasserstoffe und gegebenenfalls Kohlenmonoxid und andere aufoxidierbare Bestandteile enthalten, werden im Oxidationskatalysatorabschnitt 14 in vom Motorbetrieb abhängigen zeitlichen Intervallen auf Temperaturen von mehr als 6000C, insbesondere auf Temperaturen zwischen ca. 650 und ca. 8000C, aufgeheizt, und zwar infolge der im Oxidationskatalysatorabschnitt 14 dann stattfindenden Verbrennung der Kohlenwasserstoffe sowie gegebenenfalls der Aufoxidation anderer Abgasbestandteile. Normalerweise strömen die Abgase in die Abgaskanäle 20 des Filterabschnitts 16 ein, durchqueren die porösen Kanalwände 24, wobei Dieselrußpartikel aus den Abgasströmen herausgefiltert und in den Kanalwänden zurückgehalten werden, und verlassen dann den Filterabschnitt 16 über die offenen abströmseitigen Enden der Abgaskanäle 22. Infolge der bei einer Filterregeneration hohen Temperaturen der in den Filterabschnitt 16 einströmenden Abgase sowie der im Filterabschnitt 16 verwendeten Katalysatorsubstanz werden die in den Kanalwänden 24 zurückgehaltenen Rußpartikel in Intervallen immer dann verbrannt, d. h. in CO2 und H2O umgewandelt, wenn die den Motor verlassenden Abgase durch eine der vorstehend beschriebenen Maßnahmen unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthalten.
Die Wandstärke der Kanalwände im Filterabschnitt und die Wandstärke der Kanalwände im Oxidationskatalysatorabschnitt können ungefähr gleich, aber auch unterschiedlich sein, und dasselbe gilt für die Querschnittsformen der Abgaskanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts und des Filterabschnitts. Damit sich ein wirklich monolithischer Keramikkörper ergibt, wird bei der Herstellung des nachfolgend zu sinternden Rohlings für den den Oxidationskataly- satorabschnitt und den Filterabschnitt umfassenden Keramikkörper ein und dasselbe keramische Grundmaterial verwendet, welches als keramische Substanz insbesondere Siliziumkarbid enthält. Für den Oxidationskatalysator- abschnitt kann jedoch eine keramische Substanz anderer Korngröße verwendet werden als für den Filterabschnitt, um so zu erreichen, dass der gesinterte Keramikkörper im einen Abschnitt eine andere Porosität aufweist als im anderen Abschnitt - während im Filterabschnitt eine hohe offene Porosität und kleine Poren zur effektiven Filtration bei geringem Strömungsgegendruck führen, haben diese Parameter auf die Leistungsfähigkeit des Oxidations- katalysatorabschnitts wenig Einfluss; im Oxidationskatalysatorabschnitt soll die Summe der katalytisch wirksamen Oberflächen möglichst groß sein, was sich auch mit einer geringen Porosität der Kanalwände und einer anderen Korngrößenverteilung als im Filterabschnitt erreichen lässt.
Wie die Zeichnung erkennen lässt, benötigt man für die schichtweise Herstellung des zu sinternden Rohlings des monolithischen Keramikkörpers im Siebdruckverfahren nur fünf verschiedene Siebe, da es bei dem dargestellten Keramikkörper insgesamt nur fünf verschiedene Querschnittskonfigurationen gibt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Dieselpartikelfilter-Bauteil mit einem von Dieselmotor-Abgasen zu durchströmenden keramischen Formkörper, in welchem von Kanalwänden begrenzte Abgaskanäle ausgebildet sind und welcher einen Filterabschnitt sowie stromaufwärts des Filterabschnitts einen Oxidations- katalysatorabschnitt aufweist, wobei diese beiden Abschnitte einen länglichen monolithischen Keramikkörper mit einem Abgas-Einlassende und einem Abgas-Auslassende bilden, der Oxidationskatalysatorabschnitt sich in Längsrichtung des Keramikkörpers erstreckende, an ihren Enden offene Abgasdurchströmkanäle und der Filterabschnitt sich in Längsrichtung des Keramikkörpers erstreckende Kanalwände mit definierten Filteröffnungen sowie einander benachbarte Abgaskanäle abwechselnd im Bereich des einen bzw. im Bereich des anderen Kanalendes verschließende Verschlüsse aufweist, die Kanalwände des Filterabschnitts mindestens bereichsweise mit einer eine Reduzierung der Verbrennungstemperatur der vom Filter zurückgehaltenen Dieselrußpartikel bewirkenden ersten Katalysatorsubstanz und die Kanalwände des Oxidationskatalysatorabschnitts mindestens bereichsweise mit einer eine Oxidation von Kohlenwasserstoffen bewirkenden zweiten Katalysatorsubstanz versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass pro Längeneinheit des Keramikkörpers die von den Kanalwänden des Oxidationskatalysatorabschnitts gebildete Kanalwandfläche größer ist als die von den Kanalwänden des Filterabschnitts gebildete Kanalwandfläche.
2. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysator- abschnitts größer ist als die Anzahl der Abgaskanäle des Filterabschnitts.
3. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Abgasdurchströmkanäle des Oxidationskatalysatorabschnitts dividiert durch die Querschnittsfläche des Oxidationskatalysatorabschnitts größer ist als die Anzahl der Abgaskanäle des Filterabschnitts dividiert durch die Querschnittsfläche des Filterabschnitts.
4. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Abgas-Einlassende des Keramikkörpers die Summe der Querschnittsflächen seiner Abgasdurchströmkanäle ungefähr gleich groß ist wie die Summe der Querschnittsflächen der Abgaskanäle des Filterabschnitts an dessen anströmseitigen Ende.
5. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlüsse der Abgaskanäle des Filterabschnitts einstückig und ohne Grenzflächen in die Kanalwände des Filterabschnitts übergehen.
6. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Grundmaterial aller Kanalwände des Keramikkörpers dasselbe ist.
7. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Grundmaterial Siliziumkarbid ist.
8. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kanalwände des Oxidationskatalysatorabschnitts mit Kanalwänden und/oder Verschlüssen des Filterabschnitts verbunden sind.
9. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalwände des Oxidationskatalysator- abschnitts eine kleinere Porosität als die Kanalwände des Filterabschnitts aufweisen oder gasdicht sind.
10. Dieselpartikelfilter-Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Katalysatorsubstanz eine auch eine Oxi- dation von Kohlenmonoxid bewirkende Katalysatorsubstanz ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Dieselpartikelfilter-Bauteils nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohling des Keramikkörpers durch in dessen Längsrichtung aufeinanderfolgende Schichten durch wiederholte Abfolge der folgenden Schritte aufgebaut wird:
(a) Erzeugung einer einem dem jeweiligen Querschnitt des Keramikkörpers entsprechend gestalteten Schicht aus einer formbaren, verfestigbaren keramischen Masse und
(b) Verfestigung dieser Schicht,
worauf der so erzeugte Rohling gesintert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten im Siebdruckverfahren erzeugt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten durch Trocknen verfestigt werden.
EP08734606A 2007-03-16 2008-03-13 Dieselpartikelfilter-bauteil Withdrawn EP2122132A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007012636 2007-03-16
PCT/EP2008/001997 WO2008113507A1 (de) 2007-03-16 2008-03-13 Dieselpartikelfilter-bauteil

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2122132A1 true EP2122132A1 (de) 2009-11-25

Family

ID=39577624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP08734606A Withdrawn EP2122132A1 (de) 2007-03-16 2008-03-13 Dieselpartikelfilter-bauteil

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2122132A1 (de)
WO (1) WO2008113507A1 (de)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6669913B1 (en) * 2000-03-09 2003-12-30 Fleetguard, Inc. Combination catalytic converter and filter
JP3872384B2 (ja) * 2002-06-13 2007-01-24 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化フィルタ触媒
JP4369141B2 (ja) * 2003-02-18 2009-11-18 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ及び排ガス浄化システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2008113507A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008113507A1 (de) 2008-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1892396B1 (de) Abgasnachbehandlungssystem
DE102011050788A1 (de) Abgasnachbehandlungsvorrichtung und -verfahren für einen Ottomotor
DE10323607B4 (de) Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors
WO2004099578A1 (de) Regeneration einer partikelfalle
DE102005000890A1 (de) Verfahren zum Entfernen von Partikeln aus Abgasen sowie Faserlage und Partikelfilter dazu
DE60313151T2 (de) Behandlung von abgasen aus einem verbrennungsmotor
DE3806131C2 (de)
EP1527262B1 (de) Abgasfilter und verfahren zum reinigen eines abgases
DE60212245T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Russpartikeln aus dem Abgas eines Dieselmotors
DE60125204T2 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung eines gasstroms
DE102017002529A1 (de) Wabenfilter
DE102016123228A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines katalytischen Partikelfilters
WO2015074698A1 (de) Als wandstromfilter ausgelegter partikelfilter
EP3219695B1 (de) Verfahren zum herstellen eines katalysator-strömungskörpers und katalysator-strömungskörper
EP3530339B1 (de) Partikelfilter für einen verbrennungsmotor sowie verfahren zur herstellung eines solchen partikelfilters
DE102012108698A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Katalysator-Strömungskörpers und Katalysator-Strömungskörper
WO2015074697A1 (de) Einrichtung zum reinigen der abgase einer brennkraftmaschine
WO2009127298A1 (de) Abgasreinigungskörper und brennkraftmaschine mit abgasreinigungskörper
EP2122132A1 (de) Dieselpartikelfilter-bauteil
DE60206796T2 (de) Filtervorrichtung für dieselmotoren-abgase mit einem integrierten katalytischen trägermaterial
EP1431528B1 (de) Abgasreinigungsanordnung
DE102008000688A1 (de) Filtereinrichtung, insbesondere für ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine
DE10351882A1 (de) Partikelfiltervorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Partikelfilters
DE102007018239A1 (de) Keramischer Formkörper für ein Dieselpartikelfilter
DE102016223331A1 (de) Katalytischer Partikelfilter

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20090626

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20100115