System und Verfahren zur Nachbehandlung von Verbrennungskraftmaschinenabgasen
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Nachbehandlung von Verbrennungskraf maschinenabgasen. Die Erfindung kann bevorzugt bei Dieselmotoren und direkt einspritzenden Ottomotoren eingesetzt werden.
Um den bisher und auch in der Zukunft steigenden Anforderungen an die Qualität von Abgasen, die von Verbrennungskraftmaschinen an die Umwelt abgegeben werden dürfen, müssen wegen der Komplexität für solche Abgasnachbehandlungssysteme viele verschiedene Fakto- ren berücksichtigt werden. So müssen thermische und mechanische Stabilität unter den verschiedensten Betriebsbedingungen solcher Verbrennungskraftmaschinen gesichert werden. Des weiteren sollen insbesondere aus den Abgasen, die aus Dieselmotoren an die Umwelt abgegeben werden, die gesundheitsschädlichen Partikel
separiert werden, wobei jedoch das Problem des steigenden Abgasgegendruckes bei einer solchen Filtration zu beachten ist.
Ein weiteres Problem für solche Abgasnachbehandlungs- systeme besteht im begrenzt zur Verfügung stehenden Raum, dass das Bauvolumen solcher Systeme selbstverständlich ebenfalls entsprechend einschränkt.
Wegen der mehreren unterschiedlichen Schadstoffkomponenten ist deren Separation aus den Abgasen auch schwierig und kann nicht in jedem Fall mit gleichen Mitteln erreicht werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige, praktikable und flexible Lösung vorzuschlagen, mit der die Qualität des an die Umwelt abgegebenen Abgases von Verbrennungskraftmaschinen auch im mobilen Einsatz in Fahrzeugen, ohne erhebliche Erhöhung des Kraftstoff erbrauches, erreichbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem System, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Die erfindungsgemäße Führung eines Verfahrens zur Nachbehandlung von Abgasen ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruch 23. Vorteilhafte Ausgestaltungs- formen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.
Bei dem erfindungsgemäßen System wird ein durch Sinterung oder Reaktionsbindung hergestellter offenporiger Keramikschaum, durch den das Abgas für eine Nachbehandlung geführt wird, verwendet. Dabei weist ein solcher offenporiger Keramikschaum eine lokal definierte Porenstruktur auf. Dies betrifft die jeweils
unterschiedlichen Größen der einzelnen Poren sowie die Anzahl der Poren pro Fläche/Volumina.
Die lokal definierte unterschiedliche Porenstruktur kann in mehreren verschiedenen Formen gewählt werden.
So können unterschiedliche Porenstrukturen in scharf voneinander getrennten Bereichen, wie dies bei dem nachfolgend noch weiter zu beschreibenden Mantel- und Kernbereich der Fall ist, eingesetzt werden.
Es kann aber auch ein nahezu kontinuierlicher Übergang einer solchen Porenstruktur in gradierter Form ausgenutzt werden.
In diesem Fall besteht die Möglichkeit, die Porenstrukturen ausgehend von einer orthogonal zur ein- trittseitigen Stirnfläche für das Abgas eines solchen offenporigen Keramikschaumes ausgerichteten Mittel- achse in radialer Richtung eine solche gradierte Po- renstrukturierung einzusetzen. Dementsprechend kann bevorzugt die Porenstruktur ausgehend von der Mittelachse in radial nach außen gerichteter Richtung feiner werden, so dass im äußeren Bereich dann die An- zahl der Poren pro Fläche größer und die Größe der einzelnen Poren dort kleiner ist.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, eine solche entsprechende gradierte Porenstruktur im offenporigen Keramikschaum auszubilden, die ausgehend von der
Stirnfläche, in die das Abgas eintritt, bis hin zur Austrittsseite feiner wird bzw. an der Stirnfläche, an der Abgas aus dem offenporigen Keramikschaum austritt, ein Bereich ausgebildet ist, der eine feinere Porenstruktur als der in Abgasströmungsrichtung davor angeordnete Bereich aufweist. In diesem Fall sollte
der Bereich mit der feineren Porenstruktur eine deutlich geringere Breite aufweisen, so dass der Weg, durch den das Abgas dort geführt werden muss, relativ klein ist . Bei einer solchen Ausführungsform ist es ebenfalls vorteilhaft, den offenporigen Keramikschaum in Form eines Kegelstumpfes auszubilden, wobei dann die eintrittsseitige Stirnfläche einen deutlich kleineren Durchmesser, als die austrittsseitige Stirnfläche eines solchen Keramikschaumkörpers aufweisen soll. Analog trifft dieser Sachverhalt auch auf eine Ausbildung in Form eines Pyramidenstumpfes zu.
In einer vorteilhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Systems für die Nachbehandlung von Verbren- nungskraftmaschinenabgasen wird mindestens ein Kernbereich und ein Mantelbereich eingesetzt. Beide Bereiche bestehen im Wesentlichen aus dem offenporigen Keramikschaum, der durch Sinterung bzw. Reaktionsbindung hergestellt worden ist, wobei jeweils eine un- terschiedliche Porenstruktur mit unterschiedlicher
Porenanzahl pro Fläche/Volumina und Größe der einzelnen Poren ausgebildet ist.
So kann beispielsweise vorteilhaft der Kernbereich eine gröbere Porenstruktur als der Mantelbereich aufweisen, wobei jedoch auch eine entgegengesetzte Po- renstrukturausbildung der beiden Bereiche möglich ist. Je nach gewählter Porenstruktur für Mantel- und Kernbereich kann auch die Führung des Abgases gewählt werden.
So wird beispielsweise bei einem Kernbereich, dessen Porenstruktur gröber als die des Mantelbereichs ist, vorteilhaft das Abgas zuerst durch den Kernbereich und nachfolgend durch den Mantelbereich geführt.
Vorteilhaft umschließt der Mantelbereich den Kernbereich unmittelbar, so dass quasi ein Element aus diesen beiden Bereichen gebildet wird. Ein solches Element kann beispielsweise und vorteilhaft zylinderför- mig ausgebildet sein, so dass das nachzubehandelnde Abgas einer Verbrennungskraftmaschine durch eine offene Stirnfläche in den Kernbereich eingeführt werden kann und bei gasdicht verschlossener gegenüberliegender Stirnfläche von Kernbereich und möglichst auch von Mantelbereich tritt das Abgas durch den Mantelbereich aus und kann in dieser Form an die Umwelt abgegeben, bevorzugt aber, wie noch näher auszuführen sein wird, weiter nachbehandelt werden.
Geometriebedingt ist es in diesem Fall günstiger, den Kernbereich mit einer gröberen und den Mantelbereich mit einer feineren Porenstruktur auszubilden, so dass der Mantelbereich dann einen Partikelfilter darstellen kann.
Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch so ausgebildet sein, dass zwischen einem Kernbereich und einem Mantelbereich mindestens ein weiterer Zwischen- mantelbereich ausgebildet ist. In diesem Fall sollten mindestens zwei der bezeichneten Bereiche eine unterschiedliche Porenstruktur aufweisen. So kann der Kernbereich eine gröbere, der Zwischenmantelbereich eine feinere und der Mantelbereich wiederum eine gröbere Porenstruktur aufweisen. Es können aber auch al- le Kern-, Zwischenmantel- und Mantelbereiche eine unterschiedliche Porenstruktur aufweisen, so dass ein bestimmtes Stufungsmaß zwischen den einzelnen Bereichen eingestellt werden kann.
Daneben besteht aber auch die Möglichkeit, mehrere
Kernbereiche in einen solchen Mantelbereich einzubet-
ten. Dabei sollten die einzelnen Kernbereiche in Abständen zueinander angeordnet sein.
Für den Fall, dass diese Kernbereiche eine feinere Porenstruktur als im Mantelbereich aufweisen, ist es vorteilhaft diese in ihrem Inneren hohl auszubilden, so dass die einzelnen Kernbereichselemente relativ dünnwandig ausgebildet sind und dementsprechend eine geringe Drosselwirkung für das durchströmende Abgas aufweisen. Bei einer solchen Struktur in Zylinderform können dann die einzelnen Kernbereichselemente hül- senförmig ausgebildet und in das Mantelbereichsmaterial eingebetten und von diesem allseitig umschlossen sein, so dass die Zu- oder Abführung des Abgases durch den inneren freien Querschnitt solcher hülsen- förmigen Kernbereichselemente erfolgen kann.
Der offenporige Keramikschaum, der den Kern- und den Mantelbereich bildet, kann vorteilhaft aus SiC durch Sinterung und/oder aus SiSiC durch Reaktionsbindung hergestellt werden.
Die Herstellung kann im Wesentlichen nach dem an sich bekannten Schwärtzwalder Verfahren, wie beispielswei- se in US 3,090,094 beschrieben ist, erfolgen.
Dabei wird ein polymerer geschäumter Körper, bevorzugt aus Polyurethan mit einer Ausgangspulver enthaltenden Suspension getränkt, wobei in dieser Suspensi- on ein Feststoffgehalt von 50 bis 85 Masse-% eingehalten werden sollte. Überflüssige Suspension kann wieder entfernt werden, um eine gleichmäßige Benetzung der Schaumoberfläche zu erreichen.
Eine solche Suspension kann aus Wasser und im Wesentlichen aus pulverförmigem SiC bzw. zusätzlich zu die-
sem SiC-Pulver auch Siliciumpulver sowie gegebenenfalls an sich bekannte Sinterhilfsmittel enthalten. Nach dem Tränken eines solchen polymeren Schaumkörpers kann eine Trocknung und eine nachfolgende Tempe- raturbehandlung zur Ausbildung einer offenporigen Schaumstruktur durchgeführt werden, wobei letztgenannte Wärmebehandlung vorteilhaft in reduzierender oder inerter Atmosphäre und bei Temperaturen zwischen 600 und 2300 °C erfolgen kann. Dabei werden die orga- nischen Komponenten thermisch zersetzt und ausgetrieben, so dass der offenporige Keramikschaum ausschließlich aus dem eingesetzten keramischen Komponenten gebildet wird.
Das Ausgangspulver sollte mit einer Körnung im Bereich von ca. 1 bis 30 μm eingesetzt werden, wobei zwei oder auch mehrere Körnungsmaxima berücksichtigt werden können.
Das aus Kern- und Mantelbereich gebildete Element kann vorteilhaft so hergestellt werden, dass jeweils eine gleiche Suspension für das Tränken eines polymeren Schaumkörpers mit unterschiedlicher Porenstruktur, nämlich einer feineren und einer gröberen einge- setzt werden.
Die so getränkten Schaumkörper sind verformbar, so dass der den Mantelbereich ausbildende Schaumkörper und den den Kernbereich ausbildenden Schaumkörper verformt und mit diesem z.B. durch Adhäsionskräfte verbunden werden kann.
Die Sinterung bzw. Reaktionsbindung eines solchen Elementes kann dann gleichzeitig erfolgen.
Ein in dieser Form hergestelltes Element kann dann
eine spezifische Oberfläche im Bereich von 3 bis 90 cm2/cm3, bevorzugt im Bereich von 5 bis 70 cm2/cm3 aufweisen. Die Dichte liegt im Bereich zwischen 0,2 bis 0,6 g/cm3 und sowohl der Kern, wie auch der Man- telbereich weisen eine offene Porosität von 60 bis
95%, bei jeweils unterschiedlicher Porenstruktur auf. Bevorzugterweise sollte die offene Porosität von Kern- und Mantelbereich nahezu gleich gehalten werden, um die Drosselwirkung gegenüber dem durch die beiden Bereiche geführten Abgas möglichst konstant und gleich zu halten.
Der Bereich mit der gröberen Porenstruktur sollte wenigstens 5 und maximal 30, bevorzugt ca. 10 ppi auf- weisen. Der Bereich, in dem die feinere Porenstruktur eingestellt worden ist, sollte mindestens 50 und maximal 100 ppi, bevorzugt jedoch zwischen 60 und 90 ppi aufweisen. Ein Keramikschaum mit noch feinerer Porenstruktur kann z.B. unter Verwendung verpresster Polyurethanschäume hergestellt werden.
Der Ausdehnungskoeffizient eines solchen Keramikschaumes liegt im Bereich zwischen 4,3 bis 4,8xl0"6/K.
Der Bereich mit der feineren Porenstruktur kann als Partikelfilter fungieren und sollte möglichst, wie nachfolgend noch erläutert werden wird, den Mantelbereich bilden.
Der Bereich mit der gröberen Porenstruktur kann zumindest bereichsweise mit einem katalytisch wirkenden Element, wie beispielsweise Platin und/oder Rhodium oberflächenbeschichtet werden und einen Oxidationska- talysator bilden. Es besteht aber auch die Möglichkeit einen so entsprechend ausgebildeten Oxidations-
katalysator vor einem aus Kern- und Mantelbereich gebildeten Element anzuordnen und das Abgas erst durch einen solchen Oxidationskatalysator, zur katalyti- schen Oxidation von nicht oder unvollständig ver- brannten Abgaskomponenten einzusetzen. Katalytisch können beispielsweise Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und insbesondere Stickstoffmonoxid weiter oxidiert werden.
Der Bereich mit der gröberen Porenstruktur kann aber auch vollständig bzw. lediglich teilweise mit einer chemischen Verbindung an der Oberfläche beschichtet sein, wobei diese chemische Verbindung mindestens eine bestimmte Abgaskomponente durch chemische Reaktion in eine andere chemische Verbindung umwandeln kann.
Eine solche Umwandlung ist insbesondere für Stickstoffdioxid von Interesse, wobei eine solche chemische Verbindung als Speicherelement Nitrate oder Ni- tride bildet. Hierfür geeignet sind beispielsweise Erdalkalicarbonate, wie Bariumcarbonat . Es können aber auch Bariumoxid oder K20 eingesetzt werden. Dadurch kann eine Umwandlung von Stickstoffdioxid, beispielsweise in Bariumnitrat erreicht werden, das dann in diesem Bereich gespeichert werden kann.
Das gebildete und im entsprechenden Bereich gespeicherte Bariumnitrat kann durch entsprechende Temperaturerhöhung zu bestimmten Zeitpunkten wieder in Stickstoffdioxid überführt werden, wobei eine Mindesttemperatur von 350 °C erreicht werden sollte.
So rückumgewandeltes Stickstoffdioxid kann entweder in die Verbrennungskraftmaschine rückgeführt, für ei- ne Regeneration eines Partikelfilters nach dem CRT- Verfahren genutzt oder durch eine nachfolgend durch-
zuführende Reduktion überwiegend in reinen Stickstoff umgewandelt werden.
Insbesondere für die letztgenannte Reduktion ist es vorteilhaft zumindest einen Teilbereich des Bereiches mit der gröberen Porenstruktur mit einer aus A1203 oder einem Alumosilikat bestehenden Beschichtung zu versehen.
Letztgenannte Beschichtung kann als sogenannte „wash- coat-Schicht" bezeichnet werden.
Eine solche Al203- oder Alumosilikat-Schicht kann aber auch unmittelbar auf die Oberfläche des Keramik- schaumes als Zwischenschicht aufgebracht werden, um einmal die spezifische Oberfläche zu vergrößern und zum anderen eine verbesserte Haftung der chemischen Verbindung, die beispielsweise das bereits erwähnte Speichermaterial sein kann, zu sichern.
Die bereits erwähnte Reduktion von Stickoxiden zu elementarem Stickstoff kann aber auch in einem nach- geordneten Reduktionskatalysator erreicht werden. Dabei können als katalytisch wirkende Elemente in einem solchen Reduktionskatalysator wiederum Platin und/oder Rhodium eingesetzt werden, wobei gleichzeitig auch nicht oder unvollständig verbrannte Komponenten des Abgas nachoxidiert und beispielsweise Koh- lenmonoxid in Kohlendioxid umgewandelt werden können.
Ein weiter zu beachtendes Problem ist die Ablagerung von Schwefeloxiden, überwiegend in Form von S03, die neben der Speicherung des aus N02 gebildeten Nitrides oder Nitrates erfolgt, so dass die entsprechende Speicherkapazität durch die Schwefeloxide reduziert wird.
Auch hier kann eine entsprechende Temperaturerhöhung zum Austreiben gebundene Schwefelverbindungen genutzt werden, wobei jedoch deutlich höhere Temperaturen von mindestens 550 °C erforderlich sind.
Die bereits erwähnte Temperaturerhöhung, die für eine Regeneration des Bereiches für den Partikelfilter, das Austreiben von StickstoffVerbindungen und von Schwefelverbindungen erforderlich ist, kann durch Beeinflussung der Verbrennungsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden. So kann über einen bestimmten Zeitraum eine Kraftstoffnacheinsprit- zung eingesetzt werden.
Eine entsprechende Beeinflussung der Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine kann in relativ einfacher Weise nach Ablauf eines vorgegebenen Betriebsdauerintervalls initiiert werden.
Der Kraftstoffverbrauch kann aber zusätzlich reduziert werden, wenn eine entsprechende Beeinflussung der Verbrennung mit Hilfe eines Sensors, der an eine entsprechend elektronische Steuerung angeschlossen ist, durchgeführt wird. Ein solcher Sensor kann beispielsweise die Konzentration einer Abgaskomponente, wie die N0X-Konzentration sein, so dass die Umstellung von mageren auf fetteren Betrieb zur Erreichung der gewünschten Temperaturerhöhung nach Überschreiten eines vorgebbaren Schwellwertes der jeweiligen Konzentration durchgeführt werden kann, um Voraussetzung für eine nachfolgende Reduktion zu erfüllen.
Geeignete Sensoren sind aber auch Druck- bzw. Te pe- ratursensoren oder auch eine entsprechend angeordnete λ-Sonde .
Eine Reduzierung der für den als Partikelfilter genutzten Bereichs des erfindungsgemäßen Systems erforderlichen Regenerationstemperatur kann aber durch beispielsweise dem Kraftstoff zugegebene Additive erreicht werden, so dass eine Regeneration eines solchen Partikelfilters mit solchen Additiven bereits bei Temperaturen oberhalb 400 °C durchführbar ist.
Insbesondere letztgenannter Aspekt kann bei Einsatz eines zusätzlichen Heizelementes, auf das bei der Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher eingegangen werden soll, bedeutsam sein und es kann dadurch der zusätzliche Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Da der SiC- oder SiSiC-Keramikschaum auch elektrisch leitfähig sein kann, besteht die Möglichkeit, beispielsweise den Mantelbereich direkt elektrisch zu beheizen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann, wie bereits vorab zum Ausdruck gebracht worden ist, eine flexible Möglichkeit, hier insbesondere durch den möglichen modularen Aufbau bei der Abgasnachbehandlung dem Anwender zur Verfügung gestellt werden.
Des weiteren kann das erfindungsgemäße System kompakt aufgebaut sein und demzufolge nur einen relativ kleinen Raumbedarf erfordern, so dass es für den mobilen Einsatz in Kraftfahrzeugen ohne weiteres geeignet ist.
Durch den modular möglichen Aufbau bzw. auch die flexible Ausbildung können ausgewählte Komponenten, aber auch die im Wesentlichen durch den Gesetzgeber limi- tierten Schadstoffkomponenten, wie Partikel, Stickoxide, Kohlenmonoxid sowie unverbrannte Kohlenwasser-
Stoffe deutlich reduziert werden.
Für die einzelnen Systemkomponenten können offenporige Keramikschaumstrukturen eingesetzt werden, deren Materialeigenschaften, Porositäten und Porenstrukturen durch sehr weite Variationsmöglichkeiten bei der Herstellung aufeinander abgestimmt werden, so dass insbesondere bezüglich der Strömungsverhältnisse des durch ein solches System geführten Abgases keine scharfen Grenzflächen auftreten.
Insbesondere für die Partikelfiltration können sehr günstige Verhältnisse erreicht werden, so dass auch kleinste Partikel aus dem Abgasstrom separiert wer- den.
Wie bereits angedeutet, kann der mit einem erfindungsgemäßen System hervorgerufene Abgasgegendruck in einem Bereich, der für den Betrieb der jeweiligen Verbrennungskraftmaschine günstig ist, gehalten werden.
Durch die Keramikschaumstrukturen wird bei ausreichender mechanischer und thermischer Festigkeit auch eine relativ kleine Masse für ein solches System erreicht. Des weiteren kann die Schallemission durch entsprechende absorbierende Eigenschaften reduziert werde .
Obwohl die spezifische Oberfläche durch das bereits erwähnte „wash-coat" zusätzlich erhöht werden kann, liegt die spezifische Oberfläche der erfindungsgemäß einzusetzenden offenporigen Schaumkeramikstrukturen bereits im für die Abgasnachbehandlung günstigen ho- hen Bereichen.
Vorteilhaft kann es außerdem sein, innerhalb des offenporigen Keramikschaums mindestens einen Kanal oder ' einen Hohlraum auszubilden.
Dadurch kann vorteilhaft auf das Strömungsverhalten des durch das erfindungsgemäße System geführten Abgases Einfluss genommen werden. Dies betrifft die Möglichkeit der Reduzierung des Abgasgegendruckes.
Außerdem kann auch eine Beruhigung des durch das erfindungsgemäße System geführten Abgases erreicht werden, da die Strömungsgeschwindigkeit in Hohlräumen oder Kanälen reduziert werden kann.
Werden beispielsweise mehrere Kanäle in einem erfindungsgemäßen System vorgesehen, können diese in einem Kernbereich und/oder Mantelbereich angeordnet sein. In diesem Fall sollten sie möglichst äquidistant und symmetrisch in Bezug zur Längsachse des erfindungsge- mäßen Systems angeordnet sein. Solche Kanäle können auch in einer Mehrringanordnung, bei der die einzelnen Ringe jeweils unterschiedliche Abstände zur Längsachse des Systems aufweisen, angeordnet werden.
Solche Kanäle können über die gesamte Länge des System geführt, aber auch in Form von Sacklδchern ausgebildet sein.
Es besteht auch die Möglichkeit, einen solchen Kanal in der Längsachse des Systems anzuordnen, der durch dieses geführt ist .
Für den Fall, dass ein oder mehrere Hohlräume innerhalb des Systems ausgebildet worden sind, sind deren Volumina selbstverständlich deutlich größer als die Volumina der einzelnen Poren.
Für den Fall, dass mehrere Hohlräume ausgebildet worden sind, können diese in Form und Hohlraumvolumen entsprechend ihrer jeweiligen Anordnung im erfin- dungsgemäßen System ausgebildet worden sein. Dabei kann auch die sie jeweils umgebende Porenstruktur berücksichtigt worden sein.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft mit Hilfe von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 in einer Teilschnittdarstellung eine mögli- ehe Ausführung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Systems zur Nachbehandlung von Abgasen und
Figur 2 in schematischer Form einen Schnitt durch ein komplexes System, als ein weiteres Beispiel der erfindungsgemäßen Lösung.
Figur 1 zeigt in einer Teilschnittdarstellung eine Möglichkeit zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Systems zur Nachbehandlung von Abgasen, die aus Verbrennungskraftmaschinen austreten.
Ein wesentlicher Teil dieses Systems besteht aus einem hier zylinderförmigen Kernbereich 7 aus einer of- fenporigen SiC-Schaumkeramik mit einer Porenstruktur, die ca. bei 10 ppi liegt. Dieser zylinderförmige Kernbereich 7 ist von einem Mantelbereich 6 umschlossen, der ebenfalls aus einer SiC-Schaumkeramik mit einer offenporigen Porenstruktur von 60 bis 70 ppi ausgebildet ist. Diese Schaumkeramik des Kernbereichs 7 und des Mantelbereichs 6 weisen die gleiche Mate-
rialZusammensetzung und gleiche Bindungstypen auf. Vorteilhaft sind der Kernbereich 7 mit dem Mantelbereich 6 in Zylinderform ausgebildet.
Wie mit den Pfeilen angedeutet, gelangt das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durch die in Figur 1 links angeordnete Stirnfläche in den Kernbereich 7, wobei die gegenüberliegend angeordnete Stirnfläche des Kernbereichs 7 und die entsprechende Stirnfläche des Mantelbereichs 6 mit einer Dichtung 10 gasdicht verschlossen sind.
Der die feinere Porenstruktur aufweisende Mantelbereich 6 fungiert hier als Partikelfilter und nimmt Partikel, die im aus der Verbrennungskraftmaschine austretenden Abgas enthalten sind, auf.
Wie bereits angedeutet, ist eine Regeneration eines solchen Partikelfilters in mehr oder wenigen großen Abständen erforderlich, da durch Zunahme der aufgenommenen Partikel der Partikelfilter zugesetzt wird, so dass sich der Abgasgegendruck in ungünstiger Weise erhöhen kann.
Die im Mantelbereich 6, als Partikelfilter aufgenommenen Partikel können durch eine entsprechende Temperaturerhöhung oxidiert und so der Partikelfilter regeneriert werden.
Für eine solche Temperaturerhöhung ist bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ein zusätzliches Heizelement 4 vorgesehen. Dieses Heizelement 4 kann vorteilhaft aus einem elektrisch leitenden sowie eine feinporige Struktur ausbildenden Material ausgebildet sein, so dass in ihm eine Feinstfilterung zusätzlich zur Beheizung für die Regeneration des Mantelbereichs 6,
als Partikelfilter erreichbar ist. Mit dem Elektroan- schluß 12 soll angedeutet werden, dass beispielsweise eine elektrische Spannung an ein solches Heizelement 4 angelegt werden kann und das Heizelement 4 eine elektrische Widerstandsheizung zusätzlich zur Feinstfiltration darstellen kann.
Neben dem Dichtelement 10 an der einen Stirnflächenseite ist bei diesem Beispiel ein zweites Dichtele- ment 11 vorhanden, mit dem auch die zweite Stirnfläche des Mantelbereichs 6 gasdicht verschlossen werden kann. Die Dichtelemente 10 und 11 überdecken und halten außerdem das Heizelement 4 und bestehen aus diesem Grunde aus einem elektrisch nicht leitenden Mate- rial bzw. sind mit einem solchen Material entsprechend beschichtet . Bei der Materialauswahl muß außerdem beachtet werden, dass dieses eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweist .
In nicht dargestellter Form kann aber auch der Mantelbereich 6 gegenüber dem Kernbereich 7 verkürzt sein, so dass nicht die gesamte radial äußere Mantelfläche des Kernbereichs 7 vom Mantelbereich 6 überdeckt ist.
Der nicht überdeckte Bereich des Kernbereichs 7 ist dann ausgehend von der in Figur 1 links angeordneten Stirnfläche des Kernbereichs 7 angeordnet, wobei in diesem Fall der entsprechend vom Mantelbereich 6 freie Bereich der äußeren Mantelfläche des Kernbereichs 7, hier ausgehend von der linken Stirnfläche bis bis etwa zum dargestellten Elektroanschluss 12, gasdicht abgeschlossen sein sollte. Mit einer solchen Ausführungsform besteht die Möglichkeit, den Ab- gasstrom vorab über eine entsprechende Mindestwegstrecke durch das offenporige Keramikschaummaterial
des Kernbereichs 7 zu führen, bevor es in den Mantel- bereich 6 zur Partikelfiltration gelangen kann.
In ebenfalls nicht dargestellter Form kann das in Figur 1 gezeigte einteilige Element, das aus Kernbereich 7 und Mantelbereich 6 gebildet ist, durch mehrere hintereinander angeordnete ebenfalls jeweils aus Kernbereich 7 und Mantelbereich 6 gebildete Segmente ersetzt werden.
Dabei besteht zum einen die Möglichkeit, diese einzelnen Segmente mit Kernbereichen 7 und Mantelbereichen 6 auszubilden, die jeweils unterschiedliche Porenstrukturen in feinerer bzw. gröberer Form aufwei- sen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Oberflächen der offenporigen Keramikschaumstruktur der Kernbereiche 7 der einzelnen Segmente an ihren Oberflä- chen mit unterschiedlichen Elementen oder chemischen
Verbindungen zu versehen. Solche einzelne Segmente können dann als Katalysatoren, Speicherelemente oder zur chemischen Umwandlung und Speicherung bestimmter Abgaskomponenten genutzt werden.
In Figur 2 ist ein relativ komplex ausgebildetes Beispiel für ein erfindungsgemäßes System dargestellt.
Das aus der Verbrennungskraftmaschine austretende Ab- gas gelangt über den Gaseintrittsstutzen 1 in einen
Oxidationskatalysator 2, der ebenfalls aus einer offenporigen SiC-Schaumkeramik gebildet ist, an deren Oberfläche Platin und Rhodium als katalytisch wirkende Elemente angeordnet sind. Im Oxidationskatalysator 2 werden neben der Oxidation von unverbrannten Kohlenwasserstoffen insbesondere Stickstoffmonoxid zu
Stickstoffdioxid nachoxidiert . Das so vorbehandelte Abgas gelangt in einen aus dem gleichen Keramik- Schaum gebildeten Kernbereich 7, der als Stickoxidspeicher ausgebildet ist. Der Kernbereich 7 weist ei- ne Porenstruktur von ca. 10 ppi auf und ist an seiner Oberfläche neben Al203 auch mit BaC03 versehen, so dass die an sich bekannte chemische Umwandlung von Sticksto fdioxid in Bariumnitrat erfolgen und das Bariumnitrat temporär im Kernbereich 7 zwischengespei- chert werden kann.
Neben dem durch chemische Umwandlung gebildeten und gespeicherten Bariumnitrat setzt sich an der Oberfläche im Kernbereich 7 auch Schwefelsalz ab.
Das Austreiben des als Nitrat gebundenen Stickstoffes sowie der Schwefelverbindungen kann durch entsprechende Temperaturerhöhung erreicht werden.
Der Mantelbereich 6 ist, wie beim Beispiel nach Figur
1 wiederum als Partikelfilter aus dem gleichen Material, mit der gleichen Porosität und der gleichen Porenstruktur ausgebildet und kann mit Hilfe des elektrischen Heizelementes 4 entsprechend regeneriert werden, wobei zusätzlich die Temperaturerhöhung durch Beeinflussung der Verbrennung der Verbrennungskraftmaschine mit einhergehender Erhöhung der Abgastemperatur durchgeführt werden kann. Mit Figur 2 wird deutlich, dass das Heizelement 4 ebenfalls zylinder- förmig ausgebildet ist und den Mantelbereich 6 umhüllt .
Das aus dem Mantelbereich 6, als Partikelfilter durch das elektrische Heizelement 4, als zusätzlicher Feinstfilter geführte Abgas wird innerhalb des Gehäuses 5 in Richtung Gasaustrittsstutzen 9 geführt, wo-
bei es vorher einen Katalysator 8 durchströmt . Mit Hilfe des Katalysators 8 können die bis dahin nicht oder nur unvollständig oxidierten Abgaskomponenten entsprechend weiter oxidiert sowie Stickoxide reduziert werden.
Aus dem Gasaustrittstutzen 9 tritt ein von schädlichen Abgaskomponenten nahezu freies Abgas aus und kann in dieser Form an die Umwelt abgegeben werden.
Im Katalysator 8 ist wiederum mindestens ein katalytisch wirkendes Element, bevorzugt Platin und/oder Rhodium auf der Oberfläche eines ebenfalls bevorzugt wieder einzusetzenden offenporigen Keramik- Schaummaterials ausgebildet, wobei auch hier eine gröbere Porenstruktur von ca. 10 ppi gewählt werden sollte .