DE10327030A1

DE10327030A1 - Auffangeinheit für eine Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10327030A1
Application number: DE10327030A
Authority: DE
Inventors: Matthias Mangold; Christian Mangold
Original assignee: Oberland Mangold GmbH
Current assignee: Oberland Mangold GmbH
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2005-01-13
Also published as: EP1636469A1; WO2004113695A1; EP1636469B1; DE502004001119D1; ATE335126T1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Auffangeinheit für eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. Es ist ein Auffangelement vorhanden mit einer Oberfläche, an der der Abgasstrom vorbeiströmt, wobei das Auffangelement eine Strukturierung mit bezüglich der Oberfläche und der Strömungsrichtung des Abgases vertikalen Strukturen aufweist, um Abscheide- und Speicherzonen für das Abgas zu schaffen. Rußpartikel setzen sich auf der stromzu- und abgewandten Seite der Strukturen ab. Die Strukturierung des Auffangelementes bestimmt den Verlauf einer Abscheiderate für Rußpartikel über die Länge des Auffangelementes in Strömungsrichtung. Das Auffangelement ist mit einer Beschichtung mit einem katalytischen Material versehen, um einen NO-Anteil des Abgasstromes entsprechend eines Katalysationsgrades so zu oxidieren, dass ein von dem Katalysationsgrad abhängiger Anteil NO¶2¶ gebildet wird. Die Auffangeinheit ist so gestaltet, dass die Strukturierungen und/oder die Beschichtungen des Auffangelementes an einem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit zu einem stromabgewandten Abschnitt der Auffangeinheit verschieden sind. Bevorzugt sind die Strukturierung und der Katalysationsgrad an dem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit und die Strukturierung und der Katalysationsgrad an dem stromabgewandten Abschnitt der Auffangeinheit jeweils so aufeinander abgestimmt, dass die Abscheiderate von Rußpartikeln nicht größer ist ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Auffangelement für eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Rußpartikeln aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine zum Einbringen in eine Abgasströmung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine filterlose Auffangeinheit mit frei durchströmbaren Kanälen, die regenerierbar ist.
Um das Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors von Rußpartikeln zu reinigen, werden üblicherweise Rußfilter vorgesehen, mit denen Rußpartikel aufgefangen werden können. Um die Rußpartikel aus dem Rußfilter wieder zu entfernen, können die aufgefangenen Rußpartikel z.B. durch NO₂, oxidiert werden, so dass die Rußpartikel, deren Hauptbestandteil Kohlenstoff ist, in unschädliches CO₂ umgesetzt werden.
Bei üblicherweise verwendeten Filtersystemen wird der Abgasstrom durch eine poröse Wandung geleitet, auf deren Oberfläche sich die Rußpartikel abscheiden. Sie haben jedoch den Nachteil, dass die Porenöffnungen verstopfen können und einen unerwünschten Druckabfall hervorrufen, der eine unerwünschte Druckerhöhung am Abgasausgang der Brennkraftmaschine hervorruft. Dies hat zur Folge, dass der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine erhöht wird.

Aus der Druckschrift DE 100 20170 C1 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung bekannt, die ein Auffangelement mit einer Strukturierung aufweist, um Verwirbelungs- und Beruhigungszonen zu schaffen, in denen zumindest ein Teil der Partikel solange festgehalten bzw. herumgewirbelt wird, dass eine genügende Wahrscheinlichkeit zur Reaktion mit dem im Abgas vorhandenen Stickstoffdioxid besteht. Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Wände des Auffangelementes mit katalytisch-aktivem Material beschichtet sind, um Stickstoffdioxid NO₂ zu bilden.

Auch aus der Druckschrift EP 107 27 65 A2 ist bekannt, das Auffangelement mit dem Oxidationskatalysator zu einer funktionellen Einheit so zusammenzufassen, dass das Auffangelement katalytisch beschichtete Oberflächen aufweist, auf denen die Rußpartikel abgeschieden werden.

Bei den bekannten filterlosen Abgasreinigungsvorrichtungen besteht jedoch der Nachteil, dass die abgeschiedene Menge an Rußpartikel entlang des Auffangelementes in Strömungsrichtung abnimmt. Dies liegt daran, dass die Rußpartikelkonzentration des Abgases, d.h. die Menge der im Abgas vorhandenen Rußpartikel, in Strömungsrichtung abnimmt. Gleichzeitig nimmt die NO₂-Konzentration über der Länge der Auffangeinheit in Strömungsrichtung aufgrund des zunehmenden Katalysationsgrades stetig zu. Dadurch ergibt sich sowohl am stromzugewandten Endes des Auffangelement wie auch am stromabgewandten Ende des Auffangelementes ein stöchiometrisches Ungleichgewicht zwischen abgeschiedenen Rußpartikeln und bereitgestelltem NO₂.

Am stromzugewandten Ende des Auffangelementes werden somit überschüssige Rußpartikel, die nicht durch NO₂ umgesetzt werden konnten, abgelagert. Dies kann den Strömungswiderstand für das Abgas erhöhen und führt somit zu einem Druckanstieg auf der Abgasseite der Brennkraftmaschine.

Am stromabgewandten Ende des Auffangelementes ist aufgrund der katalytischen Umsetzung mehr NO₂ im Abgasstrom vorhanden als für die Oxidation der dort abgeschiedenen Rußpartikel notwendig ist. Durch das in die Umwelt abgegebene NO₂ kann ein unangenehmer Geruch entstehen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Auffangeinheit für eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, bei der ein dauerhaftes Ablagern von Rußpartikeln verhindert werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das katalytische Material der Beschichtung optimal einzusetzen, so dass möglichst wenig Stickstoffdioxid NO₂ an die Umwelt abgegeben wird und katalytische Materialien, wie Edelmetalle, eingespart werden.

Diese Aufgabe wird durch die Auffangeinheit nach Anspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist eine Auffangeinheit für eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Die Auffangeinheit weist ein Auf fangelement auf, wobei der Abgasstrom an einer Oberfläche des Auffangelementes vorbeiströmt. Das Auffangelement umfasst eine Strukturierung, zum Beispiel mit bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases und der Oberfläche vertikalen Strukturen, insbesondere mit freien Kanälen und in die Strömungsrichtung des Abgases eingreifenden Umlenkungs-, Verwirbelungs-, (Schaufel-) und Speicherzonen, um Abscheidezonen bzw. Verweilzonen für die Rußpartikel im Abgas zu schaffen. An den stromab- und -zugewandten Seiten der Strukturen können sich Rußpartikel in den Abscheidezonen absetzen. Die Art und/oder Beschaffenheit der Strukturierung des Auffangelementes bestimmt den Verlauf einer Abscheiderate für Rußpartikel über die Länge des Auffangelementes. Das Auffangelement ist mit einer Beschichtung mit einem katalytischem Material versehen, um einen NO-Anteil des Abgases entsprechend eines Katalysationsgrades so zu oxidieren, dass ein von dem Katalysationsgrad abhängiger Anteil NO₂ gebildet wird. Die Auffangeinheit ist so gestaltet, dass die Strukturierungen und/oder die Beschichtungen an einem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit zu einem stromabgewandten Abschnitt der Auffangeinheit verschieden ist.

Auf diese Weise ist es möglich, die Art und Beschaffenheit von Strukturierungen und Beschichtungen so zueinander anzupassen, dass im Wesentlichen keine Rußpartikel dauerhaft auf dem Auffangelement abgelagert werden und zum anderen kein erheblicher NO₂-Überschuss entsteht, der nicht für die Oxidation der Rußpartikel verwendet wird.

Insbesondere sind die Strukturierung und die Art der Beschichtung an dem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit und die Strukturierung und die Beschichtung an dem stromabgewandten Abschnitt der Auffangeinheit jeweils so aufeinander abgestimmt, dass die durchschnittliche Abscheiderate von Rußpartikeln jeweils nicht größer ist als die durchschnittliche Oxidationsrate der Rußpartikel durch den Anteil von katalysiertem Stickstoffdioxid NO₂ im Abgas. Dies hat den Vorteil, dass keine Rußpartikel dauerhaft abgelagert werden, so dass kein zusätzlicher Strömungswiderstand für den Abgasstrom durch abgelagerte Rußpartikel entsteht. Dies hätte zur Folge, dass der Druck auf der Abgasseite der Brennkraftmaschine sich vergrößert und dadurch der Kraftstoffverbrauch erhöht wird.

Vorzugsweise sind der Verlauf der Strukturierung des Auffangelementes und/oder der Verlauf der Beschichtung des Auffangelementes so aufeinander abgestimmt, dass entlang einer Länge der Auffangeinheit in Strömungsrichtung die Abscheiderate von Rußpartikeln im Wesentlichen der Oxidationsrate der Rußpartikel durch bereitgestelltes Stickstoffdioxid entspricht, so dass sich während des Betriebs der Brennkraftmaschine keine Rußpartikeln auf dem Auffangelement dauerhaft absetzen können.

Durch Vorsehen von Verläufen von Strukturierungen und Beschichtungen können an jedem Punkt des Auffangelementes die Art der Strukturierung und die Art der Beschichtung aufeinander abgestimmt werden, so dass sich Abscheiderate und Oxidationsrate an jeder Position aufeinander abstimmen lassen.

Vorzugsweise weist die Auffangeinheit entlang der Strömungsrichtung verschiedene nacheinander angeordnete Zonen mit jeweils verschiedener Strukturierung des Auffangelementes und/oder mit verschiedenen Beschichtungen mit jeweiligen Katalysationsgraden auf. Die Art der Strukturierung und der Beschichtung jeder der Zonen in der Auffangeinheit bestimmt die Abscheiderate, so dass durch Wahl der Strukturierung und Wahl der Beschichtung auf einfache Weise die Abscheiderate an die Oxidationsrate bzw. die Oxidationsrate an die Abscheiderate angepasst werden kann.

Die Strukturierung des Auffangelementes kann durch die Größe, die Form, die Anordnung und/oder die Dichte der Strukturen auf dem Auffangelement bestimmt sein. Insbesondere kann die Auffangeinheit so gestaltet sein, dass die Dichte der Strukturen pro Längeneinheit variiert.

Vorzugsweise weist das Material der Beschichtung Platin und/oder Paladium als katalytisches Material auf.

Weiterhin ist es möglich, die Beschichtungen mit verschiedenen Rauhigkeiten an dem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit und an dem stromabgewandten Abschnitt der Auffangeinheit vorzusehen, um die Abscheiderate jeweils anzupassen, wobei die Rauhigkeiten so gewählt sind, um die gewünschte Abscheiderate zu erhalten. Über die Rauhigkeit der Beschichtung lässt sich somit die Abscheiderate des Auffangelementes beeinflussen. Außerdem kann auf diese Weise ein zusätzlicher Rußspeicher geschaffen werden.

Das Auffangelement der Auffangeinheit kann eine Lochung und/oder eine Perforation aufweisen, um die Abscheiderate und den Katalysationsgrad einzustellen. Auf diese Weise können die Abscheiderate und der Katalysationsgrad durch eine geeignete Wahl von z.B. Größe und Anordnung der Lochung bzw. der Perforation gleichzeitig eingestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Auffangeinheit mehrere Auffangelemente aufweist, die hintereinander im Abgasstrom angeordnet sind. Die Auffangeinheiten weisen jeweils Beschichtungen mit unterschiedlichen Katalysationsgraden und/oder unterschiedliche Strukturie rungen auf. Auf diese Weise lässt sich die Herstellung der Auffangeinheit vereinfachen, da keine Verläufe der Beschichtung mit katalytischem Material hergestellt werden müssen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine Auffangeinheit gemäß dem Stand der Technik;
2 die Verläufe der Abscheiderate und der NO₂-Bildung bei einer Auffangeinheit gemäß dem Stand der Technik;
3 eine Auffangeinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 die Verläufe der Abscheiderate und der Katalysationsrate nach der Ausführungsform der 3;
5 eine Auffangeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 ein Diagramm zu Veranschaulichung der Abscheiderate und der Katalysationsrate der Auffangeinheit nach der Ausführungsform der 5.
In 1 ist ein Ausschnitt eines Auffangelementes 1 einer Auffangeinheit für eine (nicht gezeigte) Abgasreinigungsvorrichtung dargestellt. Es zeigt die gesamte Länge des Auffangelementes 1, über die eine Abgasströmung (durch einen Pfeil dargestellt) geleitet wird. Das Auffangelement 1 weist regelmäßig angeordnete Strukturen 2 auf, die sich bezüglich der Strömungsrichtung des Abgasstromes vertikal von der Oberfläche des Auffangelementes 1 abheben bzw. in die Oberfläche hinein erstrecken. Durch die Strukturen 2 werden freie Kanäle sowie in die Strömungsrichtung des Abgasstromes eingreifende Umlenkungs-, Verwirbelungs-, Schaufel- und/oder Speicherzonen gebildet.
Insbesondere an den stromab- und zugewandten Seiten (Lee/Luv-Seiten) der Strukturen kommt es zu Verwirbelungen des Abgasstromes, so dass die im Abgasstrom befindlichen Rußpartikel zu häufigem Kontakt mit der Oberfläche bzw. Speicherzonen des Auffangelementes 1 gezwungen werden. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Rußpartikel an der Oberfläche anhaften.
Das Auffangelement 1 ist im wesentlichen mit der strukturierten Oberfläche so in dem Abgasstrom angeordnet, dass die Abgasströmung parallel zu der Oberfläche des Auffangelementes verlaufen kann.
Da die Rußpartikelkonzentration im Abgasstrom an einem stromzugewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 größer ist als an einem stromabgewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 kommt es zu einem Gefälle der Menge der abgeschiedenen Rußpartikel über die gesamte Länge des Auffangelementes 1, d.h. die Rußbeladung nimmt ab. In 2 erkennt man den Verlauf der Rußbeladung von Rußpartikeln über die Länge des Auffangelementes. Die Rußbeladung ist über die Länge des Auffangelementes 1 durch die durchgezogenen Linie dargestellt.
Um die abgeschiedenen Rußpartikel auf dem Auffangelement 1 zu regenerieren, ist das Auffangelement mit einer Beschichtung aus einem katalytischem Material, z.B. Platin, versehen. Das katalytischen Material bewirkt bei Kontakt eine Oxidation des in dem Abgas befindlichen Stickoxid NO zu Stickstoffdioxid NO₂, wenn die Temperatur des Auffangelementes genügend hoch ist (>250°C) und wenn ausreichend NO vorhanden ist. Die Rußpartikel werden bei Vorhandensein von NO₂ durch dieses gemäß der folgenden Reaktionsgleichung zu Kohlendioxid CO₂ umgewandelt: C + 2NO₂ → CO₂ + 2NO
Es ist notwendig, das Auffangelement 1 von den abgeschiedenen Rußpartikeln zu befreien, da ansonsten die Strukturen von dem abgeschiedenen Ruß abgedeckt werden würden, so dass im wesentlichen keine weiteren Rußpartikel aus dem Abgasstrom gefiltert werden. Zudem führt eine zunehmende Ablagerung von Ruß auf dem Auffangelement 1 dazu, das der Strömungswiderstand ansteigt und der Druck des Abgases auf dem stromzugewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 ansteigt. Dies erhöht den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine.
Um nun die abgeschiedenen Rußpartikel von dem Auffangelement 1 kontinuierlich während des Reinigen des Abgases durch ein Bereitstellen von NO₂ zu oxidieren und somit von dem Auffangelement wieder zu entfernen, wäre es aufgrund des Verlaufes der Rußbeladung notwendig an dem stromzugewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 mehr NO₂ zur Verfügung zu stellen als am stromabgewandten Abschnitt des Auffangelementes.
Bei einer gleichmäßigen Beschichtung des Auffangelementes 1 mit katalytischem Material liegt die NO₂-Konzentration an dem stromzugewandten Abschnitt auf niedrigem Niveau und nimmt über die Länge des Auffangelementes stetig zu, d.h. die Steigungen der Verläufe der Rußkonzentration und des Katalysationsgrad, d.h. die Menge des gebildeten NO₂ aus verfügbarem NO, sind zueinander entgegengesetzt.
Man erkennt in 2, dass an dem stromzugewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 die Konzentration von aus dem Abgas abgeschiedenen Rußpartikel erheblich die NO₂-Bildung übersteigt während am stromabgewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 ein NO₂-Überschuss bezüglich vorhandener Rußpartikel besteht. Somit werden an dem stromzugewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 mehr Rußpartikel abgeschieden als aufgrund des Mangels an NO₂ in CO₂ umgesetzt werden können, so dass sich Rußpartikel dauerhaft ablagern. An dem stromabgewandten Abschnitt wird mehr NO₂ durch die Katalyse gewonnen als für die Oxidation der dort vorhandenen Rußpartikel benötigt wird.
In 3 ist ein Auffangelement gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Man erkennt, dass die Strukturen 2 sich über die Länge des Auffangelementes 1 so verändern, dass die Dichte der Strukturen zum stromabgewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 hin zunimmt. Auf diese Weise wird die Effizienz des Abscheidens von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom zum stromabgewandten Abschnitt des Auffangelementes 1 hin erhöht. Somit kann die Abscheiderate der Rußpartikel dem Verlauf des Katalysationsgrades angepasst werden. Dies ist in dem Diagramm der 4 dargestellt. Man erkennt, dass die Abscheiderate der Rußpartikel beginnend mit dem stromzugewandten Ende des Auffangelementes 1 langsam ansteigt und sich in Richtung des stromabgewandten Endes des Auffangelementes 1 einem maximalen Wert nähert. Dadurch wird die Abscheiderate über die Länge des Auffangelementes 1 jeweils dem Katalysationsgrad einer gleichmäßigen Beschichtung des Auffangelementes angepasst. Der Katalysationsgrad, d.h. der Grad der NO₂-Bildung, ist durch die gestrichelte Linie dargestellt.
Vorzugsweise wird die Strukturierung des Auffangelementes 1 so gewählt, dass aufgrund der Rußbeladung an jeder Stelle des Auffangelementes immer etwas weniger Rußpartikel abgeschieden werden als durch die verfügbare Menge von NO₂ oxidiert werden können. Dies hat den Vorteil, dass keine Rußpartikel auf der Oberfläche des Auffangelementes dauerhaft abgeschieden werden und dadurch den Strömungswiderstand durch das Auffangelement erhöht. Eine ausreichende Rußspeicherkapazität muss dennoch für diejenigen Betriebspunkte vorgesehen werden, in denen keine oder keine vollständige Regeneration erfolgt, z.B. bei zu geringen Temperaturen oder bei NO-Mangel. Gleichzeitig wird die Menge an überschüssig erzeugtem NO₂ gering gehalten, um Geruchsbelästigungen in der Umwelt aufgrund des NO₂ zu vermeiden.
Alternativ kann auch die katalytische Wirkung des katalytischen Materials am stromzugewandten Ende des Auffangelementes 1 höher gewählt werden als am stromabgewandten Ende. Dies kann beispielsweise durch eine sich über die Länge des Auffangelementes 1 ändernde Beschichtung erreicht werden.
Das Auffangelement 1 kann in Zonen aufgeteilt sein, wobei die Beschichtungen jeder der Zonen unterschiedlich sind und eine bestimmte Dichte von katalytischem Material aufweisen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine erste Zone an dem stromzugewandten Ende des Auffangelementes angeordnet ist, deren Beschichtung eine erste Konzentration von katalytischem Material, z.B. eine Konzentration von Platin im Bereich von 1,4 bis 2,4 g/dm³ (40 bis 70 g/ft³ ) aufweist. Eine zweite Zone schließt sich unmittelbar an die erste Zone an und reicht bis zu dem stromabgewandten Ende des Auffangelementes. Die Beschichtung der zweiten Zone kann beispielsweise eine zweite Konzentration von katalytischem Material aufweisen, die geringer ist als die erste Materialdichte, z.B. eine Platinkonzentration von 0,17 bis 0,71 g/dm³ (5 bis 20 g/ft³), aufweisen. Zwischen den beiden Zonen kann auch ein Abstand vorgesehen sein, in dem keine Strukturierung und/oder keine Beschichtung mit katalytischem Material vorgesehen ist.
Die Beschichtung kann auch als sogenannter Washcoat mit einem veränderlichen mineralischen Feststoffanteil (Aluminiumoxid o.ä. ) ausgeführt sein. Der mineralische Feststoffanteil beeinflusst die Rauhigkeit der Oberfläche des Auffangelementes 1 und somit die Abscheiderate, da sich die Rußpartikel an einer rauheren Oberfläche bevorzugt absetzen können. Damit lässt sich neben der Veränderung der Strukturierung zum Beeinflussen der Abscheiderate auch über die Beschaffenheit der Beschichtung die Abscheiderate anpassen.
In dem Diagramm der 4 ist die Bildung von NO₂ durch die gestrichelte Linie dargestellt. Die auf der Abscheidestruktur abgeschiedene Menge an Rußpartikeln und die Bildung von NO₂ sind in dem dargestellten Diagramm so aufgetragen, dass die Abscheiderate und der Katalysationsgrad, d.h. die Menge an gebildetem NO₂, bei gleichem X-Wert nahezu in einem stöchiometrischen Ausgleich zueinander stehen. Stöchiometrischer Ausgleich bedeutet, dass das durch den Katalysationsgrad gebildete NO₂ ausreicht, die abgeschiedenen Rußpartikel im wesentlichen vollständig in CO₂ umzusetzen, ohne dass ein NO₂-Überschuß entsteht.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es ist eine Auffangeinheit mit einem ersten Auffangelement 3 und einem zweiten Auffangelement 4 dargestellt. Anstatt auf einem einzigen Auffangelement mehrere Zonen unterschiedlicher Strukturierung und/oder Beschichtung vorzuse hen, werden zwei oder mehr Auffangelemente mit jeweils im wesentlichen gleichmäßiger Beschichtung jedoch mit variierter Strukturierung vorgesehen. Die aus dem ersten und dem zweiten Auffangelement 3, 4 aufgebaute Auffangeinheit hat den Vorteil, dass die einzelnen Auffangelemente 3, 4 auf einfache Weise hergestellt werden können, da keine Verläufe von Beschichtungen realisiert werden müssen.
In dem Diagramm von 6 sind die Verläufe der Abscheideraten und der Katalysationsgrade für die beiden Auffangelemente 3, 4 der in 6 dargestellten Auffangeinheit abgebildet. Das erste Auffangelement 3, das an der stromzugewandten Seite angeordnet ist, enthält eine größere Menge an katalytischem Material, z.B.: 2,1 g/dm³ (60 g/ft³ ) Platin. Dadurch wird schon an dem stromzugewandten Ende eine ausreichende Menge von NO₂ gebildet, um die dort abgeschiedenen Rußpartikel zu oxidieren. Die Strukturierung ist entsprechend angepasst, um in diesem Bereich nur so viele Rußpartikel abzuscheiden, so dass diese durch die gebildete NO₂-Menge oxidiert werden können.
Am stromabgewandten Ende des ersten Auffangelementes 3 erkennt man, dass die Katalysationsrate stark angestiegen ist. Die Abscheiderate von Rußpartikeln an dem stromabgewandten Ende hat ebenfalls gegenüber dem stromzugewandten Ende des ersten Auffangelementes 3 stark zugenommen. Das zweite Auffangelement 4 weist nun eine geringere Menge von katalytischem Material in der Beschichtung auf, z.B. 0,17 g/dm³ (5 g/ft³ ) Platin. Dadurch wird eine geringere Menge NO₂ gebildet. Gleichzeitig ist die Strukturierung dichter, so dass die Effizienz des Abscheidens von Rußpartikeln gegenüber des ersten Auffangelementes 3 bereits am stromzugewandten Ende des zweiten Auffangelementes 4 erhöht ist.
Die Abscheiderate von Rußpartikeln lässt sich im wesentlichen durch mehrere Faktoren beeinflussen. Es kommt im wesentlichen auf die Art der Strukturierung sowie die Beschaffenheit der Oberfläche an. Dabei haben vorzugsweise die Dichte, die Form, die Größe, die Beschichtung der Oberfläche, insbesondere deren Rauhigkeit, und die Anordnung der einzelnen Strukturen wesentlichen Einfluss auf die Abscheiderate von Rußpartikeln.
Mit Hilfe einer Lochung und/oder einer Perforation des Auffangelementes lässt sich auf einfache Weise sowohl die Abscheiderate als auch der Katalysationsgrad des Auffangelementes beeinflussen. Ein solches Auffangelement ist besonders einfach herzustellen, wenn das Auffangelement mit einer geeigneten Trägerfolie gefertigt ist, wobei die Lochung bzw. Perforation mit Hilfe eines herkömmlichen Stanzverfahrens in die Trägerfolie eingebracht wird.

Claims

Auffangeinheit für eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Beseitigen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine mit einem Auffangelement, das eine Oberfläche aufweist, an der der Abgasstrom vorbeiströmt, wobei das Auffangelement eine Strukturierung, beispielsweise mit bezüglich der Oberfläche und der Strömungsrichtung des Abgases vertikalen Strukturen, aufweist, um Abscheidezonen und/oder Verweilzonen für das Abgas zu schaffen, wobei sich Rußpartikel auf der stromzu – und abgewandten Seite der Strukturen absetzen, wobei die Strukturierung des Auffangelementes den Verlauf einer Abscheiderate für Rußpartikel über die Länge des Auffangelementes in Strömungsrichtung bestimmt, wobei das Auffangelement mit einer Beschichtung mit einem katalytischem Material versehen ist, um einen NO-Anteil des Abgasstromes so zu oxidieren, dass ein von einem Katalysationsgrad abhängiger Anteil NO₂ gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinheit so gestaltet ist, dass die Strukturierungen und/oder die Beschichtungen des Auffangelementes an einem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit zu einem stromabgewandten Abschnitt des Auffangeinheit verschieden sind.
Auffangeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung und der Katalysationsgrad an dem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit und die Strukturierung und der Katalysationsgrad an dem stromabgewandten Abschnitt der Auffangeinheit jeweils so aufeinander abgestimmt sind, dass die Abscheiderate von Rußpartikeln nicht größer ist als eine Oxidationsrate der Rußpartikel durch den Anteil von katalysiertem NO₂ im Abgas.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Strukturierungen des Auffangelementes und/oder der Verlauf der Katalysationsgrade der Beschichtungen des Auffangelementes so aufeinander abgestimmt sind, dass entlang einer Länge der Auffangeinheit in Strömungsrichtung die Abscheiderate im wesentlichen der Oxidationsrate der Rußpartikel entspricht, so dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine kein dauerhaftes Absetzen von Rußpartikeln erfolgt.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffangelement entlang der Strömungsrichtung verschiedene Zonen mit jeweils einer verschiedenen Strukturierung und/oder mit Beschichtungen mit jeweils verschiedenen Katalysationsgraden aufweist.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheiderate von Rußpartikeln auf der Oberfläche durch Strukturierung des Auffangelementes, insbesondere durch die Größe, die Form, die Anordnung und/oder die Dichte der Strukturen auf dem Auffangelement, sowie durch die Beschaffenheit der Oberfläche des Auffangelementes, insbesondere deren Rauhigkeit, bestimmt wird.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangeinheit so gestaltet ist, dass die Dichte der Strukturen pro Längeneinheit variiert.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung das Material Platin und/oder Paladium aufweist.
Auffangeinheit nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungen mit einer Rauhigkeit vorgesehen sind, um die Abscheiderate zu beeinflussen, wobei die Rauhigkeit so gewählt ist, um die gewünschte Abscheiderate an dem stromzugewandten Abschnitt der Auffangeinheit und an dem stromabgewandten Abschnitt der Auffangeinheit einzustellen.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffangelement eine Lochung und/oder eine Perforation aufweist, um die Abscheiderate und den Katalysationsgrad einzustellen.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gekennzeichnet durch mehrere Auffangelemente, die hintereinander im Abgasstrom angeordnet sind, wobei die Auffangelemente jeweils Beschichtungen mit unterschiedlichen Katalysationsgraden und/oder unterschiedliche Strukturierungen aufweisen.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mehrere Auffangelemente, die hintereinander im Abgasstrom angeordnet sind, wobei die Auffangelemente jeweils Beschichtungen mit gleichen Katalysationsgraden und variierenden Strukturierungen aufweisen.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung des Auffangelementes freie Kanäle sowie in die Strömungsrichtung des Abgasstromes eingreifende Umlenkungs-, Verwirbelungs-, Schaufel- und/oder Speicherzonen aufweist.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auffangelement die Strukturierung des Auffangelementes freie Kanäle sowie in die Strömungsrichtung des Abgasstromes eingreifende Umlenkungs-, Verwirbelungs-, Schaufel- und/oder Speicherzonen aufweist.
Auffangeinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Rauhigkeit der Beschichtung ein zusätzlicher Rußspeicher erzugt wird.