WO2006133999A1 - Exhaust gas aftertreatment arrangement and method for producing the same - Google Patents
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Definitions
- the invention is based on an exhaust aftertreatment arrangement or a method for producing the exhaust aftertreatment arrangement according to the preamble of the independent claims. It is known to de-excite exhaust of motor vehicles by means of NOx storage catalysts or to decrypt by means of a Pumblef ⁇ lters. From WO 01/19493 Al is known to provide tubes made of pressed steel fibers as filter elements, wherein the filter elements have regions of different porosity. Partial exhaust gas aftertreatment arrangements use catalyst layers to control the oxidation of CO and hydrocarbons in diesel oxidation catalysts and the
- Soil regeneration in Dieselpellef ⁇ ltern to improve It is known, for example, from WO 01/36097 A1 to apply catalyst layers (layers containing active material, namely catalyst material), often together with a surface-enlarging, because uneven, coating, a so-called washcoat, to a base structure.
- catalyst layers layers containing active material, namely catalyst material
- the exhaust aftertreatment arrangement according to the invention or the inventive method for producing the exhaust aftertreatment arrangement with the characterizing features of the independent claims have the advantage that an arrangement with a fiber layer, in particular high porosity, applied to an open-porous support structure with limited porosity, for example, ensures a structure which is also stable against thermal stresses.
- the one easily adjustable proportion especially highly porous areas for safe effective filtering of exhaust gases.
- the high-fiber surface layer provides a high surface area porous structure which improves the pressure drop performance of particulate filters loaded with soot, such as sintered metal filters, by reducing exhaust gas backpressure increase with soot loading.
- a deep filtration remains active for a long period of time (more than 50 percent of a regeneration interval), which results in a significantly lower backpressure increase as compared to a filtering mechanism based mainly on the surface filtration effect.
- soot particles can advantageously penetrate partially deeply into the fiber structure before they are bound to the fibers. Due to the high porosity, there is no closure of individual pores or openings or even the formation of a continuous, the entire surface covering the filter cake.
- the counterpressure increase during soot loading is significantly lower than with conventional wall flow filters, in which a filter cake is formed even in the early stage of soot loading.
- a good gas-solid contact is created, a better contact for the oxidation of the exhaust gas and the soot allows and a larger area for catalytic
- Coatings in particular provided on sintered metal filter integrated diesel oxidation catalysts or NO x storage catalysts are of great importance; This contact is advantageously required by the fact that their effective area compared to a base of the
- Support structure is enlarged by three-dimensional design of the effective area. All this is ensured with an easy-to-manufacture arrangement, which ensures a stable construction despite a particularly highly porous fiber layer. Possible provided catalytically active elements can be introduced into the fiber layer and need not be arranged in the support structure, so that the stability of the support structure advantageously via an inventive
- the targeted adaptation of fiber structure and carrier material according to the invention makes it possible to already provide a two-stage filter.
- the first stage the fiber structure
- the second filter stage is by the
- the high porosity of the first stage has a filter efficiency of less than 95 percent.
- the porosity of the Sützstuktur leaves the filter efficiency or the filtration efficiency of the combination of first and second stage or of deep-filtering fiber layer and the support structure acting as heatf ⁇ lter set so that values greater than 95 percent can be achieved.
- the percentage indicates the filtered proportionate volume flow.
- the deposition rates or porosities of the first and second stages are designed so that the amount of particles that pass through the first stage and therefore must be deposited in the second stage is so low that it advantageously does not lead to the formation of a closed filter cake immediately on the surface of the support structure, ie the second stage, to come.
- the use of sintered metal in the construction of the aftertreatment arrangement ensures a robust and durable arrangement even under extreme thermal conditions, in particular a flexible choice of the structure of such an arrangement compared to ceramic arrangements, in which the choice of design by the commonly used manufacturing method, namely Continuous casting of the ceramic body is limited.
- Information relating to the porosity of the support structure here relate in the case of the use of expanded metal mesh to the filled with sintered sintered metal powder, in particular open-pore expanded metal mesh interstices.
- the filter design can be chosen so that with an always required regeneration of the filter to burn off accumulated soot, the onset of soot burns occurs in several places simultaneously and not just on one side of the filter, as is usually the case
- Ceramic filters is the case. This results in a more balanced and thus life-increasing thermal stress.
- the exhaust gas back pressure of a sintered metal filter is advantageously reduced due to a synergy effect in the combination of a fiber layer with depth filter effect and theecknf ⁇ lters sintered metal.
- the fiber layer acting as a depth filter does not form any filter cake which closes the continuous pores of the fiber layer, as a result of which only a low exhaust backpressure is ensured even if the particle filter or the flow-through arrangement is already advanced.
- This is advantageously combined with the surface filter acting as a boundary layer between the fiber layer and the sintered metal volume, which has a high filtration efficiency.
- a highly active surface is also present without the use of catalytic material, integrated into a mechanically robust and stable arrangement or support structure.
- the filter pockets can be arranged closer together without a certain minimum distance between the walls of adjacent filter bags, in particular at the downstream end of a filter according to DE 102 23 452 Al is exceeded, which can increase the exhaust back pressure slightly can.
- the distance of opposite filter walls more precisely, the distance of opposite surfaces or walls of support structures (without inclusion of the fiber layers), only greater than 0, 5 mm, ideally greater than 1.2 mm.
- Such an embodiment is therefore particularly advantageous for the collection and loose storage of soot.
- the washcoat advantageously enhances the adhesion between catalytically active material and the fiber structure and, in the case of washcoated fibers, further increases the active fiber surface area. Furthermore, it is advantageous that when using a washcoat to connect the
- Fibers a special binder is not necessary and the production is easy and inexpensive. Fibers with a diameter of 1 to 10 micrometers, especially 3 to 8 micrometers, ensure a high active fiber surface area while maintaining health safety by avoiding cancer risk, which would be if even finer fibers were used.
- Support material in particular in the case of support structures, in which no catalytically active elements are applied or introduced or in the case of support structures in which fiber layers are applied without catalytically active elements.
- a lower limit of the porosity of the support structure to a minimum of 30 percent has the advantage of a low flow resistance of the filter material, in particular with a lower limit to a minimum of 45 percent. It also proves particularly advantageous to adjust the porosity of the fiber structure in a range between 70 and 90 percent, in particular greater than 80 percent. The latter can be realized particularly advantageously by the use of fibers having a length in a range between 40 and 500 microns, preferably greater than 150 microns. To ensure a very high filtration efficiency in combination with a stable support structure, it is advantageous to set the thickness of the fibrous layer in a range between 50 and 700 microns, ideally in a range between 150 and 500 microns.
- the support structure from a cordierite material, which benefits in a special way from a fiber coating.
- the existing of heat-insulating and heat-resistant material fibers serve as a heat storage, whereby the underlying substrate is protected from too thermally not so strong cordierite against excessive temperatures, which increases the thermal capacity of the overall structure.
- FIG. 1 An embodiment of a part of a Abgasf ⁇ lters invention is shown in Figure 1. It shows schematically in a longitudinal section and a perspective view combining representation of a section of a catalyst or catalytically coated Abgasf ⁇ lter with a three-dimensional support structure which is supported on a support structure and held by this.
- Figure 2 a-c shows the structure of various support structures
- Figure 3 shows an alternative structure of a support structure.
- Figure 4 shows a section of an exhaust aftertreatment device with a honeycomb structure
- Figure 5 is a temperature diagram.
- FIG. 1 shows a detail of an exhaust aftertreatment arrangement for mainly catalytically-but also non-catalytically-supported soot loading on sintered metal base (but also for other sootblower systems).
- An improvement is the use of a high proportion of fibers, especially long fibers. When applied or stacked on filter materials or on a support structure, these fibers allow highly porous, three-dimensional support structures for catalyst material of 0.05 mm to 0.7 mm thickness and a porosity of at least 70% to form.
- the support structure F itself thus serves as a support for a thin layer
- FIG. 1 shows a support structure F, which is part of a catalyst for diesel engines.
- the support structure F has metallic wall sections 2, between which a rigid layer 3 formed in the example of sintered sintered metal powder is arranged, on which a three-dimensional support structure S is supported and connected to the support structure sufficiently firmly as required for reliable operation of the catalyst.
- the support structure S has fibers 5, which are made of ceramic in the example.
- the fibers 5 in the example are straight sections of limited length. Each individual fiber 5 is shown in longitudinal section. The individual fibers 5 are arranged in a three-dimensional, random state.
- the fibers 5 are almost all coated, inter alia, to increase the surface with a coating, a so-called washcoat 6, which has an irregular outer contour and surrounds the fibers on the entire circumference. Although not shown in the drawing, the washcoat may also cover the ends of the fibers 5. Some fibers 5 are shown in the figure without washcoat; This may happen by chance, but may also be intended during manufacture.
- the washcoat 6 carries on its outside active material 8, namely catalyst material. This is symbolized in the figure by individual very small globules. This is intended to indicate that the active material 8 does not necessarily have to cover all fibers over a large area or completely, but that it may be sufficient if the active material is applied to the washcoat as a more or less interrupted layer. As FIG.
- the individual fibers 5 are in a direction at right angles to the plane of the drawing partly at the bottom, partially at the top, partially extending from the very bottom to the top, thus filling the space formed by them three-dimensionally and forming it a structure similar to that of a nonwoven fabric ("nonwoven fabric")
- a support structure S for catalytically active material for an internal combustion engine exhaust gas filter the effective area compared to a base of the support structure by three-dimensional
- the supporting structure S has open-pore cavities with the spatial regions between the fibers, the fibers 5 being connected to one another in the region of mutually adjacent regions by a binder, or alternatively the catalytically active material may be omitted on the fibers become.
- the cohesion of the fibers 5 in the present embodiment by the washcoat 6, which is fixed after the preparation, with a preferably a low washcoat coating of up to 80 grams per liter filter volume is selected, or by inorganic binder materials (binder, see above) in Area of contact points of the fibers 5 accomplished. It is not essential that all points of contact or adjacent areas of the fibers are firmly joined together.
- the layer 3 of the support layer or support structure F is made
- Sintered metal powder is formed, which has been solidified by sintering and having open-pore gas-permeable spaces, so as to give a total of a sintered metal filter (SMF).
- the Flow direction of the exhaust gas to be cleaned is in the illustration of the figure from top to bottom.
- the support layer or support structure S (fibrous layer) with the catalytically active material located thereon in the example captures soot from the diesel exhaust gases, and converts this soot in cooperation with the active material 8 in the presence of oxygen (and / or NO 2 ) in CO 2 , Depending on the application, ie type of washcoat, the active material 8 also causes a conversion of nitrogen oxides (NO x ) into nitrogen and oxygen.
- NO x nitrogen oxides
- the layer 3 is gas-impermeable, and the flow of the exhaust gas in the illustration of Figure 1 in the horizontal direction.
- the support structure is formed as a flow-through substrate, that is, the support structure is not porous, so has no passing through walls for gas-permeable pores, but at best on the surface to increase the gas contact surface is porous.
- a flow-through arrangement such as an oxidation catalyst, in particular a diesel oxidation catalyst, may be made of silicon carbide or cordierite in addition to metal or sintered metal.
- the porosity of the base layer S in the example is at least 70%, preferably 80 to about 90%.
- the porosity of the base layer or fiber layer is the proportion of the voids of the base layer in relation to the volume formed by the outer boundary of the base layer.
- the fibers 5 have a diameter in the range of 1 to 10 micrometers, in the above
- Embodiment a thickness of about 5 micrometers. It is advantageous to use fibers having a thickness in a range between 3 and 8 microns, as these have sufficient thermo-mechanical strength and provide a sufficiently large active surface area.
- the fibers have a length in the example of about 40 to 500 microns, ideally they are longer than 150 microns. Longer fibers are particularly suitable for forming a three-dimensional
- a woven fabric may preferably be fabricated in linen weave, having a first layer of parallel fibers over which is disposed a second parallel layer of 90 ° longitudinal fibers whose fibers are interwoven with those of the first layer as in a linen fabric
- the fibers contained in the support structure S have an active fiber surface area of at least 0.5 square meters per gram Fiber weight. When using rough fibers, an active fiber surface can be advantageously achieved which exceeds the value of 20 square meters per gram fiber weight.
- active material any material suitable for soot catalysts and / or NOx storage catalysts is contemplated.
- a material based on precious metals for example based on platinum, is provided as the active material.
- palladium, rhodium and mixtures of said materials may be provided, but also other metals or metal mixtures containing, for example, cerium, lanthanum, silver and their oxides.
- the active material 8 also supports the conversion of CO into CO 2 and of hydrocarbons in the exhaust gas into water and CO 2 .
- the noble metal content ie the content of catalytically active material, is preferably in a range between 0.6 and 10 grams per liter of filter volume.
- Material of the fibers, ceramic is in the exemplary embodiment Al 2 O 3 .
- TiO 2 , SiO 2 , zirconium oxide, cerium oxide, lanthanum oxide or molybdenum oxide may be provided.
- the washcoat may be formed from the same just-mentioned oxides, either one of the oxides, or a mixture.
- Al 2 O 3 is also provided here.
- Pore diameters above 10 microns in the total number of pores in the support structure greater than 10 percent, and the porosity of the support structure has a value between 30 and 60 percent.
- a sintered metal particulate filter bag having filter pockets in which the walls of the filter bags consist at least partially of an expanded metal grid and sintered metal disposed in the openings of the expanded metal grid (see below), the above information relates to mean pore diameter, pore fraction with pores greater than 10 micrometers, and porosity to the areas of the filter pocket walls formed by the open porous sintered metal between the expanded metal mesh webs.
- the support structure may also be formed as a wall flow filter, for example as a silicon carbide filter or as a filter, which is made of cordierite, with appropriate pore dimensions and pore proportions on
- the production of the large volume occupying fiber layer S can be carried out, for example, in a single-step or two-step process.
- a coating mixture comprising a high proportion of material fibers, a small proportion of material grains (US Pat. as binder, among other functions), washcoat additives (especially TiO 2 , SiO 2 and / or Al 2 O 3 ) and optionally active compounds (catalytically active material). Washcoat material may obviate the use of the material grains, which are mainly composed of alumina, for example.
- the fiber structure may be coated as a first layer to form the three-dimensional support structure on which the material grains plus additives plus active
- a simple manufacturing method for the three-dimensional support layer of the figure results from providing a slurry of fibers 5 in a suspension of particles of the above-mentioned oxides or binder in water (or other suitable liquid) such that the fibers and the binder can be applied in a flowable state.
- the support structure is immersed in the suspension and then pulled out again.
- Another possibility is the application by sucking a slurry through the filter material.
- the content of the slurry of solids is adjusted so that a washcoat of suitable thickness is formed on the fibers 5, and that on the support structure a support layer of desired thickness, advantageously in the range of 0.05 mm to 0.7 mm, in particular Range is between 0.15 and 0.5 mm thickness forms.
- this layer After drying (with or without the action of heat), this layer has interconnected interspaces between the individual fibers, which allow a flow of the base layer through diesel engine exhaust gas.
- the dried washcoat material also causes the backing layer to adhere firmly to the support structure.
- the fibers are first applied to the support structure F for the production of the support structure S and provided in a further step with binder and interconnected.
- FIG. 2 shows, in part a, a per se known expanded metal grid in plan view, as it can be used for the production of an expanded metal sintered metal filter. It is a flat, flat metal grid 20 with braces that surround ⁇ flhungen 21.
- Such an expanded metal is a flat material or semi-finished product with openings in the surface, which caused by staggered cuts without material loss, under simultaneous stretching deformation.
- the meshes of the material thus produced are, as shown in part a, usually diamond-shaped, but can also be round or square and are neither braided nor welded. The material can be cut to any size without losing its firm internal cohesion or dissolving.
- Such an expanded metal having openings with a cross-sectional area of about 0.5 to about 5 square millimeters and braces having a width of about 0.1 to about 1 millimeter can be used to form a support structure F according to partial image b or an alternative support structure 26 according to partial image c manufacture.
- Partial image b here shows a periodically continuing section of a support structure F already known from FIG. 1 in a longitudinal section side view, in which the metallic wall sections 2 are formed by the expanded metal grid and the rigid layer 3 made of metal powder sintered with the expanded metal and inserted into the openings 21 of FIG Expanded metal grid has been previously introduced; In Figure 2b and Figure 1, this sintered metal powder is shown in the form of metal balls.
- the rigid layer 3 of sintered metal in the case of a wall flow filter has an open-porous structure and a thickness 24 of 0.1 to 0.8 millimeters, in particular approximately 0.5 millimeters, corresponding to the thickness of the expanded metal grid.
- a metal mesh may be used instead of the expanded metal mesh.
- the rigid layer 3 may also be thicker than the expanded metal mesh and / or the expanded metal mesh cover, wherein the side of the support structure on which the rigid layer projects beyond the expanded metal mesh is subsequently arranged downstream of an application as a filter material.
- Support structure in longitudinal sectional side view is prepared in a similar manner as the structure of Figure 2b, but with the difference that the openings 21 of the expanded metal grid 2 are not completely filled with sintered metal, so that the openings 21 of the expanded metal mesh (except for the open-pore structure the sintered metal regions 3) are sealed, but in the region of these former openings depressions with a height 25 free of sintered metal can still be found.
- This free height 25 is at a thickness 24 of the expanded metal grid of 0.5 millimeters in a range between 0.2 and 0.4 millimeters.
- the only partial filling can be achieved by that the expanded metal mesh is guided when infested with sintered metal powder via a soft, elastic roller or a soft stamp, so that the depth of the expanded metal is filled to a certain extent. During filling, the sintered metal can thus penetrate to an adjustable degree in the expanded metal spaces.
- FIG. 3 shows a periodically continuing section of a further alternative support structure 35 in which the openings of the expanded metal lattice 20 have not been filled with metal powder which has subsequently been sintered, but in which a sintered metal foil 30 is applied, in particular pressed, on one side of the expanded metal lattice , has been.
- This sintered metal foil is still a "green", ie not yet sintered, metal foil consisting of a mixture of a sintered metal powder with a binder at the time of application, this metal foil can be produced by extension or casting and has a thickness which is smaller than that Thickness of the expanded metal lattice After the foil has been struck onto the metal mesh grid under mechanical pressure and heat, in particular by lamination or rolling, a sintering takes place in which the sintered metal also forms an inseparable bond with the metal mesh grid
- the sintered metal foil 30 likewise has an open-pore structure , and the support control 35 has recesses between the Versteebitch the Steeckmetallgitters similar to the illustrated in Figure 2c embodiment of a support structure.
- a fiber layer applied thereto and not shown in detail in FIG. 3 can be dimensioned in its porosity in such a way that it acts as a depth filter as described above.
- the "meshes" of the three-dimensional mesh formed by the interlinked fibers are very wide, especially at a porosity above 70% by volume, preferably above 80%. docks ", due to the large mesh size next to it still sufficient space that more (soot) particles can pass through the pore in question in the fiber layer.
- a sufficient thickness of the fiber layer ensures that particles are trapped with sufficient probability when flying through the fiber layer on a path to the rigid region 3.
- the support structure 35 is also open-pored, but due to the smaller-diameter pores it acts as a surface filter because a pore becomes clogged as soon as a particle settles in this single pore.
- the inventive dimensioning of the porosity of the support structure can also develop their advantageous effect here.
- a fleece or a fiber mat made of ceramic fibers can also be applied on the upstream side to a support structure, which serves for soot filtration and storage.
- the basic material of fiber webs known per se is a ceramic material, for example aluminum oxide.
- the invention using a fiber layer for depth filtration can be applied in particular to all filter substrates or support structures whose filtration principle is based on surface filtration, that is, in particular in sintered metal filters, as known for example from DE 101 28 936, but also in filters with honeycomb structure, i. in filters with adjacent, mutually closed channels symmetric or asymmetric geometry, in which the support structure is constructed for example of silicon carbide, cordierite, mullite and / or aluminum titanate. Even with metal foam filters, the invention can be used. Except for particulate filters, the invention can also be used in other exhaust aftertreatment arrangements, in particular in oxidation catalysts.
- the above information on the length and thickness of the fibers refer to a majority of the fibers. If a value of x is given for the diameter, the proportion of these fibers with a value x +/- 1 micrometer is more than 90 percent. Accordingly, for specifying a fiber length y, more than 90 percent of the fibers have a length y +/- 30 percent. Indicated aspect ratios are to be regarded as mean values.
- FIG. 4 shows a section 40 of a cordierite honeycomb support structure.
- the section is limited to the representation of an inflow channel 42 and an adjacent outflow channel 44.
- the perspective illustration illustrates the flow direction 52 of FIG. 4
- Exhaust gas entering the inflow channel penetrates a wall separating the inflow channel from the outflow channel and finally relieving the particle filter arrangement via the outflow channel 44.
- the outflow channel 44 is closed on the inflow side by means of a closure or a wall 46, so that the exhaust gas can only penetrate into the arrangement via the inflow channel.
- a plurality of such mutually closed on one side and arranged side by side channels forms a honeycomb filter.
- an inflow-side fiber layer 48 is applied to the inner wall thereof, while a respective outflow-side fiber layer 50 is applied to the inner wall of the outflow channels 44.
- the fibers consist essentially, in particular to more than 95 percent, of ⁇ - alumina and of a three to fivefrozen portion of silicon dioxide.
- the fibers have a diameter between 3 to 5 microns and a length greater than 150 microns, which can give a fiber layer porosity in excess of 90 percent.
- the porosity of the support structure can be selected in particular less than 60 percent.
- the fibrous sheet material demands the thermal resistance of the entire assembly.
- the high porosity of the fibrous layers 48 and 50 also adds to the protection against high temperatures because the air trapped in the voids serves as a thermal buffer and reduces spatial temperature gradients.
- the large surface area of the fibers of 150 to 200 square meters per gram can be used in the exemplary embodiment according to FIG. 4 for a catalytic coating. It is possible to introduce upstream fibers that are coated with catalysts to reduce Rußabbrandtemperatur. On the downstream side, however, catalysts can be installed which have a de-nitrogening, ie nitrogen oxides reducing effect to realize an integrated DeNOx catalyst or an oxidizing effect to realize an integrated oxidation catalyst, so that, for example, hydrocarbons and / or carbon monoxide can be oxidized to carbon dioxide.
- the fibers are in this case impregnated in the case of a desired oxidative catalytic activity with platinum, palladium or rhodium, impregnated in the case of a desired abgasentstickenden catalytic activity, for example with barium carbonate.
- the fiber coating 50 can be omitted and only the inflow channels 42 can be provided with a fiber coating (inflow-side fiber layer 48). This opens up the possibility of reducing the area of the flow cross section of the inflow channels at the expense of the area of the
- the filter in its honeycomb geometry asymmetric design.
- FIG. 5 shows a representation of the equilibrium temperatures T in ceramic bodies in a test setup for the detection of the heat-insulating function of a body
- Fiber layer when these ceramic body with a heating power P (shown in the diagram 60 in arbitrary units) intrinsically, ie with a tentatively laid by the ceramic body electrical heating wire, are heated. Shown are temperature curves that describe equilibrium temperatures within the intrinsically heated substrates and temperature profiles that were measured on the surface of the uncoated or the fiber-coated ceramic.
- the set of curves with curves 70, 71 and 72 show the internal temperature within the uncoated or fiber-coated ceramic substrates.
- Curve 70 shows the internal temperature as a function of heating power for an uncoated ceramic, curve 71 for a fiber-coated ceramic having a fiber layer thickness of about 80 microns and Curve 72 in a fiber-coated ceramic, in which the fiber layer has a thickness which is three to four times as large as in the ceramic whose internal temperature profile is shown in curve 71 (fiber layer thickness about 250 to 300 microns).
- the family of curves with the curves 80, 81 and 82 shows the respective outside temperatures in said experimental setup on the surface of the uncoated ceramic or on the fiber layer surface, curve 80 in the uncoated ceramic, curve 81 in the fiber-coated ceramic (layer thickness about 80 micrometers ) and curve 82 in the ceramic whose internal temperature is shown in curve 72.
- the outside temperature of the ceramic body with fiber coating with a single thickness is about 100 degrees Celsius below the value of an uncoated ceramic body. This temperature difference can be increased to over 200 degrees Celsisus in a ceramic with a fiber coating of three to four times the thickness (curve 82).
- curve 81 The outside temperature of the ceramic body with fiber coating with a single thickness
- This temperature difference can be increased to over 200 degrees Celsisus in a ceramic with a fiber coating of three to four times the thickness (curve 82).
- the temperature influence of the hot exhaust gas which first comes into contact with the fiber coating on the substrate, so for example, consisting of cordierite support structure can be significantly minimized.
- the fiber coating protects the substrate from excessive temperatures and increases its service life.
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Abstract
The invention relates to an exhaust gas aftertreatment arrangement for treating the exhaust gas of an internal combustion engine, especially a self-igniting internal combustion engine of a motor vehicle, and to a method for producing a corresponding arrangement. Said arrangement comprises a supporting structure, the exhaust gas interacting with said supporting structure for the treatment thereof. A layer of fibres (S) is arranged on the surface of the supporting structure (F; 26; 35), limiting the porosity thereof. This ensures long-term stability and a high filtration efficiency.
Description
Abgasnachbehandlungsanordnung und Verfahren zur Herstellung einer AbgasnachbehandlungsanordnungExhaust after-treatment arrangement and method for producing an exhaust aftertreatment arrangement
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einer Abgasnachbehandlungsanordnung bzw. einem Verfahren zur Herstellung der Abgasnachbehandlungsanordnung nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Es ist bekannt, Abgas von Kraftfahrzeugen mittels NOx-Speicherkatalysatoren zu entsticken bzw. mittels eines Partikelfϊlters zu entrußen. Aus der WO 01/19493 Al ist bekannt, Röhren aus gepressten Stahlfasern als Filterelemente vorzusehen, wobei die Filterelemente Bereiche unterschiedlicher Porosität aufweisen. Teilweise werden bei Abgasnachbehandlungsanordnungen Katalysatorschichten verwendet, um die Oxydation von CO und Kohlenwasserstoffen in Diesel-Oxydations-Katalysatoren und um dieThe invention is based on an exhaust aftertreatment arrangement or a method for producing the exhaust aftertreatment arrangement according to the preamble of the independent claims. It is known to de-excite exhaust of motor vehicles by means of NOx storage catalysts or to decrypt by means of a Partikelfϊlters. From WO 01/19493 Al is known to provide tubes made of pressed steel fibers as filter elements, wherein the filter elements have regions of different porosity. Partial exhaust gas aftertreatment arrangements use catalyst layers to control the oxidation of CO and hydrocarbons in diesel oxidation catalysts and the
Rußregeneration in Dieselpartikelfϊltern zu verbessern. Es ist beispielsweise aus der WO 01/36097 Al bekannt, Katalysatorschichten (Schichten, die aktives Material, nämlich Katalysatormaterial enthalten) oft zusammen mit einer die Oberfläche vergrößernden, weil unebenen, Beschichtung, einem sogenannten Washcoat, auf eine Grundstruktur aufzutragen.Soil regeneration in Dieselpartikelfϊltern to improve. It is known, for example, from WO 01/36097 A1 to apply catalyst layers (layers containing active material, namely catalyst material), often together with a surface-enlarging, because uneven, coating, a so-called washcoat, to a base structure.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Abgasnachbehandlungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass eine Anordnung mit einer auf eine beispielsweise offenporöse Stützstruktur mit begrenzter Porosität aufgebrachten Faserschicht insbesondere hoher Porosität eine auch gegenüber thermischen Belastungen stabile Struktur gewährleistet, die einen leicht einstellbaren Anteil insbesondere hochporöser Bereiche zur sicheren
effektiven Filterung von Abgasen aufweist. Die faserreiche Oberflächenschicht ermöglicht eine hochporöse Oberflächenstruktur mit großer Oberfläche, wodurch das Druckabfall- Verhalten insbesondere von mit Ruß beladenen Partikelfiltern, beispielsweise Sintermetallfiltern, durch eine Verringerung der Abgasgegendruckzunahme bei Rußbeladung verbessert wird. Mit Hilfe der insbesondere hochporösen bzw. unregelmässigen Faserstruktur bleibt für einen langen Zeitraum (mehr als 50 Prozent eines Regenerationsintervalls) eine Tiefenfiltration aktiv, wodurch ein deutlich geringerer Gegendruckanstieg im Vergleich zu einem Filterungsmechanismus erfolgt, der hauptsächlich auf dem Effekt der Oberflächenfiltration beruht. Bei einer Tiefenfiltration können in vorteilhafter Weise Russpartikel teilweise tief in die Faserstruktur eindringen, bevor sie an die Fasern gebunden werden. Durch die hohe Porosität kommt es nicht zu einem Verschluss einzelner Poren bzw. Öffnungen oder gar zur Ausbildung eines durchgehenden, die gesamte Oberfläche bedeckenden Filterkuchens. Dadurch liegt die Gegendruckzunahme während einer Russbeladung deutlich geringer als bei herkömmlichen Wanddurchflussfiltern, bei denen sich schon im frühen Stadium der Russbeladung ein Filterkuchen ausbildet. Des Weiteren wird ein guter Gas-Feststoffkontakt geschaffen, ein besserer Kontakt für die Oxidation des Abgases und des Rußes ermöglicht und eine größere Fläche für katalytischeThe exhaust aftertreatment arrangement according to the invention or the inventive method for producing the exhaust aftertreatment arrangement with the characterizing features of the independent claims have the advantage that an arrangement with a fiber layer, in particular high porosity, applied to an open-porous support structure with limited porosity, for example, ensures a structure which is also stable against thermal stresses. the one easily adjustable proportion especially highly porous areas for safe effective filtering of exhaust gases. The high-fiber surface layer provides a high surface area porous structure which improves the pressure drop performance of particulate filters loaded with soot, such as sintered metal filters, by reducing exhaust gas backpressure increase with soot loading. With the aid of the particularly highly porous or irregular fiber structure, a deep filtration remains active for a long period of time (more than 50 percent of a regeneration interval), which results in a significantly lower backpressure increase as compared to a filtering mechanism based mainly on the surface filtration effect. In a deep filtration, soot particles can advantageously penetrate partially deeply into the fiber structure before they are bound to the fibers. Due to the high porosity, there is no closure of individual pores or openings or even the formation of a continuous, the entire surface covering the filter cake. As a result, the counterpressure increase during soot loading is significantly lower than with conventional wall flow filters, in which a filter cake is formed even in the early stage of soot loading. Furthermore, a good gas-solid contact is created, a better contact for the oxidation of the exhaust gas and the soot allows and a larger area for catalytic
Beschichtungen insbesondere bei auf Sintermetallfilter integrierten Diesel-Oxydations-Katalysatoren oder bei NOx-Speicher-Katalysatoren bereitgestellt. Um beste Leistung zu erhalten, ist ein guter Kontakt zwischen dem Abgas bzw. dem abgelagerten Ruß und der Abgasnachbehandlungsanordnung beziehungsweise dem Filter oder Katalysator von großer Bedeutung; dieser Kontakt wird in vorteilhafter Weise dadurch gefordert, dass deren wirksame Fläche im Vergleich zu einer Grundfläche derCoatings in particular provided on sintered metal filter integrated diesel oxidation catalysts or NO x storage catalysts. For best performance, good contact between the exhaust gas and the deposited soot and the exhaust aftertreatment device or the filter or catalyst is of great importance; This contact is advantageously required by the fact that their effective area compared to a base of the
Tragstruktur durch dreidimensionale Gestaltung der wirksamen Fläche vergrößert ist. All dies wird mit einer einfach herzustellenden Anordnung gewährleistet, die trotz einer insbesondere hochporösen Faserschicht einen stabilen Aufbau gewährleistet. Mögliche vorgesehene katalytisch aktive Elemente können in der Faserschicht eingebracht werden und brauchen nicht in der Stützstruktur angeordnet werden, so dass die Stabilität der Stützstruktur in vorteilhafter Weise über eine erfindungsgemässeSupport structure is enlarged by three-dimensional design of the effective area. All this is ensured with an easy-to-manufacture arrangement, which ensures a stable construction despite a particularly highly porous fiber layer. Possible provided catalytically active elements can be introduced into the fiber layer and need not be arranged in the support structure, so that the stability of the support structure advantageously via an inventive
Begrenzung der Porosität auf unter 60 Prozent, gewährleistet werden kann, da grossere Porenanteile für ein Vorsehen von katalytisch aktivem Material im Bereich der Stützstruktur nicht mehr erforderlich sind. Die erfindungsgemässe gezielte Anpassung von Faserstruktur und Trägermaterial ermöglicht es, einen zweistufigen Filter bereitszustellen. Dabei übernimmt die erste Stufe, die Faserstruktur, die Filtration des größten Teils der Partikel (mehr als 80 Prozent). Die zweite Filterstufe wird durch dieLimiting the porosity to less than 60 percent, can be guaranteed because larger pore portions for a provision of catalytically active material in the support structure are no longer required. The targeted adaptation of fiber structure and carrier material according to the invention makes it possible to already provide a two-stage filter. Here, the first stage, the fiber structure, takes over the filtration of most of the particles (more than 80 percent). The second filter stage is by the
Stützstruktur gebildet. Die hohe Porosität der ersten Stufe hat beispielsweise einen Filterwirkungsgrad von unterhalb 95 Prozent. Durch die erfindungsgemäße Einstellung der Porosität der Sützstuktur lässt
sich der Filterwirkungsgrad bzw. die Filtrationseffizienz der Kombination von erster und zweiter Stufe bzw. von tiefenfiltrierender Faserschicht und der als Oberflächenfϊlter wirkenden Stützstruktur so einstellen, dass Werte größer als 95 Prozent erzielt werden. Der Prozentsatz gibt hierbei den herausgefilterten anteiligen Volumenstrom an. Dabei sind die Abscheideraten bzw. Porositäten von erster und zweiter Stufe so ausgelegt, dass die Menge der Partikel, die die erste Stufe passieren und daher in der zweiten Stufe abgeschieden werden müssen, so gering ist, dass es in vorteilhafter Weise nicht zu einer Ausbildung eines geschlossenen Filterkuchens unmittelbar auf der Oberfläche der Stützstruktur, also der zweiten Stufe, zu kommen braucht. Die Ausbildung eines geschlossenen Filterkuchen aus abgelagertem Russ im laufenden Filterbetrieb würde zwar die Filtrationseffizienz über die Ausgangsflltrationseffizienz des reinen Materials hinaus erhöhen, jedoch den Abgasgegendruck übergebührlich ansteigen lassen.Support structure formed. For example, the high porosity of the first stage has a filter efficiency of less than 95 percent. By the inventive setting the porosity of the Sützstuktur leaves the filter efficiency or the filtration efficiency of the combination of first and second stage or of deep-filtering fiber layer and the support structure acting as Oberflächenfϊlter set so that values greater than 95 percent can be achieved. The percentage indicates the filtered proportionate volume flow. In this case, the deposition rates or porosities of the first and second stages are designed so that the amount of particles that pass through the first stage and therefore must be deposited in the second stage is so low that it advantageously does not lead to the formation of a closed filter cake immediately on the surface of the support structure, ie the second stage, to come. Although the formation of a closed filter cake of deposited soot in the current filter operation would increase the filtration efficiency beyond the Ausgangsflltrationseffizienz of the pure material addition, but allow the exhaust back pressure excessively increase.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Abgasnachbehandlungsanordnung bzw. des angegebenen Verfahrens zur Herstellung der Abgasnachbehandlungsanordnung möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claims exhaust gas treatment arrangement or the specified method for producing the exhaust aftertreatment arrangement are possible.
Der Einsatz von Sintermetall beim Aufbau der Nachbehandlungsanordnung gewährleistet eine robuste und langlebige Anordnung auch bei extremen thermischen Bedingungen, insbesondere eine flexible Wahl des Aufbaus einer derartigen Anordnung im Vergleich zu keramischen Anordnungen, bei denen man in der Wahlfreiheit des Designs durch die gängigerweise verwendete Fertigungsmethode, nämlich Stranggießen des Keramikkörpers, eingeschränkt ist. Angaben bezüglich der Porosität der Stützstruktur beziehen sich hier im Falle der Verwendung von Streckmetallgittern auf die mit versintertem Sintermetallpulver gefüllten, insbesondere offenporig ausgeführten Streckmetallgitterzwischenräume.The use of sintered metal in the construction of the aftertreatment arrangement ensures a robust and durable arrangement even under extreme thermal conditions, in particular a flexible choice of the structure of such an arrangement compared to ceramic arrangements, in which the choice of design by the commonly used manufacturing method, namely Continuous casting of the ceramic body is limited. Information relating to the porosity of the support structure here relate in the case of the use of expanded metal mesh to the filled with sintered sintered metal powder, in particular open-pore expanded metal mesh interstices.
Wird die Abgasnachbehandlungsanordnung als Partikelfilter unter Verwendung von Sintermetall ausgeführt, hat diese eine größere Lebensdauer als vergleichbare Keramikfilter. Aufgrund der Designfreiheit kann die Filterkonstruktion so gewählt werden, dass bei einer stets erforderlichen Regeneration des Filters zum Abbrand angesammelten Russes der Beginn des Russabbrands an mehreren Stellen gleichzeitig erfolgt und nicht nur auf einer Seite des Filters, wie es normalerweise beiIf the exhaust aftertreatment device is designed as a particle filter using sintered metal, this has a longer life than comparable ceramic filters. Due to the freedom of design, the filter design can be chosen so that with an always required regeneration of the filter to burn off accumulated soot, the onset of soot burns occurs in several places simultaneously and not just on one side of the filter, as is usually the case
Keramikfiltern der Fall ist. Dadurch ergibt sich eine ausgewogenere und damit lebensdauererhöhende thermische Beanspruchung. Der Abgasgegendruck eines Sintermetallfilters wird in vorteilhafter Weise
verkleinert infolge eines Synergieeffekts bei der Kombination einer Faserschicht mit Tiefenfilterwirkung und des Oberflächenfϊlters aus Sintermetall. Die als Tiefenfilter wirkende Faserschicht bildet keinen die durchgängigen Poren der Faserschicht verschließenden Filterkuchen aus, wodurch ein nur geringer Abgasgegendruck auch bei schon vorangeschrittenem Alter des Partikelfϊlters bzw. der durchflussfϊlternden Anordnung gewährleistet ist. Dies ist in vorteilhafter Weise kombiniert mit der als Oberflächenfilter wirkenden Grenzschicht zwischen der Faserschicht und dem Sintermetallvolumen, die eine hohe Filtrationseffizienz aufweist. Des Weiteren ist bei geringer Schichtdicke eine auch ohne Verwendung katalytischen Materials hochaktive Oberfläche gegeben, integriert in eine mechanisch robuste und stabile Anordnung beziehungsweise Stützstruktur.Ceramic filters is the case. This results in a more balanced and thus life-increasing thermal stress. The exhaust gas back pressure of a sintered metal filter is advantageously reduced due to a synergy effect in the combination of a fiber layer with depth filter effect and the Oberflächenfϊlters sintered metal. The fiber layer acting as a depth filter does not form any filter cake which closes the continuous pores of the fiber layer, as a result of which only a low exhaust backpressure is ensured even if the particle filter or the flow-through arrangement is already advanced. This is advantageously combined with the surface filter acting as a boundary layer between the fiber layer and the sintered metal volume, which has a high filtration efficiency. Furthermore, given a small layer thickness, a highly active surface is also present without the use of catalytic material, integrated into a mechanically robust and stable arrangement or support structure.
Beispielsweise bei einem Sintermetall-Partikelfilter mit Taschen aus Sintermetall können die Filtertaschen dadurch enger benachbart angeordnet werden, ohne dass ein gewisser Mindestabstand zwischen den Wänden benachbarter Filtertaschen insbesondere am abströmseitigen Ende eines Filters gemäß DE 102 23 452 Al unterschritten wird, der den Abgasgegendruck leicht ansteigen lassen kann. Zur Gewährleistung einer optimalen Funktion der Faserschicht braucht dabei, egal ob bei Sintermetall- Partikelfiltern oder bei Wabenfiltern, der Abstand gegenüberliegender Filterwände, genauer gesagt, der Abstand gegenüberliegender Oberflächen bzw. Wände von Stützstrukturen (ohne Einbezug der Faserschichten), nur noch grösser als 0,5 Millimeter sein, idealerweise grösser als 1,2 Millimeter.For example, in the case of a sintered metal particle filter with pockets made of sintered metal, the filter pockets can be arranged closer together without a certain minimum distance between the walls of adjacent filter bags, in particular at the downstream end of a filter according to DE 102 23 452 Al is exceeded, which can increase the exhaust back pressure slightly can. To ensure optimal functioning of the fiber layer, regardless of whether sintered metal particle filters or honeycomb filters, the distance of opposite filter walls, more precisely, the distance of opposite surfaces or walls of support structures (without inclusion of the fiber layers), only greater than 0, 5 mm, ideally greater than 1.2 mm.
Wird eine sehr hohe Faserschicht-Porosität gewählt, so führt eine solchermassen ausgeführte großvolumige Schicht im Falle eines Partikelfilters zu einem besonders lockeren, stärker reaktiven Niederschlag des Rußes. Eine derartige Ausführungsform eignet sich daher in vorteilhafter Weise besonders zur Sammlung und lockeren Speicherung von Ruß.If a very high fibrous layer porosity is selected, then such a large-volume layer designed in the case of a particle filter leads to a particularly loose, more reactive precipitate of the carbon black. Such an embodiment is therefore particularly advantageous for the collection and loose storage of soot.
Vorteilhaft ist insbesondere die Verwendung langer Fasern, weil mit langen Fasern Gesundheitsgefahren vermieden und darüber hinaus sehr leicht eine hohe Faserschichtporosität eingestellt werden kann.Particularly advantageous is the use of long fibers, because with long fibers health hazards avoided and beyond very easily a high fiber layer porosity can be adjusted.
Der Washcoat verstärkt in vorteilhafter Weise die Haftung zwischen katalytisch aktivem Material und der Faserstruktur und vergrößert im Falle mit Washcoat beschichteter Fasern die aktive Faseroberfläche nochmals. Des Weiteren ist von Vorteil, dass bei Verwendung eines Washcoats zum Verbinden derThe washcoat advantageously enhances the adhesion between catalytically active material and the fiber structure and, in the case of washcoated fibers, further increases the active fiber surface area. Furthermore, it is advantageous that when using a washcoat to connect the
Fasern ein besonderes Bindemittel nicht nötig ist und die Herstellung einfach und kostengünstig ist.
Fasern mit einem Durchmesser von 1 bis 10 Mikrometern, insbesondere von 3 bis 8 Mikrometern, gewährleisten eine hohe aktive Faseroberfläche bei gleichzeitiger gesundheitlicher Unbedenklichkeit, indem ein Krebsrisiko vermieden wird, was bestünde, wenn noch feinere Fasern verwendet würden.Fibers a special binder is not necessary and the production is easy and inexpensive. Fibers with a diameter of 1 to 10 micrometers, especially 3 to 8 micrometers, ensure a high active fiber surface area while maintaining health safety by avoiding cancer risk, which would be if even finer fibers were used.
Vorteilhaft ist es ferner, eine Flächengewicht der Faserschicht in einem Bereich zwischen 15 und 200 Gramm pro Quadratmeter vorzusehen.It is also advantageous to provide a basis weight of the fiber layer in a range between 15 and 200 grams per square meter.
Es erweist sich insbesondere als vorteilhaft, die Porosität der Stützstruktur zwischen 30 und 60 Prozent, vorzugsweise zwischen 45 und 60 Prozent, einzustellen. Eine obere Begrenzung der Porosität aufwerte unter 60 Prozent gewährleistet in vorteilhafter Weise eine ausreichende Filterwirkung desIt proves particularly advantageous to adjust the porosity of the support structure between 30 and 60 percent, preferably between 45 and 60 percent. An upper limit of the porosity values below 60 percent advantageously ensures a sufficient filtering effect of the
Trägermaterials, insbesondere im Falle von Stützstrukturen, in die keine katalytisch aktiven Elemente aufgebracht bzw. eingebracht sind bzw. im Falle von Stützstrukturen, bei denen Faserschichten ohne katalytisch aktive Elemente aufgebracht sind. Eine untere Begrenzung der Porosität der Stützstruktur auf minimal 30 Prozent hat den Vorteil eines geringen Strömungswiderstands des Filtermaterials, insbesondere bei einer unteren Begrenzung auf minimal 45 Prozent. Es erweist sich weiterhin insbesondere als vorteilhaft, die Porosität der Faserstruktur in einem Bereich zwischen 70 und 90 Prozent, insbesondere größer als 80 Prozent, einzustellen. Letzteres kann insbesondere vorteilhaft durch die Verwendung von Fasern verwirklicht werden, die eine Länge in einem Bereich zwischen 40 und 500 Mikrometern aufweisen, vorzugsweise größer als 150 Mikrometer. Zur Gewährleistung einer sehr hohen Filtrationseffizienz in Kombination mit einer stabilen Stützstruktur ist es vorteilhaft, die Dicke der Faserschicht in einem Bereich zwischen 50 und 700 Mikrometer einzustellen, idealerweise in einem Bereich zwischen 150 und 500 Mikrometer.Support material, in particular in the case of support structures, in which no catalytically active elements are applied or introduced or in the case of support structures in which fiber layers are applied without catalytically active elements. A lower limit of the porosity of the support structure to a minimum of 30 percent has the advantage of a low flow resistance of the filter material, in particular with a lower limit to a minimum of 45 percent. It also proves particularly advantageous to adjust the porosity of the fiber structure in a range between 70 and 90 percent, in particular greater than 80 percent. The latter can be realized particularly advantageously by the use of fibers having a length in a range between 40 and 500 microns, preferably greater than 150 microns. To ensure a very high filtration efficiency in combination with a stable support structure, it is advantageous to set the thickness of the fibrous layer in a range between 50 and 700 microns, ideally in a range between 150 and 500 microns.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, die Stützstruktur aus einem Cordierit-Material herzustellen, das von einer Faserbeschichtung in besonderer Weise profitiert. Die aus wärmeisolierendem und hitzebeständigem Material bestehenden Fasern dienen als Wärmespeicher, wodurch das darunter liegende Substrat aus an sich thermisch nicht so stark belastbarem Cordierit vor zu hohen Temperaturen geschützt wird, was die thermische Belastbarkeit des Gesamtaufbaus erhöht.
ZeichnungFurthermore, it is advantageous to produce the support structure from a cordierite material, which benefits in a special way from a fiber coating. The existing of heat-insulating and heat-resistant material fibers serve as a heat storage, whereby the underlying substrate is protected from too thermally not so strong cordierite against excessive temperatures, which increases the thermal capacity of the overall structure. drawing
Ausfuhrungsbeispiele der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanordnung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dort bezeichnet Washcoat teils die gebrauchsfertige Schicht, teils das Material, aus dem die eigentliche Schicht hergestellt wird. Ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines erfindungsgemäßen Abgasfϊlters ist in Figur 1 dargestellt. Sie zeigt schematisch in einer einen Längsschnitt und eine perspektivische Ansicht kombinierenden Darstellung einen Ausschnitt aus einem Katalysator bzw. katalytisch beschichteten Abgasfϊlter mit einer dreidimensionalen Tragstruktur, die auf einer Stützstruktur abgestützt und von dieser gehalten ist. Figur 2 a-c zeigt den Aufbau verschiedener Stützstrukturen, Figur 3 einen alternativen Aufbau einer Stützstruktur. Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer Abgasnachbehandlungsanordnung mit einer Wabenstruktur, Figur 5 ein Temperaturdiagramm.Exemplary embodiments of the exhaust aftertreatment arrangement according to the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Here Washcoat refers partly to the ready-to-use layer, partly to the material from which the actual layer is made. An embodiment of a part of a Abgasfϊlters invention is shown in Figure 1. It shows schematically in a longitudinal section and a perspective view combining representation of a section of a catalyst or catalytically coated Abgasfϊlter with a three-dimensional support structure which is supported on a support structure and held by this. Figure 2 a-c shows the structure of various support structures, Figure 3 shows an alternative structure of a support structure. Figure 4 shows a section of an exhaust aftertreatment device with a honeycomb structure, Figure 5 is a temperature diagram.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Abgasnachbehandlungsanordnung für hauptsächlich katalytisch - aber auch nicht-katalytisch - unterstützte Rußfϊlterung auf Sintermetallbasis (aber auch für andere Rußfϊltersysteme). Eine Verbesserung ist die Verwendung eines hohen Anteils (Verhältnisses) von Fasern, insbesondere langen Fasern. Wenn sie auf Filtermaterialien bzw. auf eine Stützstruktur aufgebracht oder aufgeschichtet werden, erlauben diese Fasern, dass sich hochporöse, dreidimensionale Tragstrukturen für Katalysatormaterial von 0,05 mm bis 0,7 mm Dicke und einer Porosität von mindestens 70 % ausbilden. Die Stützstruktur F selbst dient somit als Träger für eine dünne SchichtFIG. 1 shows a detail of an exhaust aftertreatment arrangement for mainly catalytically-but also non-catalytically-supported soot loading on sintered metal base (but also for other sootblower systems). An improvement is the use of a high proportion of fibers, especially long fibers. When applied or stacked on filter materials or on a support structure, these fibers allow highly porous, three-dimensional support structures for catalyst material of 0.05 mm to 0.7 mm thickness and a porosity of at least 70% to form. The support structure F itself thus serves as a support for a thin layer
(oder mehrere Schichten) von Fasern, insbesondere gering mit Washcoat beschichteten Fasern, die als Tragstruktur für das katalytische aktive Material dienen und dieses Material (in seiner räumlichen Lage) stabilisieren können. Die Figur 1 zeigt eine Stützstruktur F, die Teil eines Katalysators für Dieselmotoren ist. Die Stützstruktur F weist metallische Wandabschnitte 2 auf, zwischen denen eine im Beispiel aus versintertem Sintermetallpulver gebildete starre Schicht 3 angeordnet ist, auf der eine dreidimensionale Tragstruktur S abgestützt und mit der Stützstruktur so ausreichend fest verbunden ist, wie dies ein zuverlässiger Betrieb des Katalysators erfordert.
Die Tragstruktur S weist Fasern 5 auf, die im Beispiel aus Keramik bestehen. Die Fasern 5 sind im Beispiel gerade Abschnitte mit begrenzter Länge. Jede einzelne Faser 5 ist im Längsschnitt dargestellt. Die einzelnen Fasern 5 sind in einem dreidimensionalen, regellosen Zustand angeordnet. Die Fasern 5 sind fast alle unter anderem zwecks Vergrößerung der Oberfläche mit einer Beschichtung, einem sogenannten Washcoat 6, beschichtet, die eine unregelmäßige Außenkontur hat und die Fasern auf deren gesamten Umfang umgibt. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann der Washcoat auch die Enden der Fasern 5 bedecken. Einige Fasern 5 sind in der Figur ohne Washcoat gezeigt; dies kann sich zufällig so ergeben, kann aber auch bei der Herstellung beabsichtigt sein. Der Washcoat 6 trägt auf seiner Außenseite aktives Material 8, nämlich Katalysatormaterial. Dieses ist in der Figur durch einzelne sehr kleine Kügelchen symbolisiert. Damit soll angedeutet werden, dass das aktive Material 8 nicht unbedingt großflächig oder vollständig alle Fasern umhüllen muss, sondern dass es ausreichen mag, wenn das aktive Material als eine mehr oder weniger stark unterbrochene Schicht auf dem Washcoat aufgebracht ist. Wie die Figur 1 zeigt, liegen die einzelnen Fasern 5 in einer Richtung rechtwinklig zur Zeichenebene betrachtet teilweise ganz unten, teilweise ganz oben, teilweise erstrecken sie sich von ganz unten bis ganz oben, sie füllen also den von ihnen gebildeten Raum dreidimensional aus und bilden dabei eine räumliche Struktur, die der eines Vlieses (auf Englisch „non-woven fabric") ähnlich ist. So ergibt sich also eine Tragstruktur S für katalytisch aktives Material für ein Verbrennungskraftmaschinen- Abgasfilter, deren wirksame Fläche im Vergleich zu einer Grundfläche der Tragstruktur durch dreidimensionale Gestaltung der wirksamen Fläche vergrößert ist. Die Tragstruktur S weist mit den zwischen den Fasern befindlichen Raumbereichen offenporige Hohlräume auf, wobei die Fasern 5 untereinander im Bereich von einander benachbarten Bereichen durch ein Bindemittel verbunden sind. Wahlweise kann das katalytisch aktive Material auf den Fasern auch weggelassen werden.(or multiple layers) of fibers, particularly low washcoat coated fibers, which serve as a supporting structure for the catalytic active material and can stabilize this material (in its spatial position). 1 shows a support structure F, which is part of a catalyst for diesel engines. The support structure F has metallic wall sections 2, between which a rigid layer 3 formed in the example of sintered sintered metal powder is arranged, on which a three-dimensional support structure S is supported and connected to the support structure sufficiently firmly as required for reliable operation of the catalyst. The support structure S has fibers 5, which are made of ceramic in the example. The fibers 5 in the example are straight sections of limited length. Each individual fiber 5 is shown in longitudinal section. The individual fibers 5 are arranged in a three-dimensional, random state. The fibers 5 are almost all coated, inter alia, to increase the surface with a coating, a so-called washcoat 6, which has an irregular outer contour and surrounds the fibers on the entire circumference. Although not shown in the drawing, the washcoat may also cover the ends of the fibers 5. Some fibers 5 are shown in the figure without washcoat; This may happen by chance, but may also be intended during manufacture. The washcoat 6 carries on its outside active material 8, namely catalyst material. This is symbolized in the figure by individual very small globules. This is intended to indicate that the active material 8 does not necessarily have to cover all fibers over a large area or completely, but that it may be sufficient if the active material is applied to the washcoat as a more or less interrupted layer. As FIG. 1 shows, the individual fibers 5 are in a direction at right angles to the plane of the drawing partly at the bottom, partially at the top, partially extending from the very bottom to the top, thus filling the space formed by them three-dimensionally and forming it a structure similar to that of a nonwoven fabric ("nonwoven fabric") Thus, there is a support structure S for catalytically active material for an internal combustion engine exhaust gas filter, the effective area compared to a base of the support structure by three-dimensional The supporting structure S has open-pore cavities with the spatial regions between the fibers, the fibers 5 being connected to one another in the region of mutually adjacent regions by a binder, or alternatively the catalytically active material may be omitted on the fibers become.
Der Zusammenhalt der Fasern 5 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Washcoat 6, der nach der Herstellung fest ist, wobei eine vorzugsweise eine geringe Washcoatbeschichtung von maximal bis zu 80 Gramm pro Liter Filtervolumen gewählt wird, oder durch anorganische Bindermaterialien (Bindemittel, siehe oben) im Bereich der Berührungspunkte der Fasern 5 bewerkstelligt. Es müssen nicht unbedingt alle Berührungspunkte oder benachbarten Bereiche der Fasern fest miteinander verbunden sein. Im Beispiel ist die Schicht 3 der Stützschicht bzw. Stützstruktur F ausThe cohesion of the fibers 5 in the present embodiment by the washcoat 6, which is fixed after the preparation, with a preferably a low washcoat coating of up to 80 grams per liter filter volume is selected, or by inorganic binder materials (binder, see above) in Area of contact points of the fibers 5 accomplished. It is not essential that all points of contact or adjacent areas of the fibers are firmly joined together. In the example, the layer 3 of the support layer or support structure F is made
Sintermetallpulver gebildet, das durch Sintern verfestigt worden ist und offenporige gasdurchlässige Zwischenräume aufweist, so dass sich insgesamt ein Sintermetallfilter (SMF) ergibt. Die
Strömungsrichtung des zu reinigenden Abgases ist in der Darstellung der Figur von oben nach unten. Die Tragschicht bzw. Tragstruktur S (Faserschicht) mit dem darauf befindlichen katalytisch aktiven Material fängt im Beispiel Ruß aus den Dieselabgasen ab, und wandelt diesen Ruß unter Mitwirkung des aktiven Materials 8 bei Anwesenheit von Sauerstoff (und/oder NO2) in CO2 um. Je nach Anwendung, sprich Art des Washcoats, bewirkt das aktive Material 8 außerdem eine Umwandlung von Stickoxyden (NOx) in Stickstoff und Sauerstoff.Sintered metal powder is formed, which has been solidified by sintering and having open-pore gas-permeable spaces, so as to give a total of a sintered metal filter (SMF). The Flow direction of the exhaust gas to be cleaned is in the illustration of the figure from top to bottom. The support layer or support structure S (fibrous layer) with the catalytically active material located thereon in the example captures soot from the diesel exhaust gases, and converts this soot in cooperation with the active material 8 in the presence of oxygen (and / or NO 2 ) in CO 2 , Depending on the application, ie type of washcoat, the active material 8 also causes a conversion of nitrogen oxides (NO x ) into nitrogen and oxygen.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung ist die Schicht 3 gasundurchlässig, und der Strom des Abgases verläuft in der Darstellung der Figur 1 in waagrechter Richtung. In diesem Fall ist die Stützstruktur als Durchfluss-Substrat ausgebildet, das heißt die Stützstruktur ist nicht offenporös, weist also keine durch Wände hindurchgehende für Gas durchlässige Poren auf, sondern ist allenfalls an der Oberfläche zur Vergrößerung der Gaskontaktfläche porös. Eine solche auf Englisch als „Flow- Through"- Anordnung bezeichnete Vorrichtung wie beispielsweise ein Oxidationskatalysator, insbesondere ein Diesel-Oxidationskatalysator, kann neben Metall bzw. Sintermetall auch aus Siliziumcarbid oder Cordierit hergestellt sein.In other embodiments of the invention, the layer 3 is gas-impermeable, and the flow of the exhaust gas in the illustration of Figure 1 in the horizontal direction. In this case, the support structure is formed as a flow-through substrate, that is, the support structure is not porous, so has no passing through walls for gas-permeable pores, but at best on the surface to increase the gas contact surface is porous. Such a device, referred to in English as a "flow-through" arrangement such as an oxidation catalyst, in particular a diesel oxidation catalyst, may be made of silicon carbide or cordierite in addition to metal or sintered metal.
Die Porosität der Tragschicht S ist im Beispiel mindestens 70 %, vorzugsweise 80 bis zirka 90 %. Als Porosität der Tragschicht bzw. Faserschicht wird hierbei der Anteil der Leerräume der Tragschicht im Verhältnis zu dem durch die äußere Umgrenzung der Tragschicht gebildeten Volumen bezeichnet. Die Fasern 5 haben einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 Mikrometern, im obigenThe porosity of the base layer S in the example is at least 70%, preferably 80 to about 90%. In this case, the porosity of the base layer or fiber layer is the proportion of the voids of the base layer in relation to the volume formed by the outer boundary of the base layer. The fibers 5 have a diameter in the range of 1 to 10 micrometers, in the above
Ausführungsbeispiel eine Dicke von zirka 5 Mikrometern. Es ist vorteilhaft, Fasern mit einer Dicke in einem Bereich zwischen 3 und 8 Mikrometern zu verwenden, da diese ein ausreichende thermomechanische Festigkeit aufweisen und eine ausreichend große aktive Oberfläche zur Verfügung stellen. Die Fasern weisen eine Länge im Beispiel von etwa 40 bis 500 μm auf, idealerweise sind sie länger als 150 μm. Längere Fasern eignen sich insbesondere zur Bildung eines dreidimensionalenEmbodiment, a thickness of about 5 micrometers. It is advantageous to use fibers having a thickness in a range between 3 and 8 microns, as these have sufficient thermo-mechanical strength and provide a sufficiently large active surface area. The fibers have a length in the example of about 40 to 500 microns, ideally they are longer than 150 microns. Longer fibers are particularly suitable for forming a three-dimensional
Gebildes einer Tragstruktur auch in einer gewickelten, gewebten, gekräuselten oder geflochtenen Anordnung, somit in einer unregelmäßigen oder auch regelmäßigen Anordnung. Eine gewebte Anordnung kann vorzugsweise in Leinenbindung hergestellt sein, sie weist eine erste Lage paralleler Fasern auf, über der eine zweite parallele Lage von Fasern mit um 90° versetzter Längsrichtung angeordnet ist, deren Fasern mit denen der ersten Lage wie bei einem Leinengewebe verwoben sindStructure of a support structure in a wound, woven, curled or braided arrangement, thus in an irregular or even regular arrangement. A woven fabric may preferably be fabricated in linen weave, having a first layer of parallel fibers over which is disposed a second parallel layer of 90 ° longitudinal fibers whose fibers are interwoven with those of the first layer as in a linen fabric
(Tragstruktur mit nach einem Ordnungsprinzip angeordneten Fasern). Die in der Tragstruktur S enthaltenen Fasern haben eine aktive Faseroberfläche von mindestens 0,5 Quadratmeter pro Gramm
Fasergewicht. Bei Verwendung rauer Fasern kann in vorteilhafter Weise ein aktive Faseroberfläche erzielt werden, die den Wert von 20 Quadratmeter pro Gramm Fasergewicht übersteigt. Als aktives Material kommt jedes für Rußkatalysatoren und/oder NOx-Speicher-Katalysatoren geeignete Material in Betracht. Im Beispiel ist ein Material auf Edelmetallbasis, z.B. auf Platinbasis, als aktives Material vorgesehen. Alternativ kann auch Palladium, Rhodium und Mischungen der genannten Materialien vorgesehen sein, aber auch andere Metalle bzw. Metallgemische, die zum Beispiel Cer, Lanthan, Silber und deren Oxide enthalten. Zusätzlich zu der genannten Wirkung bei der Umsetzung von Ruß und NOx unterstützt das aktive Material 8 auch die Umsetzung von CO in CO2 und von Kohlenwasserstoffen im Abgas in Wasser und CO2. Dabei liegt der Edelmetallgehalt, also der Gehalt katalytisch aktiven Materials, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,6 und 10 Gramm pro Liter Filtervolumen. Das(Support structure with arranged according to an order principle fibers). The fibers contained in the support structure S have an active fiber surface area of at least 0.5 square meters per gram Fiber weight. When using rough fibers, an active fiber surface can be advantageously achieved which exceeds the value of 20 square meters per gram fiber weight. As active material, any material suitable for soot catalysts and / or NOx storage catalysts is contemplated. In the example, a material based on precious metals, for example based on platinum, is provided as the active material. Alternatively, palladium, rhodium and mixtures of said materials may be provided, but also other metals or metal mixtures containing, for example, cerium, lanthanum, silver and their oxides. In addition to the above effect in the reaction of soot and NOx, the active material 8 also supports the conversion of CO into CO 2 and of hydrocarbons in the exhaust gas into water and CO 2 . In this case, the noble metal content, ie the content of catalytically active material, is preferably in a range between 0.6 and 10 grams per liter of filter volume. The
Material der Fasern, Keramik, ist im Ausführungsbeispiel Al2O3. Stattdessen, oder in Mischung, können für die Keramik bei Ausführungsformen der Erfindung TiO2, SiO2, Zirkonoxid, Ceroxid, Lanthanoxid oder Molybdänoxid vorgesehen sein. Der Washcoat mag aus denselben soeben genannten Oxyden gebildet sein, entweder eines der Oxyde, oder eine Mischung. Im Beispiel ist hier ebenfalls Al2O3 vorgesehen.Material of the fibers, ceramic, is in the exemplary embodiment Al 2 O 3 . Instead, or in mixture, for the ceramic in embodiments of the invention TiO 2 , SiO 2 , zirconium oxide, cerium oxide, lanthanum oxide or molybdenum oxide may be provided. The washcoat may be formed from the same just-mentioned oxides, either one of the oxides, or a mixture. In the example, Al 2 O 3 is also provided here.
Die verwendete Stützstruktur F hat im Falle der Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsanordnung als Wanddurchflussfilter (engl, „wall-flow filter"), insbesondere als Filtertaschen aufweisender Sintermetallpartikelfilter ähnlich wie in der DE 10301037 beschrieben, bevorzugt einen mittleren Porendurchmesser, der größer als 6 Mikrometer ist. Dabei ist der Anteil von Poren mit einemThe support structure F used in the case of the configuration of the exhaust aftertreatment arrangement as a wall-flow filter, in particular as sintered metal particle filter having filter pockets similar to that described in DE 10301037, preferably has an average pore diameter which is greater than 6 microns is the percentage of pores with one
Porendurchmesser oberhalb von 10 Mikrometer an der Gesamtzahl von Poren in der Stützstruktur größer als 10 Prozent, und die Porosität der Stützstruktur hat einen Wert zwischen 30 und 60 Prozent. Bei einem Filtertaschen aufweisenden Sintermetallpartikelfilter, bei dem die Wände der Filtertaschen zumindest teilweise aus einem Streckmetallgitter und in den Öffnungen des Streckmetallgitters angeordnetem Sintermetall bestehen (siehe weiter unten), beziehen sich die obigen Angaben hinsichtlich mittlerem Porendurchmesser, Porenanteil mit Poren größer als 10 Mikrometer und Porosität auf die Bereiche der Filtertaschenwände, die durch das offenporöse Sintermetall zwischen den Streckmetallgitterstegen gebildet werden. Alternativ kann die Stützstruktur auch als Wanddurchflussfilter ausgebildet sein, beispielsweise als Siliziumcarbid-Filter oder als Filter, das aus Cordierit hergestellt ist, mit entsprechenden Porendimensionierungen und Porenanteilen amPore diameters above 10 microns in the total number of pores in the support structure greater than 10 percent, and the porosity of the support structure has a value between 30 and 60 percent. In a sintered metal particulate filter bag having filter pockets in which the walls of the filter bags consist at least partially of an expanded metal grid and sintered metal disposed in the openings of the expanded metal grid (see below), the above information relates to mean pore diameter, pore fraction with pores greater than 10 micrometers, and porosity to the areas of the filter pocket walls formed by the open porous sintered metal between the expanded metal mesh webs. Alternatively, the support structure may also be formed as a wall flow filter, for example as a silicon carbide filter or as a filter, which is made of cordierite, with appropriate pore dimensions and pore proportions on
Gesamtvolumen, mit dem Vorteil eines geringen Abgasgegendrucks gepaart mit hoher Filtrationseffizienz.
Die Herstellung der ein grosses Volumen einnehmenden Faserschicht S kann zum Beispiel erfolgen in einem Verfahren mit einem einzigen Schritt oder in zwei Schritten: Für das Verfahren mit einem einzigen Schritt der Beschichtung wird eine Beschichtungsmischung mit einem hohen Anteil von Materialfasern, einem kleinen Anteil von Materialkörnern (als Binder, neben anderen Funktionen), Washcoat- Additiven (insbesondere TiO2, SiO2 und / oder Al2O3 )und wahlweise aktiven Verbindungen (katalytisch wirksames Material) verwendet. Washcoat-Material kann die Verwendung der Materialkörner, die beispielsweise hauptsächlich aus Aluminiumoxid bestehen, entbehrlich machen. Falls nötig oder erwünscht, kann die Faser-Struktur als eine erste Schicht aufgeschichtet werden, um die dreidimensionale Tragstruktur zu bilden, auf der die Materialkörner plus Additive plus aktiveTotal volume, with the advantage of low exhaust backpressure coupled with high filtration efficiency. The production of the large volume occupying fiber layer S can be carried out, for example, in a single-step or two-step process. For the single-step coating process, a coating mixture comprising a high proportion of material fibers, a small proportion of material grains (US Pat. as binder, among other functions), washcoat additives (especially TiO 2 , SiO 2 and / or Al 2 O 3 ) and optionally active compounds (catalytically active material). Washcoat material may obviate the use of the material grains, which are mainly composed of alumina, for example. If necessary or desired, the fiber structure may be coated as a first layer to form the three-dimensional support structure on which the material grains plus additives plus active
Verbindungen in einem zweiten Schritt aufgeschichtet werden. Ein einfaches Herstellungsverfahren für die dreidimensionale Tragschicht der Figur ergibt sich dadurch, dass eine Aufschlämmung von Fasern 5 in einer Suspension von Partikeln der oben genannten Oxyde bzw. des verwendeten Bindemittels in Wasser (oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit) bereitgestellt wird, so dass die Fasern und das Bindemittel in fließfähigem Zustand aufgebracht werden können. Dabei wird die Stützstruktur in die Suspension eingetaucht und anschließend wieder herausgezogen. Eine weitere Möglichkeit ist die Aufbringung durch Durchsaugen einer Aufschlämmung durch das Filtermaterial. Der Gehalt der Aufschlämmung an Feststoffen wird so eingestellt, dass sich auf den Fasern 5 ein Washcoat mit geeigneter Dicke ausbildet, und dass auf der Stützstruktur eine Tragschicht gewünschter Dicke, die vorteilhaft im Bereich von 0,05 mm bis 0,7 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,15 und 0,5 mm Dicke liegt, ausbildet. Nach dem Trocknen (mit oder ohne Wärmeeinwirkung) weist diese Schicht zwischen den einzelnen Fasern miteinander in Verbindung stehende Hohlräume auf, die ein Durchströmen der Tragschicht durch Dieselmotor-Abgas ermöglichen. Das getrocknete Washcoatmaterial bewirkt auch ein festes Haften der Tragschicht an der Stützstruktur. In einem alternativen Herstellungsverfahren werden zur Herstellung der Tragstruktur S die Fasern zunächst auf die Stützstruktur F aufgebracht und in einem weiteren Schritt mit Bindemittel versehen und miteinander verbunden.Compounds are piled up in a second step. A simple manufacturing method for the three-dimensional support layer of the figure results from providing a slurry of fibers 5 in a suspension of particles of the above-mentioned oxides or binder in water (or other suitable liquid) such that the fibers and the binder can be applied in a flowable state. The support structure is immersed in the suspension and then pulled out again. Another possibility is the application by sucking a slurry through the filter material. The content of the slurry of solids is adjusted so that a washcoat of suitable thickness is formed on the fibers 5, and that on the support structure a support layer of desired thickness, advantageously in the range of 0.05 mm to 0.7 mm, in particular Range is between 0.15 and 0.5 mm thickness forms. After drying (with or without the action of heat), this layer has interconnected interspaces between the individual fibers, which allow a flow of the base layer through diesel engine exhaust gas. The dried washcoat material also causes the backing layer to adhere firmly to the support structure. In an alternative manufacturing method, the fibers are first applied to the support structure F for the production of the support structure S and provided in a further step with binder and interconnected.
Figur 2 zeigt in Teilbild a ein an sich bekanntes Streckmetallgitter in Draufsicht, wie es für die Herstellung eines Streckmetall-Sintermetallfilters Verwendung finden kann. Es handelt sich dabei um ein flaches, ebenes Metallgitter 20 mit Verstrebungen, die Öflhungen 21 umschließen. Ein derartiges Streckmetall ist ein flaches Material beziehungsweise Halbzeug mit Öffnungen in der Fläche, welches
durch versetzte Schnitte ohne Materialverlust, unter gleichzeitig streckender Verformung entstehen. Die Maschen des so gefertigten Materials sind, wie auch in Teilbild a dargestellt, meist rautenförmig, können aber auch rund oder quadratisch sein und sind weder geflochten noch geschweisst. Das Material kann auf jedes beliebige Maß zugeschnitten werden, ohne seinen festen inneren Zusammenhalt zu verlieren oder sich aufzulösen. Ein solches Streckmetall mit Öffnungen mit einer Querschnittsfläche von zirka 0,5 bis zirka 5 Quadratmillimeter und Verstrebungen mit einer Breite von zirka 0,1 bis zirka 1 Millimeter kann dazu verwendet werden, eine Stützstruktur F gemäß Teilbild b oder eine alternative Stützstruktur 26 gemäß Teilbild c herzustellen.FIG. 2 shows, in part a, a per se known expanded metal grid in plan view, as it can be used for the production of an expanded metal sintered metal filter. It is a flat, flat metal grid 20 with braces that surround Öflhungen 21. Such an expanded metal is a flat material or semi-finished product with openings in the surface, which caused by staggered cuts without material loss, under simultaneous stretching deformation. The meshes of the material thus produced are, as shown in part a, usually diamond-shaped, but can also be round or square and are neither braided nor welded. The material can be cut to any size without losing its firm internal cohesion or dissolving. Such an expanded metal having openings with a cross-sectional area of about 0.5 to about 5 square millimeters and braces having a width of about 0.1 to about 1 millimeter can be used to form a support structure F according to partial image b or an alternative support structure 26 according to partial image c manufacture.
Teilbild b zeigt hierbei einen sich periodisch fortsetzenden Ausschnitt einer schon aus der Figur 1 bekannten Stützstruktur F in Längsschnittseitenansicht, bei der die metallischen Wandabschnitte 2 durch das Streckmetallgitter und die starre Schicht 3 aus mit dem Streckmetall versintertem Metallpulver gebildet werden, das in die Öffnungen 21 des Streckmetallgitters zuvor eingebracht worden ist; in Figur 2b und in Figur 1 ist dieses versinterte Metallpulver in Form von Metallkugeln dargestellt. Die starre Schicht 3 aus Sintermetall hat im Falle eines Wanddurchflussfilters eine offenporöse Struktur und eine Dicke 24 von 0,1 bis 0,8 Millimeter, insbesondere zirka 0,5 Millimeter, entsprechend der Dicke des Streckmetallgitters.Partial image b here shows a periodically continuing section of a support structure F already known from FIG. 1 in a longitudinal section side view, in which the metallic wall sections 2 are formed by the expanded metal grid and the rigid layer 3 made of metal powder sintered with the expanded metal and inserted into the openings 21 of FIG Expanded metal grid has been previously introduced; In Figure 2b and Figure 1, this sintered metal powder is shown in the form of metal balls. The rigid layer 3 of sintered metal in the case of a wall flow filter has an open-porous structure and a thickness 24 of 0.1 to 0.8 millimeters, in particular approximately 0.5 millimeters, corresponding to the thickness of the expanded metal grid.
In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle des Streckmetallgitters auch ein Metallgewebe verwendet werden. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die starre Schicht 3 auch dicker sein als das Streckmetallgitter und/oder das Streckmetallgitter bedecken, wobei die Seite der Stützstruktur, auf der die starre Schicht das Streckmetallgitter überragt, nachfolgend bei einer Anwendung als Filtermaterial anströmseitig angeordnet wird.In an alternative embodiment, a metal mesh may be used instead of the expanded metal mesh. In a further alternative embodiment, the rigid layer 3 may also be thicker than the expanded metal mesh and / or the expanded metal mesh cover, wherein the side of the support structure on which the rigid layer projects beyond the expanded metal mesh is subsequently arranged downstream of an application as a filter material.
Die alternative Stützstruktur 26 gemäß Figur 2c, die ebenfalls einen Ausschnitt einer solchenThe alternative support structure 26 according to FIG. 2c, which likewise shows a section of such
Stützstruktur in Längsschnittsseitenansicht zeigt, wird in ähnlicher Weise wie die Struktur gemäß Figur 2b hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass die Öffnungen 21 des Streckmetallgitters 2 nicht vollständig mit Sintermetall aufgefüllt sind, so dass die Öffnungen 21 des Streckmetallgitters zwar (bis auf die offenporöse Struktur der Sintermetallbereiche 3) verschlossen sind, jedoch im Bereich dieser ehemaligen Öffnungen noch Vertiefungen mit einer von Sintermetall freien Höhe 25 anzutreffen sind.Support structure in longitudinal sectional side view is prepared in a similar manner as the structure of Figure 2b, but with the difference that the openings 21 of the expanded metal grid 2 are not completely filled with sintered metal, so that the openings 21 of the expanded metal mesh (except for the open-pore structure the sintered metal regions 3) are sealed, but in the region of these former openings depressions with a height 25 free of sintered metal can still be found.
Diese freie Höhe 25 liegt bei einer Dicke 24 des Streckmetallgitters von 0,5 Millimetern in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,4 Millimetern. Die nur teilweise Befüllung läßt sich dadurch erreichen, dass
das Streckmetallgitter beim Befallen mit Sintermetallpulver über eine weiche, elastische Walze oder einen weichen Stempel geführt wird, so dass die Tiefe des Streckmetalls zu einem gewissen Anteil ausgefüllt wird. Während des Befüllens kann das Sintermetall somit zu einem einstellbaren Grad in die Streckgitter-Zwischenräume eindringen.This free height 25 is at a thickness 24 of the expanded metal grid of 0.5 millimeters in a range between 0.2 and 0.4 millimeters. The only partial filling can be achieved by that the expanded metal mesh is guided when infested with sintered metal powder via a soft, elastic roller or a soft stamp, so that the depth of the expanded metal is filled to a certain extent. During filling, the sintered metal can thus penetrate to an adjustable degree in the expanded metal spaces.
Figur 3 zeigt einen periodisch sich fortsetzenden Ausschnitt einer weiteren alternativen Stützstruktur 35, bei der die Öffnungen des Streckmetallgitters 20 nicht mit Metallpulver, das anschließend versintert worden ist, gefüllt worden sind, sondern bei der auf einer Seite des Streckmetallgitters eine Sintermetallfolie 30 aufgebracht, insbesondere angepresst, worden ist. Diese Sintermetallfolie ist zum Zeitpunkt des Auftragens noch eine „grüne", das heißt noch nicht gesinterte Metallfolie, bestehend aus aus einer Mischung eines Sintermetallpulvers mit einem Bindemittel. Diese Metallfolie kann durch Extension oder Gießen hergestellt werden und erhält eine Dicke, die kleiner ist als die Dicke des Streckmetallgitters. Nach Aufteagung der Folie auf das Steeckmetallgitter unter mechanischem Druck und Wärmeeinwirkung, insbesondere durch Laminieren beziehungsweise Aufwalzen, erfolgt eine Versinterung, bei der das Sintermetall auch eine unlösbare Verbindung mit dem Steeckmetallgitter eingeht. Die versinterte Metallfolie 30 weist ebenfalls eine offenporöse Struktur auf, und die Stützsteuktur 35 besitzt Vertiefungen zwischen den Versteebungen des Steeckmetallgitters ähnlich wie die in Figur 2c dargestellte Ausführungsform einer Stützstruktur.FIG. 3 shows a periodically continuing section of a further alternative support structure 35 in which the openings of the expanded metal lattice 20 have not been filled with metal powder which has subsequently been sintered, but in which a sintered metal foil 30 is applied, in particular pressed, on one side of the expanded metal lattice , has been. This sintered metal foil is still a "green", ie not yet sintered, metal foil consisting of a mixture of a sintered metal powder with a binder at the time of application, this metal foil can be produced by extension or casting and has a thickness which is smaller than that Thickness of the expanded metal lattice After the foil has been struck onto the metal mesh grid under mechanical pressure and heat, in particular by lamination or rolling, a sintering takes place in which the sintered metal also forms an inseparable bond with the metal mesh grid The sintered metal foil 30 likewise has an open-pore structure , and the support control 35 has recesses between the Versteebungen the Steeckmetallgitters similar to the illustrated in Figure 2c embodiment of a support structure.
Auch hier kann eine darauf aufgebrachte und in Figur 3 nicht näher dargestellte Faserschicht in ihrer Porosität so dimensioniert werden, dass sie wie oben beschrieben als Tiefenfϊlter fungiert. Das bedeutet, dass die „Maschen" des durch die miteinander verketteten Fasern gebildeten dreidimensionalen Netzes sehr weit sind. Dies ist insbesondere bei einer Porosität oberhalb von 70 Volumenprozent, vorzugsweise oberhalb von 80 Prozent, der Fall. Selbst wenn also ein Partikel an einer Faser „andockt", bleibt aufgrund der großen Maschenweite daneben noch hinreichend Platz, dass weitere (Ruß-)Partikel die betreffende Pore in der Faserschicht passieren können. Durch eine hinreichende Dicke der Faserschicht ist jedoch gewährleistet, dass Partikel mit hinreichender Wahrscheinlichkeit beim Durchfliegen der Faserschicht auf einem Pfad hin zum starren Bereich 3 gefangen werden. Die Stützstruktur 35 hingegen ist zwar auch offenporig, wirkt jedoch aufgrund der durchmesserkleineren Poren als Oberflächenfϊlter, weil eine Pore verstopft wird, sobald sich in dieser einzelnen Pore ein Partikel festsetzt. Die erfindungsgemässe Dimensionierung der Porosität der Stützstruktur kann auch hier ihre vorteilhafte Wirkung entfalten.
Als Faserschicht kann auf eine Stützstruktur anströmseitig auch ein Vlies bzw. eine Fasermatte aus keramischen Fasern aufgebracht werden, das bzw. die zur Rußfϊltration und -speicherung dient. Das Grundmaterial derartig an sich bekannter Faservliese ist ein keramischer Werkstoff, beispielsweise Aluminiumoxid.Here, too, a fiber layer applied thereto and not shown in detail in FIG. 3 can be dimensioned in its porosity in such a way that it acts as a depth filter as described above. This means that the "meshes" of the three-dimensional mesh formed by the interlinked fibers are very wide, especially at a porosity above 70% by volume, preferably above 80%. docks ", due to the large mesh size next to it still sufficient space that more (soot) particles can pass through the pore in question in the fiber layer. However, a sufficient thickness of the fiber layer ensures that particles are trapped with sufficient probability when flying through the fiber layer on a path to the rigid region 3. On the other hand, the support structure 35 is also open-pored, but due to the smaller-diameter pores it acts as a surface filter because a pore becomes clogged as soon as a particle settles in this single pore. The inventive dimensioning of the porosity of the support structure can also develop their advantageous effect here. As a fibrous layer, a fleece or a fiber mat made of ceramic fibers can also be applied on the upstream side to a support structure, which serves for soot filtration and storage. The basic material of fiber webs known per se is a ceramic material, for example aluminum oxide.
Die Erfindung unter Einsatz einer Faserschicht zur Tiefenfiltration kann insbesondere bei allen Filtersubstraten bzw. Stützstrukturen angewendet werden, deren Filtrationsprinzip auf Oberflächenfiltration beruht, d.h insbesondere bei Sintermetallfiltern, wie sie beispielsweise aus der DE 101 28 936 bekannt sind, aber auch bei Filtern mit Wabenaufbau, d.h. bei Filtern mit aneinander angrenzenden, wechselseitig verschlossenen Kanälen symmetrischer oder auch asymmetrischer Geometrie, bei denen die Stützstruktur beispielsweise aus Siliciumcarbid, Cordierit, Mullit und/oder Aluminiumtitanat aufgebaut ist. Auch bei Metallschaumfiltern kann die Erfindung zum Einsatz kommen. Ausser bei Partikelfiltern kann die Erfindung auch bei anderen Abgasnachbehandlungsanordnungen, insbesondere bei Oxidationskatalysatoren, eingesetzt werden.The invention using a fiber layer for depth filtration can be applied in particular to all filter substrates or support structures whose filtration principle is based on surface filtration, that is, in particular in sintered metal filters, as known for example from DE 101 28 936, but also in filters with honeycomb structure, i. in filters with adjacent, mutually closed channels symmetric or asymmetric geometry, in which the support structure is constructed for example of silicon carbide, cordierite, mullite and / or aluminum titanate. Even with metal foam filters, the invention can be used. Except for particulate filters, the invention can also be used in other exhaust aftertreatment arrangements, in particular in oxidation catalysts.
Die oben gemachten Angaben zur Länge und Dicke der Fasern beziehen sich auf einen mehrheitlichen Anteil der Fasern. Ist für den Durchmesser ein Wert x angegeben, so liegt der Anteil dieser Fasern mit einem Wert x +/- 1 Mikrometer bei mehr als 90 Prozent. Entsprechend gilt für die Angabe einer Faserlänge y, dass mehr als 90 Prozent der Fasern eine Länge y +/- 30 Prozent aufweisen. Angegebene Aspektverhältnisse sind als Mittelwerte zu betrachten.The above information on the length and thickness of the fibers refer to a majority of the fibers. If a value of x is given for the diameter, the proportion of these fibers with a value x +/- 1 micrometer is more than 90 percent. Accordingly, for specifying a fiber length y, more than 90 percent of the fibers have a length y +/- 30 percent. Indicated aspect ratios are to be regarded as mean values.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt 40 einer Stützstruktur in Wabenform aus Cordierit. Der Ausschnitt beschränkt sich auf die Darstellung eines Zuströmkanals 42 und eines benachbarten Abströmkanals 44. Die perspektivische Darstellung illustriert die Strömungsrichtung 52 vonFIG. 4 shows a section 40 of a cordierite honeycomb support structure. The section is limited to the representation of an inflow channel 42 and an adjacent outflow channel 44. The perspective illustration illustrates the flow direction 52 of FIG
Abgas, das in den Zuströmkanal eintritt, eine den Zuströmkanal vom Abströmkanal trennende Wand durchdringt und über den Abströmkanal 44 schließlich wieder die Partikelfilteranordnung verläset. Dabei ist der Abströmkanal 44 zuströmseitig mittels eines Verschlusses bzw. einer Wand 46 verschlossen, so dass das Abgas nur über den Zuströmkanal in die Anordnung eindringen kann. Eine Vielzahl solcher wechselseitig jeweils auf einer Seite verschlossener und nebeneinander angeordneter Kanäle (die Zuströmkanäle sind entprechend abströmseitig abgedichtet) bildet ein Wabenfilter. In den Zuströmkanälen 42 ist auf deren Innenwandung jeweils eine zuströmseitige Faserschicht 48 aufgebracht, während auf der Innenwandung der Abströmkanäle 44 jeweils eine abströmseitige Faserschicht 50 aufgebracht ist. Die Fasern
bestehen im Wesentlichen, insbesondere zu über 95 Prozent, aus η - Aluminiumoxid und aus einem drei bis funfbrozentigem Anteil von Siliziumdioxid. Die Fasern haben einen Durchmesser zwischen 3 bis 5 Mikrometer und eine Länge größer als 150 Mikrometer, wodurch sich eine Faserschichtporosität oberhalb von 90 Prozent ergeben kann. Die Porosität der Stützstruktur kann insbesondere kleiner als 60 Prozent gewählt werden.Exhaust gas entering the inflow channel penetrates a wall separating the inflow channel from the outflow channel and finally relieving the particle filter arrangement via the outflow channel 44. In this case, the outflow channel 44 is closed on the inflow side by means of a closure or a wall 46, so that the exhaust gas can only penetrate into the arrangement via the inflow channel. A plurality of such mutually closed on one side and arranged side by side channels (the inflow channels are entprechend downstream sealed) forms a honeycomb filter. In the inflow channels 42, an inflow-side fiber layer 48 is applied to the inner wall thereof, while a respective outflow-side fiber layer 50 is applied to the inner wall of the outflow channels 44. The fibers consist essentially, in particular to more than 95 percent, of η - alumina and of a three to fivefrozen portion of silicon dioxide. The fibers have a diameter between 3 to 5 microns and a length greater than 150 microns, which can give a fiber layer porosity in excess of 90 percent. The porosity of the support structure can be selected in particular less than 60 percent.
Das Faserschichtmaterial fordert die thermische Beständigkeit der gesamten Anordnung. Darüber hinaus trägt die hohe Porosität der Faserschichten 48 und 50 zusätzlich zum Schutz vor hohen Temperaturen bei, da die in den Hohlräumen eingeschlossene Luft als Wärmepuffer dient und räumliche Temperaturgradienten verkleinert.The fibrous sheet material demands the thermal resistance of the entire assembly. In addition, the high porosity of the fibrous layers 48 and 50 also adds to the protection against high temperatures because the air trapped in the voids serves as a thermal buffer and reduces spatial temperature gradients.
In einer alternativen Ausführungsform kann die grosse Oberfläche der Fasern von 150 bis 200 Quadratmeter pro Gramm im Ausführungsbeispiel gemäss Figur 4 für eine katalytische Beschichtung genutzt werden. Dabei ist es möglich, anströmseitig Fasern einzubringen, die mit Katalysatoren zur Senkung der Rußabbrandtemperatur beschichtet sind. Abströmseitig hingegen können Katalysatoren eingebaut werden, die eine entstickende, also Stickoxide reduzierende Wirkung zur Realisierung eines integrierten DeNOx-Katalysators oder eine oxidierende Wirkung zur Realisierung eines integrierten Oxidationskatalysators haben, so dass beispielsweise Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidiert werden können. Die Fasern werden hierbei im Falle einer gewünschten oxidativen katalytischen Aktivität mit Platin, Palladium oder Rhodium imprägniert, im Falle einer gewünschten abgasentstickenden katalytischen Aktivität beispielsweise mit Bariumcarbonat imprägniert. Alternativ kann auch die Faserbeschichtung 50 weggelassen werden und es können nur die Zuströmkanäle 42 mit einer Faserbeschichtung (zuströmseitige Faserschicht 48) versehen werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Fläche des Strömungsquerschnitts der Zuströmkanäle auf Kosten der Fläche desIn an alternative embodiment, the large surface area of the fibers of 150 to 200 square meters per gram can be used in the exemplary embodiment according to FIG. 4 for a catalytic coating. It is possible to introduce upstream fibers that are coated with catalysts to reduce Rußabbrandtemperatur. On the downstream side, however, catalysts can be installed which have a de-nitrogening, ie nitrogen oxides reducing effect to realize an integrated DeNOx catalyst or an oxidizing effect to realize an integrated oxidation catalyst, so that, for example, hydrocarbons and / or carbon monoxide can be oxidized to carbon dioxide. The fibers are in this case impregnated in the case of a desired oxidative catalytic activity with platinum, palladium or rhodium, impregnated in the case of a desired abgasentstickenden catalytic activity, for example with barium carbonate. Alternatively, the fiber coating 50 can be omitted and only the inflow channels 42 can be provided with a fiber coating (inflow-side fiber layer 48). This opens up the possibility of reducing the area of the flow cross section of the inflow channels at the expense of the area of the
Strömungsquerschnitts der Abströmkanäle zu vergrössern, das Filter in seiner Wabengeometrie also asymmetrisch auszugestalten.To increase flow cross-section of the outflow, so the filter in its honeycomb geometry asymmetric design.
Figur 5 zeigt eine Darstellung der sich einstellenden Gleichgewichtstemperaturen T in Keramikkörpern bei einem Versuchsaufbau zum Nachweis der wärmeisolierenden Funktion einerFIG. 5 shows a representation of the equilibrium temperatures T in ceramic bodies in a test setup for the detection of the heat-insulating function of a body
Faserschicht, wenn diese Keramikkörper mit einer Heizleistung P (im Diagramm 60 in willkürlichen Einheiten dargestellt) intrinsisch, also mit einem durch den Keramikkörper versuchsweise gelegten elektrischen Heizdraht, beheizt werden. Dargestellt sind Temperaturverläufe, die Gleichgewichtstemperaturen innerhalb der intrinsisch aufgeheizten Substrate beschreiben sowie Temperaturverläufe, die auf der Oberfläche der unbeschichteten bzw. der mit Fasern beschichteten Keramik gemessen wurden. Dabei stellt die Kurvenschar mit
den Kurven 70, 71 und 72 die Innentemperatur innerhalb der unbeschichteten bzw. der mit Fasern beschichteten Keramiksubstrate dar. Kurve 70 zeigt die Innentemperatur in Abhängigkeit von der Heizleistung bei einer unbeschichteten Keramik, Kurve 71 bei einer faserbeschichteten Keramik mit einer Faserschichtdicke von zirka 80 Mikrometern und Kurve 72 bei einer faserbeschichteten Keramik, bei der die Faserschicht eine Dicke aufweist, die drei- bis viermal so gross ist wie bei der Keramik, deren Innentemperaturverlauf in Kurve 71 wiedergegeben ist (Faserschichtdicke zirka 250 bis 300 Mikrometer). Die Kurvenschar mit den Kurven 80, 81 und 82 gibt die jeweiligen Aussentemperaturen im genannten Versuchsaufbau auf der Oberfläche der unbeschichteten Keramik bzw. auf der Faserschichtoberfläche wieder, und zwar Kurve 80 bei der unbeschichteten Keramik, Kurve 81 bei der faserbeschichteten Keramik (Schichtdicke zirka 80 Mikrometer) und Kurve 82 bei der Keramik, deren Innentemperatur in Kurve 72 dargestellt ist.Fiber layer when these ceramic body with a heating power P (shown in the diagram 60 in arbitrary units) intrinsically, ie with a tentatively laid by the ceramic body electrical heating wire, are heated. Shown are temperature curves that describe equilibrium temperatures within the intrinsically heated substrates and temperature profiles that were measured on the surface of the uncoated or the fiber-coated ceramic. Here, the set of curves with curves 70, 71 and 72 show the internal temperature within the uncoated or fiber-coated ceramic substrates. Curve 70 shows the internal temperature as a function of heating power for an uncoated ceramic, curve 71 for a fiber-coated ceramic having a fiber layer thickness of about 80 microns and Curve 72 in a fiber-coated ceramic, in which the fiber layer has a thickness which is three to four times as large as in the ceramic whose internal temperature profile is shown in curve 71 (fiber layer thickness about 250 to 300 microns). The family of curves with the curves 80, 81 and 82 shows the respective outside temperatures in said experimental setup on the surface of the uncoated ceramic or on the fiber layer surface, curve 80 in the uncoated ceramic, curve 81 in the fiber-coated ceramic (layer thickness about 80 micrometers ) and curve 82 in the ceramic whose internal temperature is shown in curve 72.
Beide Temperaturen („innen" und „außen") steigen mit steigender Heizleistung an. Zwischen der Innentemperatur des Keramikkörpers ohne Faserbeschichtung und den Innentemperaturen der faserbeschichteten Keramiken ist kein signifikanter Unterschied zu erkennen. In derBoth temperatures ("inside" and "outside") increase with increasing heating power. No significant difference can be seen between the internal temperature of the ceramic body without fiber coating and the internal temperatures of the fiber-coated ceramics. In the
Aussentemperatur hingegen sind deutliche Abweichungen festzustellen. Die Außentemperatur liegt beim Keramikkörper mit Faserbeschichtung mit einfacher Dicke (Kurve 81) um zirka 100 Grad Celsius unterhalb des Wertes bei einem unbeschichteten Keramikkörper. Diese Temperaturdifferenz kann auf über 200 Grad Celsisus bei einer Keramik mit einer Faserbeschichtung mit drei- bis vierfacher Dicke gesteigert werden (Kurve 82). Übertragen auf ein reales mit heißem Abgas durchströmtes Filter bedeutet dies, dass deutliche Wärmemengen von der auf dem Filtersubstrat aufgebrachten Faserschicht aufgenommen werden. So kann der Temperatureinfluss des heissen Abgases, das zuerst mit der Faserbeschichtung in Kontakt tritt, auf das Substrat, also beispielsweise die aus Cordierit bestehende Stützstruktur, deutlich minimiert werden. Durch die Faserbeschichtung wird das Substrat vor zu hohen Temperaturen geschützt und die Lebensdauer erhöht.
Outside temperature, however, are noticeable deviations. The outside temperature of the ceramic body with fiber coating with a single thickness (curve 81) is about 100 degrees Celsius below the value of an uncoated ceramic body. This temperature difference can be increased to over 200 degrees Celsisus in a ceramic with a fiber coating of three to four times the thickness (curve 82). When transferred to a real filter through which hot exhaust gas flows, this means that significant amounts of heat are absorbed by the fiber layer applied to the filter substrate. Thus, the temperature influence of the hot exhaust gas, which first comes into contact with the fiber coating on the substrate, so for example, consisting of cordierite support structure can be significantly minimized. The fiber coating protects the substrate from excessive temperatures and increases its service life.
Claims
1. Abgasnachbehandlungsanordnung zur Behandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Stützstruktur, wobei das Abgas mit der Stützstruktur zur Behandlung des Abgases wechselwirken kann, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Stützstruktur (F; 26; 35) eine insbesondere hochporöse Schicht aus Fasern (S) angeordnet ist und dass die Porosität der Stützstruktur kleiner als 60 Prozent ist.1. Aftertreatment arrangement for treating the exhaust gas of an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine of a motor vehicle, with a support structure, wherein the exhaust gas can interact with the support structure for the treatment of the exhaust gas, characterized in that on the surface of the support structure (F; 26, 35) a particularly highly porous layer of fibers (S) is arranged and that the porosity of the support structure is less than 60 percent.
2. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Stützstruktur größer als 30 Prozent, insbesondere größer als 45 Prozent ist.2. exhaust aftertreatment device according to claim 1, characterized in that the porosity of the support structure is greater than 30 percent, in particular greater than 45 percent.
3. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus Fasern (S) eine Porosität von mindestens 70 %, insbesondere eine Porosität in einem Bereich zwischen 80 und 90 % oder größer, aufweist.3. exhaust aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the layer of fibers (S) has a porosity of at least 70%, in particular a porosity in a range between 80 and 90% or greater.
4. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine Länge zwischen 40 und 500 Mikrometern aufweisen, insbesondere eine Länge größer als 150 Mikrometer.4. exhaust aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers have a length between 40 and 500 microns, in particular a length greater than 150 microns.
5. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern 40 bis 200 mal länger als dick sind, insbesondere, dass die Fasern mehr als 60 bis 200 mal länger als dick sind.5. Aftertreatment device according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers are 40 to 200 times longer than thick, in particular, that the fibers are more than 60 to 200 times longer than thick.
6. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (S) aus Fasern eine Dicke im Bereich von zirka 0,05 Millimeter bis zirka 0,7 Millimeter, insbesondere von zirka 0,15 Millimeter bis zirka 0,5 Millimeter, aufweist. 6. exhaust aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the layer (S) of fibers has a thickness in the range of about 0.05 millimeters to about 0.7 millimeters, in particular from about 0.15 millimeters to about 0.5 millimeters , having.
7. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Keramikmaterial enthalten oder aus Keramikmaterial bestehen. 7. exhaust aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers contain ceramic material or consist of ceramic material.
8. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur gasdurchlässig ist, insbesondere dass die Stützstruktur offenporös ist.8. Exhaust after-treatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure is gas-permeable, in particular that the support structure is open-porous.
9. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial insbesondere Aluminiumoxid, Titanoxid oder Siliziumoxid oder eine Mischung zweier oder mehrerer Oxide enthält.9. exhaust aftertreatment device according to claim 7, characterized in that the ceramic material in particular contains alumina, titania or silica or a mixture of two or more oxides.
10. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur selbst frei von Fasern ist.10. Exhaust after-treatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure itself is free of fibers.
11. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur selbst keine Fasern von der Art enthält, die auf der11. exhaust aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure itself does not contain fibers of the type which on the
Oberfläche der Stützstruktur angeordnet sind.Surface of the support structure are arranged.
12. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (S) aus Fasern als Tragstruktur für ein katalytisch aktives Material, insbesondere für ein für Gas-Feststoff-Reaktionen und/oder für ein für Feststoff- Feststoff-Reaktionen katalytisch aktives Material, dient.12. exhaust gas after treatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the layer (S) of fibers as a support structure for a catalytically active material, in particular for a gas-solid reactions and / or for a solid-solid reactions catalytically active Material, serves.
13. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das katalytisch aktive Material einen oxidativen Abbau von Abgaskomponenten unterstützt.13. exhaust aftertreatment device according to claim 12, characterized in that the catalytically active material supports an oxidative degradation of exhaust gas components.
14. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur kein katalytisch aktives Material enthält bzw. kein katalytisch aktives Material der Art enthält, welches auf den Fasern angeordnet ist.14. exhaust aftertreatment device according to claim 12 or 13, characterized in that the support structure contains no catalytically active material or contains no catalytically active material of the kind which is arranged on the fibers.
15. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine aktive Faseroberfläche aufweisen, die größer ist als 0,5 Quadratmeter pro Gramm Fasergewicht, insbesondere größer ist als 20 Quadratmeter pro Gramm Fasergewicht. 15. Exhaust after-treatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers have an active fiber surface which is greater than 0.5 square meters per gram of fiber weight, in particular greater than 20 square meters per gram of fiber weight.
16. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht der Faserschicht zwischen 15 und 200 Gramm pro16. Aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the basis weight of the fiber layer between 15 and 200 grams per
Quadratmeter beträgt. Square meters.
17. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur zumindest teilweise aus Sintermetall gebildet ist. 17. Exhaust after-treatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure is at least partially formed of sintered metal.
18. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Stützstruktur im Wesentlichen aus Siliciumcarbid besteht. 18. exhaust aftertreatment arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that the material of the support structure consists essentially of silicon carbide.
19. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Stützstruktur im Wesentlichen aus Cordierit besteht.19. exhaust aftertreatment arrangement according to one of claims 1 to 16, characterized in that the material of the support structure consists essentially of cordierite.
20. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur als Wanddurchflussfllter ausgebildet ist. 20. Exhaust after-treatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the support structure is designed as Wanddurchflussfllter.
21. Verfahren zur Herstellung einer Abgasnachbehandlungsanordnung zur Behandlung des Abgases einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer selbstzündenden Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem eine Stützstruktur (F; 26; 35) bereitgestellt wird, wobei die Stützstruktur dazu dient, mit dem Abgas zur Behandlung des Abgases zu wechselwirken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stützstruktur (F, 26; 35) mit einer Porosität kleiner als 60 Prozent verwendet wird und dass auf der Oberfläche der Stützstruktur eine insbesondere hochporöse21. A method for producing an exhaust gas aftertreatment arrangement for treating the exhaust gas of an internal combustion engine, in particular a self-igniting internal combustion engine of a motor vehicle, in which a support structure (F; 26; 35) is provided, wherein the support structure is used to interact with the exhaust gas for the treatment of the exhaust gas , characterized in that a support structure (F, 26; 35) with a porosity smaller than 60 percent is used and that on the surface of the support structure is a particularly highly porous
Schicht aus Fasern (S) angeordnet wird. Layer of fibers (S) is arranged.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06755017 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |