Fürdas Jahr 2005 ist eine weitere Verschärfung der Abgasgrenzwerte vonKraftfahrzeugen in der EuropäischenUnion geplant. Zur Einhaltung dieser Grenzwerte wird bei neu zuentwickelnden Abgasreinigungsvorrichtungen für Dieselmotoren die gleichzeitigeVerringerung von Stickoxid- und Rußemissionen angestrebt.

Eine wesentliche Schwierigkeit bestehthierbei darin, daß durchkonstruktive Maßnahmenan Dieselmotoren zur Senkung einer der beiden Schadstoffkomponentengleichzeitig die andere Schadstoffkomponente verstärkt auftritt.

Wird beispielsweise die Emissionvon Ruß durcheine Erhöhungder Verbrennungstemperaturen im Dieselmotor gesenkt, wird dafür eine verstärkte Bildungvon Stickoxiden erhalten. Wird dagegen die Emission von Stickoxidenbeispielsweise durch eine Abgasrückführung vermindert,wird die Emission von Ruß erhöht.

Die konstruktiven Maßnahmenzur Optimierung von Dieselmotoren bilden daher einen Kompromiß zwischender Optimierung der Rußemissioneinerseits und der Optimierung der Stickoxidemissionen andererseits.

Zur Beseitigung derartiger Schadstoffeist eine Abgasbehandlung bei Dieselmotoren notwendig.

Zur Beseitigung von Rußemissionenwerden derzeit Filter, insbesondere sogenannte Wandflußfiltereingesetzt.

Mit derartigen Filtern werden Abscheidegradevon über95% erzielt, so daß eineeffiziente Verminderung der Rußemissionenim Abgas des Dieselmotors gewährleistetist.

Problematisch hierbei ist jedoch,daß derartigeFilter durch die kontinuierliche Ablagerung von Rußpartikelnverstopfen. Daher müssendie Filter durch Verbrennen der Rußpartikel regeneriert werden.

Prinzipiell kann die Regenerationder Filter durch thermische Verfahren erfolgen. Dabei werden dieRußpartikelmit Hilfe des im Abgas vorhandenen Sauerstoffs verbrannt. Nachteilighierbei ist jedoch, daß beiderartigen thermischen Verbrennungen Temperaturen im Bereich von550 °C bis600 °C benötigt werden.

Derartige Temperaturen werden imAbgas des Dieselmotors jedoch nur dann erhalten, wenn der Dieselmotorim Volllastbetrieb betrieben wird. Eine Regeneration des Filtersim Normalbetrieb ist nur dann möglich,wenn das Filter mittels zusätzlicher Maßnahmenaufgeheizt wird. Dies bedingt jedoch einen erhöhten Energiebedarf und damitauch einen erhöhtenKraftstoffverbrauch.

Die GB 2,134,407 A beschreibt zum Beispiel einSystem aus einem Partikelfilter mit einem vorgeschalteten Oxidationskatalysator.Zur Regeneration des Filters wird periodisch der Gehalt des Abgases anunverbranntem Kraftstoff erhöht.Der zusätzliche Kraftstoffwird am Oxidationskatalysator unter Wärmefreisetzung verbrannt unddas nachgeschaltete Partikelfilter dadurch auf die Regenerationstemperaturaufgeheizt. Der fürdie Verbrennung benötigtezusätzlicheSauerstoff kann dem Abgas mittels Preßluft zugeführt werden.

Eine derartige Abgasbehandlungseinrichtungaus zwei separaten Einheiten, nämlichaus dem Katalysator und dem Filter, die hintereinander im Abgasstromangeordnet sind, ist nachteilig. Für eine derartige Anordnungist ein unerwünschtgroßesEinbauvolumen notwendig. Außerdemerzeugen derartige Mehrfachanordnungen bei der Durchströmung durchdas Abgas einen hohen Abgasgegendruck. Dies wiederum bedingt eineunerwünschteErhöhung desKraftstoffverbrauchs.

Diese Problem wird dadurch noch verschärft, daß für eine zufriedenstellendeAbgasbehandlung typischerweise weitere Katalysatoreinheiten benötigt werden.

Beispiele hierfür sind Einheiten zur Verringerungdes Gehalts an Stickoxiden NOx im Abgas.Diese Einheiten könnenals SCR-Katalysatoren oder Absorbereinheiten, welche NOx-Moleküle absorbieren können, ausgebildetsein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eineVorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit diesereine möglichsteffiziente Abgasbehandlung von Abgasen eines Dieselmotors durchführbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind dieMerkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformenund zweckmäßige Weiterbildungender Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 weist die Vorrichtungzur Entfernung von Rußpartikelnaus dem Abgas eines Dieselmotors ein Wandflussfilter auf, welcheswechselseitig verschlossene Strömungskanäle für das Abgasaufweist, wobei die abströmseitigverschlossenen Strömungskanäle die Anströmkanäle und dieanströmseitigverschlossenen Strömungskanäle die Abströmkanäle des Filtersbilden, so daß dasin die Anströmkanäle eingeführte Abgasdurch die porösen Kanalwände derStrömungskanäle in dieAbströmkanäle fließen muß. In denAnströmkanälen und/oderin den Abströmkanälen desFilters sind Zusatzstrukturen zur Abgasbehandlung vorgesehen unddie Kanalwändeder Strömungskanäle sowiedie Zusatzstrukturen sind mit einer Katalysatorschicht versehen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin,daß durchdie Zusatzstrukturen in den Strömungskanälen desWandflußfilterszusätzlicheOberflächenfür dieAufbringung der Katalysatorschicht zur Verfügung gestellt werden. Die Filterfuriktionder porösenKanalwändeund die katalytische Funktion der auf den Zusatzstrukturen befindlichenKatalysatorschicht sind also weitgehend voneinander getrennt. Dabeiergänzensich vorzugsweise die unterschiedlichen Funktionen, wodurch beigeringem Bauvolumen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein hoher Wirkungsgradbei der Abgasbehandlung erzielt wird.

Das Wandflußfilter besteht aus einer Mehrfachanordnungvon Anströmkanälen undAbströmkanälen, wobeidas Abgas durch die porösenWände desWandflußfiltersvon den Anströmkanälen in die Abströmkanäle geführt wird.Zur Beschichtung des Wandflußfilterswird es in bekannter Weise von der Anströmseite und/oder von der Abströmseite miteiner Beschichtungsdispersion übergossen,die die katalytisch aktiven Komponenten für die Abgasbehandlung enthält. Durchdiese Vorgehensweise werden die Kanalwände des Wandflußfiltersund auch die Oberflächender in den Strömungskanälen vorhandenenZusatzstrukturen mit derselben Beschichtung versehen. Es ist jedochmöglich,die Anströmkanäle mit ihrenZusatzstrukturen und die Abströmkanäle mit ihrenZusatzstrukturen mit voneinander verschiedenen Katalysatorschichtenzu beschichten.

Bei den Zusatzstrukturen kann essich um beliebige flächigeGebilde handeln, die nachträglich indie Strömungskanäle der Anströmseite und/oder derAbströmseiteeines fertigen Wandflußfilterseingebracht werden. Entlang der Anströmkanäle und/oder der Abströmkanäle können unterschiedlicheZusatzstrukturen angeordnet sein. Die Zusatzstrukturen können sich über diegesamte Längeoder überTeilbereiche der Anströmkanäle und/oderder Abströmkanäle des Wandflußfilterserstrecken.

Bevorzugt werden die Zusatzstrukturenjedoch zusammen mit dem Filterkörperin einem Arbeitsgang zum Beispiel durch Extrusion erzeugt. Vorteilhafterweisebestehen die Zusatzstrukturen und das Wandflußfilter aus demselben Material.Bevorzugt eigenen sich hierfürkeramische Materialien wie zum Beispiel Cordierit, Siliciumcarbid,Aluminiumoxid, Siliciumnitrid oder Mullit.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtungkann auch in einfacher Weise dadurch gebildet werden, daß bei einemkonventionellen Wandflußfiltermehrere benachbarte Kanälezu einem Anströmkanaloder einem Abströmkanalzusammengefaßtwerden. Dann bilden die im Innern eines so ausgebildeten Anströmkanalsoder Abströmkanalsliegenden Kanalwändedie Zusatzstrukturen. Durch teilweises Entfernen dieser Kanalwände können dieZusatzstrukturen gezielt geändertwerden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann je nachgewünschterFunktionalitätmit unterschiedlichen, katalytisch aktiven Beschichtungen beschichtetwerden. Hierbei kann es sich um Katalysatoren zur Absenkung derZündtemperaturdes Rußes,um Oxidationskatalysatoren fürKohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und Stickoxide, um Reduktionskatalysatorenfür dieselektive katalytischen Reduktion (SCR = selective catalytic reduction)oder um Absorptionsschichten fürStickoxide handeln. Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtungbesteht darin, daß dieauf den Zusatzstrukturen befindliche Katalysatorschicht ihre vollekatalytische Funktion unabhängigvon der Menge der auf den Kanalwändenabgeschiedenen Rußpartikelbeibehält.

Eine solche Wirkung war bisher nurdurch Kombination zweier getrennter Einheiten möglich, wobei die bezüglich derAbgase stromaufwärtsangeordnete Einheit durch einen Katalysator ohne Filterwirkung unddie zweite Einheit durch das Partikelfilter gebildet wurde. Dievorliegende Erfindung ermöglicht nun,beide Einheiten in einer zusammenzufassen, was zu einer räumlich sehrkompakten Vorrichtung führt.

In einer vorteilhaften Ausführungsformder erfindungsgemäßen Vorrichtungenthalten die Katalysatorschichten katalytisch aktive Substanzen,mittels derer eine Oxidation von im Abgas enthaltenen Schadstoffkomponentenerfolgt. Hierbei kann es sich um Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenmonoxid und/oderStickstoffmonoxid handeln.

Mit einer solchen Beschichtung kanneine kontinuierliche Regeneration des Rußfilters erhalten werden. Dasim Abgas enthaltene Stickstoffmonoxid wird zu Stickstoffdioxid oxidiert,welches als Oxidationsmittel fürdie auf den Kanalwändendes Filters abgeschiedenen Rußpartikeldient. Bei der Oxidation oder Verbrennung der Rußpartikel wird das Stickstoffdioxidwieder zu Stickstoffmonoxid reduziert. Die hierfür verwendeten Katalysatorenenthalten als katalytisch aktive Substanzen Edelmetalle wie Platin, Palladiumoder Rhodium oder auch Metalloxide von unedlen Metallen. Auch dieEdelmetalle könnenganz oder teilweise in höherenOxidationsstufen vorliegen.

Als katalytische Substanzen können insbesonderePlatin und/oder Palladium verwendet werden, welche in Form feinernanokristalliner Partikel auf Metalloxiden wie zum Beispiel Ceroxiden und/oderCer-/Zirkonmischoxiden und/oder Praseodymoxiden und/oder Aluminiumsilikatenund/oder Aluminiumoxid aufgebracht sind.

In anderen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtungkönnenauch weitere Katalysatorschichten und/oder Speicherschichten aufgebrachtwerden. Beispiele fürderartige Katalysatorschichten sind SCR-Katalysatoren, die zur selektivenkatalytischen Reduktion von Stickoxiden dienen. Beispiele für Speicherschichtensind Adsorberschichten zur Adsorption von Stickoxiden.

SCR-Katalysatoren enthalten häufig V2O5, WO3 undTiO2. Als selektive katalytische Reduktion bezeichnetman die Umsetzung der im Abgas enthaltenen Stickoxide mit Ammoniakzu Stickstoff und Wasser, wobei die Umsetzung in Anwesenheit von Sauerstofferfolgt. Ammoniak bildet hierbei das Reduktionsmittel und muss vordem Katalysator dem Abgas zugeführtwerden. Anstelle von Ammoniak werden hierfür häufig Vorläuferverbindungen verwendet,die leicht zu Ammoniak hydrolisierbar sind wie zum Beispiel Carbamat.

Alternativ oder zusätzlich können aufden Zusatzstrukturen auch Speicherschichten aufgebracht sein. DerartigeSpeicherschichten könnenals NOx-Adsorberschichten ausgebildet sein.Derartige NOx-Adsorberschichten enthalteninsbesondere Erdalkalimetalle wie Barium, Strontium oder Calcium.

Die Erfindung wird im nachstehendenanhand der Zeichnungen erläutert.Es zeigen:

1:Längsschnittdurch ein Wandflußfilter.

2:Draufsicht auf einen Ausschnitt der Frontseite des Wandflußfiltersgemäß 1.

3 bis 7: Draufsicht auf verschiedene Wandflußfiltermit unterschiedlich ausgebildeten Zusatzstrukturen.

1 zeigtein konventionelles Wandflußfilterzur Beseitigung von Rußpartikelnaus dem Abgas eines Dieselmotors. Das Wandflußfilter 1 weist eine alternierendeAnordnung von Anströmkanälen 2 und Abströmkanälen 3 auf.Die Anströmkanäle 2 undAbströmkanäle 3 sinddurch Kanalwändevoneinander getrennt, welche eine poröse Struktur aufweisen.

Die Innenwände der Anströmkanäle 2 sind mitKatalysatorschichten 4 beschichtet. Die Anströmkanäle 2 sindabströmseitigmit Verschlüssen 5 verschlossen.Die Abströmkanäle 3 sindauf der Anströmseitedes Wandflußfilters 1 mitVerschlüssen 5 verschlossen.

Das Abgas tritt wie in 1 anhand der Pfeile veranschaulichtin die Anströmkanäle 2 desWandflußfilters 1 ein,kann jedoch nicht an den abströmseitigenEnden austreten. Vielmehr müssendie Abgase durch die porösenKanalwändemit den Katalysatorschichten 4 hindurchströmen undverlassen dann überdie jeweils benachbarten Abströmkanäle 3 das Wandflußfilter 1. 2 zeigt eine Draufsichtauf die Eintrittsseite des Wandflußfilters von 1.

Erfindungsgemäß ist das Wandflußfilter 1 gemäß 1 derart weitergebildet,daß esZusatzstrukturen 6 in den Strömungskanälen aufweist, mittels derereine zusätzlicheAbgasbehandlung des Abgases eines Dieselmotors ermöglicht wird.Beispiele hierfürsind in den 3 bis 7 dargestellt. Auf den Zusatzstrukturen 6 sindKatalysatorschichten 4a abgeschieden, die in der Regelmit den Katalysatorschichten 4 identisch sind.

Die Katalysatorschichten 4 und 4a können nurauf den Wändender Anströmkanäle 2 undder darin enthaltenen Zusatzstrukturen aufgebracht sein. Alternativoder zusätzlichkönnenauch die Wände derAnströmkanäle 3 undihre Zusatzstrukturen mit den Katalysatorschichten 4 und 4a beschichtetsein. Generell könnendie Katalysatorschichten in den Anströmkanälen und Abströmkanälen voneinanderverschieden sein.

Die Zusatzstrukturen 6 bestehenvorzugsweise aus keramischem Material. Hierfür eignen sich insbesondereCordierit, Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Mullfitoder Mischungen hiervon. Besonders bevorzugt bestehen die Zusatzstrukturen 6 ausdemselben keramischen Material wie der Filterkörper 1.

Die Herstellung der Zusatzstrukturenkann in den Herstellungsprozeß desFilterkörpersintegriert sein. Alternativ könnendie Zusatzstrukturen getrennt von dem Filterkörper hergestellt, mit einemKatalysator beschichtet und nachträglich in den Filterkörper eingebrachtwerden. Generell ist die so hergestellte, erfindungsgemäße Vorrichtungso ausgebildet, daß dieZusatzstrukturen von den die Filterung der Rußpartikel bewirkenden porösen Kanalwänden räumlich getrenntsind, so daß dieFilterung der Rußpartikel unddie mit den Zusatzstrukturen durchgeführten Abgasbehandlungsprozesseals zusätzlicheFunktionalitäträumlichgetrennt durchgeführtwerden.

3 zeigtein Beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,bei welcher die Zusatzstrukturen während der Herstellung des Wandflußfilters 1 erzeugtwerden.

Das Wandflußfilter 1 wird dabeiaus einem hochzelligen Wandfloß-Monolithenhergestellt, der eine großeAnzahl von parallel laufenden Kanälen aufweist. Diese weisenim vorliegenden Fall identische, quadratische Querschnitte auf.Wie aus 3 ersichtlich,werden jeweils vier benachbarte Kanäle zu einem Anströmkanal 2 zusammengefaßt, derwiederum einen quadratischen Querschnitt aufweist. Die Abströmkanäle 3 weisenvorzugsweise dieselbe Struktur auf.

Die einen Anströmkanal 2 begrenzendenKanalwändeder Kanälebilden die Grenzflächenzu den benachbarten Abströmkanälen 3,durch welche das Abgas von der Anströmseite zur Abströmseite des Wandflußfilters 1 geführt wird.Die im Innern eines Anströmkanals 2 liegendenWandelemente der Kanälebilden die Zusatzstrukturen 6.

Wie aus 3 ersichtlich sind die Kanalwände desAnströmlcanals 2 miteiner Katalysatorschicht 4 und die Zusatzstrukturen 6 miteiner Katalysatorschicht 4a beschichtet. Die Katalysatorschichten 4 und 4a sindidentisch.

Die 4 und 5 zeigen Weiterbildungendes Ausführungsbeispielsgemäß 3. Die Herstellung der dortdargestellten Struktur erfolgt auf dieselbe Weise wie die Herstellungder Struktur gemäß 3. Im Unterschied zu demAusführungsbeispielgemäß 3 sind bei dem Ausführungsbeispielgemäß 4 Teile der Zusatzstrukturennachträglichentfernt. Auch bei dem Ausführungsbeispielgemäß 4 sind die Katalysatorschichten 4 derAnströmkanäle 2 unddie Katalysatorschichten 4a der Zusatzstrukturen identisch.

5 zeigtein Ausführungsbeispielmit regelmäßig ausgebildeten,wandförmigenZusatzstrukturen 6. Die die Zusatzstrukturen 6 bildendenWände sinddabei in der Mitte verdickt.

Generell können in sämtlichen dargestellten Beispielendie Zusatzstrukturen auf den Ausmündungsbereich der Anströmkanäle 2 oderder Abströmkanäle 3 beschränkt sein.Bei dem Ausführungsbeispielgemäß 6 kann die Konzentration derZusatzstrukturen überdie Längeeines Anströmkanals 2 odereines Abströmkanals 3 kontinuierlich variieren,wobei diese Variation insbesondere vom Herstellungsprozeß der Zusatzstrukturenabhängig seinkann. Prinzipiell können über dieLänge eines Anströmkanals 2 oderAbströmkanals 3 auchunterschiedliche Zusatzstrukturen vorgesehen sein.

Die 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsformenvon regelmäßigen Zusatzstrukturen 6 in denAnströmkanälen 2 undAbströmkanälen 3 eines Wandflußfilters 1.