專利名稱：具有水解覆層的顆粒過濾器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種顆粒過濾器，所述顆粒過濾器具有由多孔壁形成的通道，這些 通道在顆粒過濾器的第一端側與第二端側之間延伸。這種顆粒過濾器尤其是應用在例如 機動車中的移動式內燃機的排氣系統中。
背景技術：
所述的顆粒過濾器尤其是由可能是擠出的多孔結構形成，該結構例如形式為蜂 窩結構。所述蜂窩結構的形狀不受具體限制。而例如圓形、橢圓形和橄欖形都可用作蜂 窩結構的外橫截面形狀。通道的形狀也不受限制，但一般優選多邊形的橫截面形狀，例 如三角形、四邊形、六邊形或類似形狀。通道的單元密度/單體密度也可以在很大的范 圍內變化，優選構型的通道密度例如處于每平方英寸50至400個單元(每平方厘米7.8至 62個單元)的范圍內。多孔壁在此例如可由陶瓷形成。在這方面已證實例如碳化硅或金 屬硅和碳化硅是合適的。如果陶瓷具有金屬硅和碳化硅作為主晶相，則通過Si(Si+SiC) 確定的Si成分優選質量含量為5%至50%，優選10%至40%。這種顆粒過濾器通常被稱為“壁流式過濾器”，因為這種顆粒過濾器迫使至少 大部分排氣流穿過多孔壁。為此目的已知使顆粒過濾器的相鄰布置的通道交替地在兩 個端側上封閉，使得一子排氣流能流入在進入側敞開的第一通道中，由于該通道端部被 封閉而被迫使穿過多孔壁到達相鄰的通道并能在那里流出。在穿流過多孔壁時，還能使 排氣中攜帶的顆粒留下，可能使所述顆粒減少或將其轉化成氣態組分。這種具有多孔壁的顆粒過濾器通常具有特別大的內表面，從而能在較小的結構 體積中通過相應的覆層提供非常大的催化活性面。因此提出，這種顆粒過濾器優選也與 SCR系統相結合地使用。在選擇性催化還原(排氣中氮氧化物的SCR)中，優選還原氮氧 化物(NO、NO2),而不期望的副反應(例如將硫氧化物氧化成三氧化硫)在很大程度上 得到抑制。為了進行該反應，通常使用混入排氣中的氨(NH3)。反應的產物是水(H2O) 和氮(N2)。在此使用的合適的催化劑例如是二氧化鈦、五氧化二釩和/或鎢氧化物。也 可使用沸石。SCR方法尤其是應用在柴油機車輛中、主要應用在商用車輛中，以便在氮 氧化物負荷方面降低有害物質排放。此前提出的用于減少顆粒和減少氮氧化物的系統在某種程度上結構非常復雜并 且需要很大的結構空間。此外，對于某些系統還需要在排氣外和/或在排氣系統本身 中復雜地調制還原劑(例如尿素或類似物質)，其中，有時不能保證完全轉化。因此，大 多也提出提供所謂的抑制型催化轉化器(Sperr-Katalysator)，該抑制型催化轉化器在還原 劑的轉化不足時會阻止氮氧化物穿過。
發明內容
由此出發，本發明的目的在于，至少部分地解決在現有技術方面描述的問題。 尤其是要提出一種顆粒過濾器，該顆粒過濾器恰在SCR系統中實現了在SCR反應的完全轉化或還原劑的水解方面的優點。此外要提供一種相應的用于在機動車中實現所述SCR 方法的裝置，該裝置的結構緊湊且簡單。所述目的通過具有權利要求1的特征的顆粒過濾器來實現。本發明的其它有利 構型在從屬權利要求中給出。需要指出的是，在權利要求中單獨提出的特征可以以任意 在技術上合適的方式相互組合，從而形成本發明的其他構造方式。尤其是參照附圖進行 的描述進一步闡明了本發明并附加地給出本發明的特別優選的實施變型方案根據本發明的顆粒過濾器具有由多孔壁形成的通道，所述通道在顆粒過濾器的 第一端側與第二端側之間延伸，所述顆粒過濾器的突出之處在于第一端側在通道外具 有水解覆層。水解覆層優選包含二氧化鈦作為最主要的(甚至是唯一的)活性組分，由此， 尤其是使氨儲存體積很小。但在必要時也可以使用由鈦氧化物載有的二氧化鎢催化劑和 釩_鎢氧化物催化劑。該覆層尤其是具有使包含尿素的還原劑與熱排氣和水一起轉化、 即水解成氨(和異氰酸)的特性。在此情況下，(僅)第一端側(還)在通道外設有水 解覆層。在此，第一端側實質上是在俯視第一端側時被看到的面，即尤其是位于通道外 的面。正是在這種具有多孔壁的顆粒過濾器中，排氣入流的第一端側較大。此外可以 考慮，該第一端側可能被用作還原劑的撞擊面。為了在此實現還原劑的盡可能完全的轉 化，正是在第一端側的區域中在外側設置水解覆層。(所述水解覆層)在與例如呈液態的 還原劑碰撞并且在附近與熱排氣接觸的情況下，(將還原劑)盡可能全面地轉化成氨，使 得接下來必要時能在顆粒過濾器內發生完全的SCR反應。不言而喻，所述水解覆層也可 以伸入到敞開的和/或封閉的通道內，例如在封閉裝置的長度(10 40mm)上伸入，由 此，可能情況下可容易地通過端側浸入來制造覆層。在此優選的是，在第一端側上設有用于通道的第一封閉裝置，所述第一封閉裝 置的正面形成顆粒過濾器的第一端側的一部分，所述正面具有水解覆層。封閉裝置例如 是塞子，所述塞子放置在顆粒過濾器的第一端側的區域中，以使所述通道中的一部分在 該第一端側被封閉。在此，可能部分地延伸到通道中的所述第一封閉裝置的正面向外指 向，尤其是在以后的使用中能被排氣流入。因此，正是在此情況下使顆粒過濾器的整個 端面(端側加上通道)的50%以上具有水解覆層。此外也提出，在第二端側上設有用于通道的第二封閉裝置，所述第二封閉裝置 的底面限定通道的邊界，所述底面具有水解覆層。通常放置在沒有設置第一封閉裝置的 通道中的所述第二封閉裝置大多齊平地o^dig)放置在第二端側上。該第二封閉裝置形成 底面，其中，所述底面大多定位在通道內部。在此，第二封閉裝置的底面通常與第一封 閉裝置的正面指向相同的方向。由此，所述底面也可用作還原劑和/或排氣的撞擊面。 因此提出，所述底面同樣設有水解覆層，使剛剛穿流過所述通道的還原劑滴在此碰撞并 被水解。根據一種擴展構型提出，顆粒過濾器具有預定長度的通道，其中，通道在所述 長度的第一區段上具有水解覆層，該第一區段一直延伸到顆粒過濾器的第二端側。亦 即，尤其是通道的設置在下游的區段具有水解覆層。尤其是該第一區段一直延伸到第二 封閉裝置的底面。第一區段優選處于通道長度的10%至70%的范圍內。此外被視為有利的是，通道具有長度，其中，通道在所述長度的第二區段上具有SCR覆層，第二區段設置在顆粒過濾器的第一端側與第二端側之間。換言之尤其是， SCR覆層定位成與顆粒過濾器的第一端側和第二端側都相距明顯的距離。這一點尤其是 涉及在第一端側上不具有第一封閉裝置的通道中實現SCR覆層的情況。僅出于完整性原 因需指出，這些通道也可以不具有SCR覆層，即尤其是也可以具有無覆層的區段。但 (僅)在各個在第二端側上不具有第二封閉裝置的通道中，優選設有在第二區段上的SCR 覆層。但這些(不具有第二封閉裝置的)通道也可以在整個長度上具有SCR覆層。SCR 覆層具有比水解覆層更高的儲氨能力，這尤其是因為設有附加組分如五氧化二釩和/或 沸石。對于上述情況，但尤其是對于在第一端側不具有第一封閉裝置的通道中在第二 區段設置SCR覆層的上述情況，優選的是，這些通道在長度的第三區段上具有水解覆 層，該第三區段一直延伸到顆粒過濾器的第一端側。由此，通道的與該第一端側相鄰的 進入區域實際上也具有水解覆層。如果在第一端側附近實現還原劑的傾斜碰撞，則該水 解覆層尤其是可用作還原劑的撞擊面。根據一種擴展構型提出，通道的至少一部分至少部分地彎曲或者具有伸入通道 內的結構。“彎曲的”走向尤其是指多孔壁的波紋形狀，由此例如得到蜿蜒的通道走 向。同樣也可以形成螺線形的通道。此外，可以在必要時附加地形成伸入通道內的結 構。所述結構可以按照引導面、通道收縮部或類似結構的方式形成。此外，在通道的排出區域中可設有氧化覆層，所述氧化覆層朝向第二端側敞 開。這種氧化覆層尤其是包含鉬，并優選占據排氣在離開顆粒過濾器前最后接觸的區域 (例如10 40mm)。此外認為一種裝置是有利的，該裝置包括至少一個排氣管路，在所述排氣管路 中排氣能沿流動方向穿流，其中設有用于引入還原劑的噴嘴和根據本發明的形式的顆粒 過濾器，所述還原劑包含氨或形成氨，其中，所述顆粒過濾器的第一端側朝向所述噴 嘴。噴嘴尤其是一種能噴入液態還原劑的噴嘴。可以是還原劑本身包含氨，但也可以是 還原劑能形成氨并且僅(部分地)包含前體。特別優選地，還原劑包含液態尿素(尿素 溶液)。因此，應使根據本發明描述的顆粒過濾器在排氣管路中定位成，使得到達的待凈 化排氣與還原劑一起碰撞到顆粒過濾器的第一端側。還原劑和排氣的混合物可以尤其是 在第一端側上實現還原劑的更完全水解。在這方面認為有利的是，將噴嘴放置成具有入射方向，所述入射方向相對于第 一端側是傾斜的或者相對于排氣的流動方向是傾斜的。必要時，為實現還原劑在第一端 側上的均勻分布、進而實現與水解覆層的緊密接觸，相對于第一端側傾斜而且相對于流 動方向傾斜的布置方式是特別有利的。此外，在排氣管路中可設有氧化催化器/氧化催化轉化器，所述氧化催化器在 排氣的流動方向上觀察設置在噴嘴上游并且與顆粒過濾器相距至少150_的距離。氧 化催化器例如用作二氧化氮(NO2)源，二氧化氮可連續地轉化在顆粒過濾器中捕集的顆 粒(炭黑)，從而防止顆粒過濾器的多孔壁被阻塞。為了充分地分布氧化劑(NO2)和還 原劑，應盡可能以在此給出的距離相對顆粒過濾器在上游將顆粒過濾器設置在排氣管路 中。特別優選的是，本發明應用在機動車中，該機動車具有發動機和排氣系統，其中，排氣系統具有至少一個根據本發明描述的顆粒過濾器或上述形式的裝置。
下面借助附圖對本發明及其技術領域進行詳細描述。附圖示出本發明特別優選 的實施形式，但不對本發明形成限制。附圖示意性表示圖1示出根據本發明的顆粒過濾器的實施方案的透視圖，圖2示出根據本發明的顆粒過濾器的另一個實施方案的縱截面，圖3示出顆粒過濾器的另一個實施方案的細節，以及圖4示出用于執行SCR方法的裝置的結構。
具體實施例方式圖1示出具有圓形橫截面的顆粒過濾器1的透視圖。顆粒過濾器1由陶瓷擠出 件構成，該陶瓷擠出件具有多孔壁2，其中形成多個通道3。構造成圓柱形的顆粒過濾器 1具有第一端側4和第二端側5，通道3直線形地在該第一端側與該第二端側之間延伸。 通道3在端側上交替地封閉。在此可看到用于部分通道3的第一封閉裝置7。在此，所 有形成第一端側4的部件(多孔壁2的連接部和第一封閉裝置7的正面)都具有水解覆層 6。圖2示出顆粒過濾器1的另一構型的縱截面。在此可看到多孔壁2，所述多孔壁 形成多個直線形延伸的通道3。相鄰的通道3交替地在第一端側4或第二端側上通過封閉 裝置密封，使得在第一端側4進入的排氣在通道3中被迫使穿過多孔壁2。在此，在圖2 的下部子區域中示出，第一端側4上的第一封閉裝置7的正面8與第二端側5上的第二封 閉裝置9的底面10指向相同的方向。此外，在上部子區域中標記出通道3的不同區段。原則上，通道3在兩個端側之 間具有預定的長度11。如針對在最上方示出的通道3所示的，顆粒過濾器1在第一端側 4附近具有水解覆層6，該水解覆層超出第一端側4 一直延伸到進入通道3的第三區段15 中。緊鄰該第三區段15形成通道3的第二區段13，在該第二區段中設置SCR覆層14。 緊鄰該第二區段直到第二封閉裝置9設有第一區段12，該第一區段也具有水解覆層6。相 鄰布置的設置有第一封閉裝置7的通道3全部設置SCR覆層14。在此，SCR覆層14在 通道3外還在整個第二端側5上延伸。圖3針對一個中央通道3示意性地示出顆粒過濾器1的細節，在該中央通道3 中，排氣能在預定的流動方向19上流入。在此，在左側示出了流入區域，在右側示出了 流出區域。即在左側示出具有水解覆層6的第一端側4，該水解覆層還在第一封閉裝置7 的正面8上延伸。排氣以及可能的還原劑進入該在中央示出的通道3中，其中，還原劑 的徑直向前流動的組分在對面碰到第二封閉裝置9。第二封閉裝置9的底面10以及緊鄰 該第二封閉裝置9的第一區段12中的壁2具有水解覆層6，使得可能在此撞擊的還原劑滴 例如尿素水溶液滴能夠水解。這樣產生的還原劑或者說氨與排氣一起被迫使穿過多孔壁 2并且到達相鄰的通道3，在該相鄰的通道3中又設有SCR覆層14。通道3在此附加地 具有結構16，由此實現通道3的彎曲的延伸。圖4示意性地示出了內置有SCR系統的機動車25。在發動機26 (例如柴油機)中產生的排氣沿這里表示的流動方向19流過排氣系統27。由此，排氣首先撞到氧化催 化器23，該氧化催化器距顆粒過濾器1的距離24至少為150mm。此外，在氧化催化器 23與顆粒過濾器1之間設有用于將例如尿素水溶液引入的噴嘴20。噴嘴20是傾斜的， 因此以入射方向22噴入還原劑21，該入射方向相對于流動方向19是傾斜的并且相對于顆 粒過濾器1的第一端側4是傾斜的。還原劑21尤其是尿素水溶液儲存在容器29中，可 以在必要時按照與發動機26相連接的控制裝置28的指示根據要求通過例如計量泵形式的 計量單元30經由噴嘴20輸入所述還原劑。附圖標記清單
1顆粒過濾器
2壁
3通道
4第一端側
5第二端側
6水解覆層
7第一封閉裝置
8正面
9第二封閉裝置
10底面
11長度
12第一區段
13第二區段
14 SCR覆層
15第三區段
16結構
17裝置
18排氣管路
19流動方向
20噴嘴
21還原劑
22入射方向
23氧化催化器
24距離
25機動車
26發動機
27排氣系統
28控制裝置
29容器
30計量單元
權利要求
1.一種顆粒過濾器(1)，具有由多孔壁(2)形成的通道(3)，所述通道在所述顆粒過 濾器(1)的第一端側(4)與第二端側(5)之間延伸，其中，所述第一端側(4)在所述通道 (3)外具有水解覆層(6)。
2.根據權利要求1的顆粒過濾器(1)，其中，在所述第一端側(4)上設有用于通道(3) 的第一封閉裝置(7)，所述第一封閉裝置的正面(8)形成所述顆粒過濾器(1)的所述第一 端側(4)的一部分，所述正面(8)具有水解覆層(6)。
3.根據權利要求1或2的顆粒過濾器(1)，其中，在所述第二端側(5)上設有用于通 道(3)的第二封閉裝置(9)，所述第二封閉裝置的底面(10)限定所述通道(3)的邊界，所 述底面(10)具有水解覆層(6)。
4.根據上述權利要求之一的顆粒過濾器(1)，其中，通道(3)具有長度(11)，其中所 述通道(3)在所述長度(11)的第一區段(12)上具有水解覆層(6)，所述第一區段(12) — 直延伸到所述顆粒過濾器(1)的所述第二端側(5)。
5.根據上述權利要求之一的顆粒過濾器(1)，其中，通道(3)具有長度(11)，其中， 所述通道⑶在所述長度(11)的第二區段(13)上具有SCR覆層(14)，所述第二區段(13) 設置在所述顆粒過濾器(1)的所述第一端側(4)與所述第二端側(5)之間。
6.根據上述權利要求之一的顆粒過濾器(1)，其中，通道(3)在長度(11)的第三區 段(15)上具有水解覆層(6)，所述第三區段(15) —直延伸到所述顆粒過濾器(1)的所述 第一端側⑷。
7.根據上述權利要求之一的顆粒過濾器(1)，其中，所述通道(3)的至少一部分至少 部分地彎曲或者設有伸入所述通道(3)內的結構(16)。
8.—種裝置(17)，至少包括排氣管路(18)、用于引入還原劑(21)的噴嘴(20)和根據 上述權利要求之一的顆粒過濾器(1)，在所述排氣管路中排氣能沿流動方向(19)穿流， 所述還原劑包含氨或形成氨，其中，所述顆粒過濾器(1)的第一端側(4)朝向所述噴嘴 (20)。
9.根據權利要求8的裝置(17)，其中，將所述噴嘴(20)放置成具有入射方向(22)， 所述入射方向相對于所述第一端側(4)是傾斜的或者相對于排氣的所述流動方向(19)是 傾斜的。
10.根據權利要求8或9的裝置(17)，其中，在所述排氣管路(18)中設有氧化催化器 (23)，所述氧化催化器在排氣的所述流動方向(19)上觀察定位在所述噴嘴(20)的上游并 與所述顆粒過濾器(1)相距至少150毫米的距離(24)。
11.一種機動車(25)，具有發動機(26)和排氣系統(27)，其中，所述排氣系統(27) 具有至少一個根據權利要求1至7之一的顆粒過濾器(1)或根據權利要求8至10之一的 裝置(17)。
全文摘要
本發明涉及一種顆粒過濾器(1)，具有由多孔壁(2)形成的通道(3)，所述通道在所述顆粒過濾器(1)的第一端側(4)與第二端側(5)之間延伸，其中，所述第一端側(4)在所述通道(3)外具有水解覆層(6)。本發明還涉及一種裝置(17)，其至少包括排氣管路(18)、用于引入還原劑(21)的噴嘴(20)和上述類型的顆粒過濾器(1)，在所述排氣管路中排氣能沿流動方向(19)穿流，所述還原劑包含氨或形成氨，其中，所述顆粒過濾器(1)的第一端側(4)朝向所述噴嘴(20)。
文檔編號B01D46/24GK102015060SQ200980116646
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月29日 優先權日2008年5月9日
發明者R·布呂科 申請人:排放技術有限公司