专利名称：具有水解覆层的颗粒过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种颗粒过滤器，所述颗粒过滤器具有由多孔壁形成的通道，这些 通道在颗粒过滤器的第一端侧与第二端侧之间延伸。这种颗粒过滤器尤其是应用在例如 机动车中的移动式内燃机的排气系统中。
背景技术：
所述的颗粒过滤器尤其是由可能是挤出的多孔结构形成，该结构例如形式为蜂 窝结构。所述蜂窝结构的形状不受具体限制。而例如圆形、椭圆形和橄榄形都可用作蜂 窝结构的外横截面形状。通道的形状也不受限制，但一般优选多边形的横截面形状，例 如三角形、四边形、六边形或类似形状。通道的单元密度/单体密度也可以在很大的范 围内变化，优选构型的通道密度例如处于每平方英寸50至400个单元(每平方厘米7.8至 62个单元)的范围内。多孔壁在此例如可由陶瓷形成。在这方面已证实例如碳化硅或金 属硅和碳化硅是合适的。如果陶瓷具有金属硅和碳化硅作为主晶相，则通过Si(Si+SiC) 确定的Si成分优选质量含量为5%至50%，优选10%至40%。这种颗粒过滤器通常被称为“壁流式过滤器”，因为这种颗粒过滤器迫使至少 大部分排气流穿过多孔壁。为此目的已知使颗粒过滤器的相邻布置的通道交替地在两 个端侧上封闭，使得一子排气流能流入在进入侧敞开的第一通道中，由于该通道端部被 封闭而被迫使穿过多孔壁到达相邻的通道并能在那里流出。在穿流过多孔壁时，还能使 排气中携带的颗粒留下，可能使所述颗粒减少或将其转化成气态组分。这种具有多孔壁的颗粒过滤器通常具有特别大的内表面，从而能在较小的结构 体积中通过相应的覆层提供非常大的催化活性面。因此提出，这种颗粒过滤器优选也与 SCR系统相结合地使用。在选择性催化还原(排气中氮氧化物的SCR)中，优选还原氮氧 化物(NO、NO2),而不期望的副反应(例如将硫氧化物氧化成三氧化硫)在很大程度上 得到抑制。为了进行该反应，通常使用混入排气中的氨(NH3)。反应的产物是水(H2O) 和氮(N2)。在此使用的合适的催化剂例如是二氧化钛、五氧化二钒和/或钨氧化物。也 可使用沸石。SCR方法尤其是应用在柴油机车辆中、主要应用在商用车辆中，以便在氮 氧化物负荷方面降低有害物质排放。此前提出的用于减少颗粒和减少氮氧化物的系统在某种程度上结构非常复杂并 且需要很大的结构空间。此外，对于某些系统还需要在排气外和/或在排气系统本身 中复杂地调制还原剂(例如尿素或类似物质)，其中，有时不能保证完全转化。因此，大 多也提出提供所谓的抑制型催化转化器(Sperr-Katalysator)，该抑制型催化转化器在还原 剂的转化不足时会阻止氮氧化物穿过。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，至少部分地解决在现有技术方面描述的问题。 尤其是要提出一种颗粒过滤器，该颗粒过滤器恰在SCR系统中实现了在SCR反应的完全转化或还原剂的水解方面的优点。此外要提供一种相应的用于在机动车中实现所述SCR 方法的装置，该装置的结构紧凑且简单。所述目的通过具有权利要求1的特征的颗粒过滤器来实现。本发明的其它有利 构型在从属权利要求中给出。需要指出的是，在权利要求中单独提出的特征可以以任意 在技术上合适的方式相互组合，从而形成本发明的其他构造方式。尤其是参照附图进行 的描述进一步阐明了本发明并附加地给出本发明的特别优选的实施变型方案根据本发明的颗粒过滤器具有由多孔壁形成的通道，所述通道在颗粒过滤器的 第一端侧与第二端侧之间延伸，所述颗粒过滤器的突出之处在于第一端侧在通道外具 有水解覆层。水解覆层优选包含二氧化钛作为最主要的(甚至是唯一的)活性组分，由此， 尤其是使氨储存体积很小。但在必要时也可以使用由钛氧化物载有的二氧化钨催化剂和 钒_钨氧化物催化剂。该覆层尤其是具有使包含尿素的还原剂与热排气和水一起转化、 即水解成氨(和异氰酸)的特性。在此情况下，(仅)第一端侧(还)在通道外设有水 解覆层。在此，第一端侧实质上是在俯视第一端侧时被看到的面，即尤其是位于通道外 的面。正是在这种具有多孔壁的颗粒过滤器中，排气入流的第一端侧较大。此外可以 考虑，该第一端侧可能被用作还原剂的撞击面。为了在此实现还原剂的尽可能完全的转 化，正是在第一端侧的区域中在外侧设置水解覆层。(所述水解覆层)在与例如呈液态的 还原剂碰撞并且在附近与热排气接触的情况下，(将还原剂)尽可能全面地转化成氨，使 得接下来必要时能在颗粒过滤器内发生完全的SCR反应。不言而喻，所述水解覆层也可 以伸入到敞开的和/或封闭的通道内，例如在封闭装置的长度(10 40mm)上伸入，由 此，可能情况下可容易地通过端侧浸入来制造覆层。在此优选的是，在第一端侧上设有用于通道的第一封闭装置，所述第一封闭装 置的正面形成颗粒过滤器的第一端侧的一部分，所述正面具有水解覆层。封闭装置例如 是塞子，所述塞子放置在颗粒过滤器的第一端侧的区域中，以使所述通道中的一部分在 该第一端侧被封闭。在此，可能部分地延伸到通道中的所述第一封闭装置的正面向外指 向，尤其是在以后的使用中能被排气流入。因此，正是在此情况下使颗粒过滤器的整个 端面(端侧加上通道)的50%以上具有水解覆层。此外也提出，在第二端侧上设有用于通道的第二封闭装置，所述第二封闭装置 的底面限定通道的边界，所述底面具有水解覆层。通常放置在没有设置第一封闭装置的 通道中的所述第二封闭装置大多齐平地o^dig)放置在第二端侧上。该第二封闭装置形成 底面，其中，所述底面大多定位在通道内部。在此，第二封闭装置的底面通常与第一封 闭装置的正面指向相同的方向。由此，所述底面也可用作还原剂和/或排气的撞击面。 因此提出，所述底面同样设有水解覆层，使刚刚穿流过所述通道的还原剂滴在此碰撞并 被水解。根据一种扩展构型提出，颗粒过滤器具有预定长度的通道，其中，通道在所述 长度的第一区段上具有水解覆层，该第一区段一直延伸到颗粒过滤器的第二端侧。亦 即，尤其是通道的设置在下游的区段具有水解覆层。尤其是该第一区段一直延伸到第二 封闭装置的底面。第一区段优选处于通道长度的10%至70%的范围内。此外被视为有利的是，通道具有长度，其中，通道在所述长度的第二区段上具有SCR覆层，第二区段设置在颗粒过滤器的第一端侧与第二端侧之间。换言之尤其是， SCR覆层定位成与颗粒过滤器的第一端侧和第二端侧都相距明显的距离。这一点尤其是 涉及在第一端侧上不具有第一封闭装置的通道中实现SCR覆层的情况。仅出于完整性原 因需指出，这些通道也可以不具有SCR覆层，即尤其是也可以具有无覆层的区段。但 (仅)在各个在第二端侧上不具有第二封闭装置的通道中，优选设有在第二区段上的SCR 覆层。但这些(不具有第二封闭装置的)通道也可以在整个长度上具有SCR覆层。SCR 覆层具有比水解覆层更高的储氨能力，这尤其是因为设有附加组分如五氧化二钒和/或 沸石。对于上述情况，但尤其是对于在第一端侧不具有第一封闭装置的通道中在第二 区段设置SCR覆层的上述情况，优选的是，这些通道在长度的第三区段上具有水解覆 层，该第三区段一直延伸到颗粒过滤器的第一端侧。由此，通道的与该第一端侧相邻的 进入区域实际上也具有水解覆层。如果在第一端侧附近实现还原剂的倾斜碰撞，则该水 解覆层尤其是可用作还原剂的撞击面。根据一种扩展构型提出，通道的至少一部分至少部分地弯曲或者具有伸入通道 内的结构。“弯曲的”走向尤其是指多孔壁的波纹形状，由此例如得到蜿蜒的通道走 向。同样也可以形成螺线形的通道。此外，可以在必要时附加地形成伸入通道内的结 构。所述结构可以按照引导面、通道收缩部或类似结构的方式形成。此外，在通道的排出区域中可设有氧化覆层，所述氧化覆层朝向第二端侧敞 开。这种氧化覆层尤其是包含钼，并优选占据排气在离开颗粒过滤器前最后接触的区域 (例如10 40mm)。此外认为一种装置是有利的，该装置包括至少一个排气管路，在所述排气管路 中排气能沿流动方向穿流，其中设有用于引入还原剂的喷嘴和根据本发明的形式的颗粒 过滤器，所述还原剂包含氨或形成氨，其中，所述颗粒过滤器的第一端侧朝向所述喷 嘴。喷嘴尤其是一种能喷入液态还原剂的喷嘴。可以是还原剂本身包含氨，但也可以是 还原剂能形成氨并且仅(部分地)包含前体。特别优选地，还原剂包含液态尿素(尿素 溶液)。因此，应使根据本发明描述的颗粒过滤器在排气管路中定位成，使得到达的待净 化排气与还原剂一起碰撞到颗粒过滤器的第一端侧。还原剂和排气的混合物可以尤其是 在第一端侧上实现还原剂的更完全水解。在这方面认为有利的是，将喷嘴放置成具有入射方向，所述入射方向相对于第 一端侧是倾斜的或者相对于排气的流动方向是倾斜的。必要时，为实现还原剂在第一端 侧上的均勻分布、进而实现与水解覆层的紧密接触，相对于第一端侧倾斜而且相对于流 动方向倾斜的布置方式是特别有利的。此外，在排气管路中可设有氧化催化器/氧化催化转化器，所述氧化催化器在 排气的流动方向上观察设置在喷嘴上游并且与颗粒过滤器相距至少150_的距离。氧 化催化器例如用作二氧化氮(NO2)源，二氧化氮可连续地转化在颗粒过滤器中捕集的颗 粒(炭黑)，从而防止颗粒过滤器的多孔壁被阻塞。为了充分地分布氧化剂(NO2)和还 原剂，应尽可能以在此给出的距离相对颗粒过滤器在上游将颗粒过滤器设置在排气管路 中。特别优选的是，本发明应用在机动车中，该机动车具有发动机和排气系统，其中，排气系统具有至少一个根据本发明描述的颗粒过滤器或上述形式的装置。
下面借助附图对本发明及其技术领域进行详细描述。附图示出本发明特别优选 的实施形式，但不对本发明形成限制。附图示意性表示图1示出根据本发明的颗粒过滤器的实施方案的透视图，图2示出根据本发明的颗粒过滤器的另一个实施方案的纵截面，图3示出颗粒过滤器的另一个实施方案的细节，以及图4示出用于执行SCR方法的装置的结构。
具体实施例方式图1示出具有圆形横截面的颗粒过滤器1的透视图。颗粒过滤器1由陶瓷挤出 件构成，该陶瓷挤出件具有多孔壁2，其中形成多个通道3。构造成圆柱形的颗粒过滤器 1具有第一端侧4和第二端侧5，通道3直线形地在该第一端侧与该第二端侧之间延伸。 通道3在端侧上交替地封闭。在此可看到用于部分通道3的第一封闭装置7。在此，所 有形成第一端侧4的部件(多孔壁2的连接部和第一封闭装置7的正面)都具有水解覆层 6。图2示出颗粒过滤器1的另一构型的纵截面。在此可看到多孔壁2，所述多孔壁 形成多个直线形延伸的通道3。相邻的通道3交替地在第一端侧4或第二端侧上通过封闭 装置密封，使得在第一端侧4进入的排气在通道3中被迫使穿过多孔壁2。在此，在图2 的下部子区域中示出，第一端侧4上的第一封闭装置7的正面8与第二端侧5上的第二封 闭装置9的底面10指向相同的方向。此外，在上部子区域中标记出通道3的不同区段。原则上，通道3在两个端侧之 间具有预定的长度11。如针对在最上方示出的通道3所示的，颗粒过滤器1在第一端侧 4附近具有水解覆层6，该水解覆层超出第一端侧4 一直延伸到进入通道3的第三区段15 中。紧邻该第三区段15形成通道3的第二区段13，在该第二区段中设置SCR覆层14。 紧邻该第二区段直到第二封闭装置9设有第一区段12，该第一区段也具有水解覆层6。相 邻布置的设置有第一封闭装置7的通道3全部设置SCR覆层14。在此，SCR覆层14在 通道3外还在整个第二端侧5上延伸。图3针对一个中央通道3示意性地示出颗粒过滤器1的细节，在该中央通道3 中，排气能在预定的流动方向19上流入。在此，在左侧示出了流入区域，在右侧示出了 流出区域。即在左侧示出具有水解覆层6的第一端侧4，该水解覆层还在第一封闭装置7 的正面8上延伸。排气以及可能的还原剂进入该在中央示出的通道3中，其中，还原剂 的径直向前流动的组分在对面碰到第二封闭装置9。第二封闭装置9的底面10以及紧邻 该第二封闭装置9的第一区段12中的壁2具有水解覆层6，使得可能在此撞击的还原剂滴 例如尿素水溶液滴能够水解。这样产生的还原剂或者说氨与排气一起被迫使穿过多孔壁 2并且到达相邻的通道3，在该相邻的通道3中又设有SCR覆层14。通道3在此附加地 具有结构16，由此实现通道3的弯曲的延伸。图4示意性地示出了内置有SCR系统的机动车25。在发动机26 (例如柴油机)中产生的排气沿这里表示的流动方向19流过排气系统27。由此，排气首先撞到氧化催 化器23，该氧化催化器距颗粒过滤器1的距离24至少为150mm。此外，在氧化催化器 23与颗粒过滤器1之间设有用于将例如尿素水溶液引入的喷嘴20。喷嘴20是倾斜的， 因此以入射方向22喷入还原剂21，该入射方向相对于流动方向19是倾斜的并且相对于颗 粒过滤器1的第一端侧4是倾斜的。还原剂21尤其是尿素水溶液储存在容器29中，可 以在必要时按照与发动机26相连接的控制装置28的指示根据要求通过例如计量泵形式的 计量单元30经由喷嘴20输入所述还原剂。附图标记清单
1颗粒过滤器
2壁
3通道
4第一端侧
5第二端侧
6水解覆层
7第一封闭装置
8正面
9第二封闭装置
10底面
11长度
12第一区段
13第二区段
14 SCR覆层
15第三区段
16结构
17装置
18排气管路
19流动方向
20喷嘴
21还原剂
22入射方向
23氧化催化器
24距离
25机动车
26发动机
27排气系统
28控制装置
29容器
30计量单元
权利要求
1.一种颗粒过滤器(1)，具有由多孔壁(2)形成的通道(3)，所述通道在所述颗粒过 滤器(1)的第一端侧(4)与第二端侧(5)之间延伸，其中，所述第一端侧(4)在所述通道 (3)外具有水解覆层(6)。
2.根据权利要求1的颗粒过滤器(1)，其中，在所述第一端侧(4)上设有用于通道(3) 的第一封闭装置(7)，所述第一封闭装置的正面(8)形成所述颗粒过滤器(1)的所述第一 端侧(4)的一部分，所述正面(8)具有水解覆层(6)。
3.根据权利要求1或2的颗粒过滤器(1)，其中，在所述第二端侧(5)上设有用于通 道(3)的第二封闭装置(9)，所述第二封闭装置的底面(10)限定所述通道(3)的边界，所 述底面(10)具有水解覆层(6)。
4.根据上述权利要求之一的颗粒过滤器(1)，其中，通道(3)具有长度(11)，其中所 述通道(3)在所述长度(11)的第一区段(12)上具有水解覆层(6)，所述第一区段(12) — 直延伸到所述颗粒过滤器(1)的所述第二端侧(5)。
5.根据上述权利要求之一的颗粒过滤器(1)，其中，通道(3)具有长度(11)，其中， 所述通道⑶在所述长度(11)的第二区段(13)上具有SCR覆层(14)，所述第二区段(13) 设置在所述颗粒过滤器(1)的所述第一端侧(4)与所述第二端侧(5)之间。
6.根据上述权利要求之一的颗粒过滤器(1)，其中，通道(3)在长度(11)的第三区 段(15)上具有水解覆层(6)，所述第三区段(15) —直延伸到所述颗粒过滤器(1)的所述 第一端侧⑷。
7.根据上述权利要求之一的颗粒过滤器(1)，其中，所述通道(3)的至少一部分至少 部分地弯曲或者设有伸入所述通道(3)内的结构(16)。
8.—种装置(17)，至少包括排气管路(18)、用于引入还原剂(21)的喷嘴(20)和根据 上述权利要求之一的颗粒过滤器(1)，在所述排气管路中排气能沿流动方向(19)穿流， 所述还原剂包含氨或形成氨，其中，所述颗粒过滤器(1)的第一端侧(4)朝向所述喷嘴 (20)。
9.根据权利要求8的装置(17)，其中，将所述喷嘴(20)放置成具有入射方向(22)， 所述入射方向相对于所述第一端侧(4)是倾斜的或者相对于排气的所述流动方向(19)是 倾斜的。
10.根据权利要求8或9的装置(17)，其中，在所述排气管路(18)中设有氧化催化器 (23)，所述氧化催化器在排气的所述流动方向(19)上观察定位在所述喷嘴(20)的上游并 与所述颗粒过滤器(1)相距至少150毫米的距离(24)。
11.一种机动车(25)，具有发动机(26)和排气系统(27)，其中，所述排气系统(27) 具有至少一个根据权利要求1至7之一的颗粒过滤器(1)或根据权利要求8至10之一的 装置(17)。
全文摘要
本发明涉及一种颗粒过滤器(1)，具有由多孔壁(2)形成的通道(3)，所述通道在所述颗粒过滤器(1)的第一端侧(4)与第二端侧(5)之间延伸，其中，所述第一端侧(4)在所述通道(3)外具有水解覆层(6)。本发明还涉及一种装置(17)，其至少包括排气管路(18)、用于引入还原剂(21)的喷嘴(20)和上述类型的颗粒过滤器(1)，在所述排气管路中排气能沿流动方向(19)穿流，所述还原剂包含氨或形成氨，其中，所述颗粒过滤器(1)的第一端侧(4)朝向所述喷嘴(20)。
文档编号B01D46/24GK102015060SQ200980116646
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月29日 优先权日2008年5月9日
发明者R·布吕科 申请人:排放技术有限公司