帶有塗覆的纖維層的顆粒陷阱的製作方法
2023-05-29 05:10:51 2
專利名稱：帶有塗覆的纖維層的顆粒陷阱的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於用來淨化汽車內燃機廢氣的顆粒陷阱的耐高溫纖維層和這種顆粒陷阱本身。
背景技術：
如果考慮特別是柴油機的廢氣淨化，則廢氣中的碳氫化合物(HC)以及一氧化碳(CO)可以通過使它們例如與必要時具有催化活性的表面的部件接觸而用已知方式進行氧化。然而氮的氧化物(NOx)的還原在富氧條件下比較困難。僅採用例如用在四衝程發動機中的三元催化器對於柴油機並不能帶來希望的效果。由於這個原因開發了例如選擇性催化還原(SCR「selective catalytic reduction」)方法。
此外還進行了存貯催化器在氮氧化物的還原方面的應用的試驗。存貯催化器的塗層除了普通的貴金屬成分以外還包括碳化鋇和氧化鋇。由此可以在氫氣過剩的情況下存貯NOx。利用貴金屬成分可將廢氣中的一氧化氮(NO)氧化成二氧化氮(NO2)。然後通過形成硝酸鋇使二氧化氮存貯在催化器上。在這樣存貯時在鋇晶粒上形成一使存貯過程減慢硝酸鹽層，因為繼續存貯所需的NO2必須穿過這個層。因為存貯容量是有限的，必須定期對催化器進行再生。這例如通過短暫使廢氣富化－即通過短暫的低化學計量學條件—來進行的。在還原氣氛中硝酸鹽重新轉變為(例如)碳酸鹽，並釋放出一氧化氮。一氧化氮立即還原成氮氣。因為再生比存貯進行得快，再生周期可以明顯比存貯周期短。
為了減少顆粒排放已知包括一陶瓷基體的顆粒陷阱。所述陷阱具有通道，從而待淨化廢氣可以流入顆粒陷阱。相鄰的通道交替地封閉，從而廢氣可在入口端進入通道，穿過陶瓷壁部，通過相鄰通道在出口端重新排出，這種過濾器在所出現的顆粒尺寸的整個範圍內可實現約95％的效率。
除了與添加劑和特殊塗層的化學上的相互作用外，在汽車排氣系統內的過濾器可靠的再生始終是一個問題。顆粒陷阱需要再生，因為顆粒在可流過的通道壁上不斷增加的積聚會造成壓力損失的不斷加大，這會對發動機功率產生不利影響。再生主要包括對顆粒陷阱和積聚的顆粒進行短時間的加熱，從而使炭黑顆粒轉化成氣態組分。再生例如也可以這樣來達到，即藉助於一在前面發生的放熱反應(例如在一氧化催化器中將附加地注射入排氣管內的燃料氧化(「後燃」))使廢氣短時間達到足以轉化附著在顆粒陷阱內的顆粒的溫度。然而顆粒陷阱這種高的熱負荷對使用壽命有不利影響。
為了避免這種不連續地和熱地導致非常大磨損的再生，開發了一種用來連續再生過濾器的系統(CRT「連續再生陷阱」)。在這種系統內在已經達到200℃以上的溫度下藉助於利用NO2的氧化使顆粒燃燒。為此所需要的NO2通常由一設置在顆粒陷阱的上遊的氧化催化器產生。但是這裡特別是在用於使用柴油燃料的機動車輛中時存在這樣的問題，即在廢氣中只存在數量不足的可轉化成希望的二氧化氮(NO2)的一氧化氮(NO)。因此迄今為止不能確保在排氣系統內連續地進行顆粒陷阱的再生。
此外應該考慮，除了不可轉化的顆粒外在顆粒陷阱內還積聚油和附加的添加劑殘留物，它們不能毫無問題地再生。由於這個原因已知的過濾器必須定期更換和/或清洗。
除了低的反應溫度和規定的停留時間外，為了用NO2連續地再生顆粒(陷阱)必須提供充足的氮氧化物。關於一氧化氮(NO)和顆粒的動態排放的試驗清楚顯示，尤其是在廢氣中不存在或只存在很少的一氧化氮時才排放顆粒，或者相反。因此具有真正連續再生的過濾器基本上必須起補償器或存貯器的作用，從而保證，兩種反應物在規定時刻以必要的數量在過濾器中存在。此外過濾器應儘可能靠近內燃機布置，以能夠在冷起動後便已經立即獲得儘可能高的溫度。為了提供所需要的氮氧化物在過濾器前連接一個氧化催化器，它使一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)反應，特別是還將一氧化氮(NO)轉化成二氧化氮(NO2)。在由氧化催化器和過濾器組成的這種系統安裝在發動機附近時，在渦輪增壓器前面的位置特別合適，渦輪增加器在柴油機車輛中通常用來提高燃燒室內的進氣壓力。
如果研究這種基本考慮，則對於在汽車製造中的實際應用會提出這樣的問題，即如何構造這種在所述這樣的位置和存在特別高的熱負荷和動態負荷的情況下具有令人滿意的過濾效率的過濾器。這裡特別要考慮決定過濾器的新設計的空間條件。對於安裝在汽車底板中的常規過濾器，重要的是有儘可能大的空間，以使還未轉化的顆粒在過濾器內的停留時間長，從而保證高效率，而當布置在發動機附近時不存在足夠的位置或者說空間。
為此開發了一種新的主要以「開放式過濾系統」的概念為人所知設計方案。這種開放式過濾系統的特徵為，可以放棄交替地封閉通道的結構。這裡設想，通道壁至少局部由多孔或特別多孔的材料構成，並且開放式過濾器的流動通道具有轉向或導向結構。這種結構使流和包含在流中的顆粒向由多孔或特多孔材料製成的區域偏轉。這時令人驚訝地發現，顆粒通過攔截(Interception)和/或衝擊(Impaktion)附著在多孔通道壁上和/或內。與這種效果相結合流動的廢氣流截面內的壓力差起重要作用。通過轉向可以附加地形成局部的負壓或過壓狀態，它會造成穿過多孔壁的過濾效果，因為必須平衡上述壓力差。
和已知的閉式篩網或過濾系統不同，這裡顆粒陷阱是開放式的，因為沒有設置流動死胡同。因此這種特性也可以用來說明這種顆粒過濾器的特徵，因此例如參數「流動自由度」適於用來描述(這種顆粒陷阱)，例如20％的「流動自由度」意味著，在橫截面內觀察，約20％的面積是可看透的。在通道密度為約600cpsi(每平方英寸單元數)、液壓直徑為0.8mm的顆粒過濾器中這個流動自由度相當於0.1mm2以上的面積。換言之，如果顆粒—甚至是明顯大於本來待濾出的顆粒的顆粒(特別是柴油和/或汽油燃料的特徵顆粒尺寸的範圍)—基本上可以完全流過一顆粒陷阱，則所述顆粒陷阱便稱為開放式的。因此即使在運行期間在出現顆粒結塊(Agglomeration)的情況下這種過濾器也不會堵塞。用來測量顆粒陷阱開放性的一種合適的方法例如是測試最大多大直徑的球形顆粒還能通過這種過濾器。在所述應用場合中如果直徑大於或等於0.1mm的球，尤其是直徑為0.2mm以上的球還可通過，那麼這種顆粒陷阱便是「開放式」，的。這種「開放式」過濾元件例如由資料DE 20117873U1、DE 20117659U1、WO02/00326、WO 01/92692、WO 01/080978得知，因此其公開內容完全用於本說明書的內容。
對於具有內部導流面的蜂窩體的一般結構例如由德國實用新型DE8908738U1給出啟示。這份資料說明了用於汽車的蜂窩體，特別是催化器基體，它由分層設置的至少在部分區域內形成表面結構構造的板組成，這些板構成多個流體可流通的通道的壁。在所述文獻中說明，在大多數應用場合和在這種蜂窩體具有常見尺寸是，通道內的流基本上是分層的，即採用非常小的通道橫截面。在這種條件下在通道壁上形成比較厚的邊界層，所述邊界層減少通道內芯部流與壁的接觸。為了在通道內部造成廢氣流的渦流，從而保證整個廢氣流與通道的催化活性表面的劇烈接觸，這裡推薦採用一種隆起部，它們在通道內部構成迎流面，從而使廢氣橫向於主流動方向偏轉。
發明內容
正是為了實現這種開放式的顆粒陷阱，現在本發明的目的是，改善包含在廢氣中的有害物質的轉化效率。特別是提供這樣的可能性，即提供結構特別小的特別是用於具有柴油發動機的汽車的排氣裝置。此外應該大大簡化從而允許成本低廉地進行這種排氣裝置的製造、裝配和維護。
所述目的通過一種具有權利要求1特徵的用於用來淨化內燃機廢氣的顆粒陷阱的耐高溫纖維層以及一種具有權利要求8特徵的相應顆粒陷阱來實現。其它有利的實施形式在從屬權利要求中說明，其中從屬權利要求中所列出的特徵可單獨的或者以任何有意義的相互組合的形式出現。
按本發明的用於一用來淨化汽車內燃機廢氣的顆粒陷阱的耐高溫金屬纖維層的特徵為，至少在一區段內設有一個塗層，它至少部分地相當於一個氧化催化器和/或一個三元催化器和/或一個SCR-催化器。
設置這種催化活性塗層有許多優點，接下來應該對所述優點進行簡短描述。例如可以實現，可將原來設置在排氣系統內的用於氧化或還原和/或貯存的包含在廢氣內的有害物質的部件設計成小體積的，或者甚至可以完全放棄不用。這樣就使得排氣系統可以做得比所述的排氣系統明顯地窄和小，由此可以使排氣系統結構簡單，維護方便和製造經濟。此外還令人意外地產生協合/增強效應。例如在配備這種纖維層的顆粒陷阱內部會直接產生有助於積聚的顆粒的轉化和廢氣組分的清除。也就是說直接在附著有顆粒的纖維層表面附近產生和提供所述廢氣組分。因此例如顆粒陷阱的再生溫度還可以顯著降低，例如從900℃以上下降到600℃以下的溫度。
對於所述至少一個纖維層區段的設置應該注意，該區段也可以在纖維層的整個表面上延伸。但是也可以設置多個區段，其中所述區段可以是塗覆的和/或有時是未塗覆的，其中必要時也可以選擇不同的塗層類型，相互不同的區段形狀或區段面積。所述至少一個區段也可以僅位於耐高溫纖維層的外表面或外側上。
考慮到氧化催化劑塗層的特性可以確定，這種催化劑用來提高特定反應的速度，而本身不會在這個過程中被消耗。通過使用合適的催化劑物質可以實現，使廢氣中的CO(一氧化碳)和HC(碳氫化合物)的氧化過程可在較低的溫度下進行。藉助於這種類型的通常包含鉑族催化劑物質的塗層，在柴油機廢氣中廢氣溫度已達到250℃以上時便能夠氧化氣態碳氫化合物和一氧化碳。這種氧化塗層的一個特別之處在於，這裡在一些情況下會使仍附著在炭黑顆粒上的碳氫化合物進行後燃，由此可以進一步降低顆粒排放。迄今為止人們還不敢將促進氧化的塗層和過濾元件的這種組合設置在一個整體/單元內，因為擔心催化活性物質由於被顆粒越來越多的覆蓋而受到損害。在本發明中擺脫了本領域的這種偏見，並開發了一種使得可以製造特別有效的顆粒陷阱的耐高溫纖維層。
如果要通過後續反應減少三種有害成分CO，HC和NOX(氮的氧化物)，則這可以通過用三元催化器的塗層對纖維層進行塗覆來實現。這裡有效的催化物質包括精細地分布在一大的表面上的金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)和銠(Rh)。在λ值為1時，CO氧化成二氧化碳(CO2)、CH氧化成CO2和水(H2O)，NOX還原成氮(N2)。這裡對於氧化催化器建議使用以下塗層Pt/Pd＝2/10.93-1.2g Pt/升催化劑基體體積0.46-0.6g Pt/升催化劑基體體積對於多功能催化器(還原)建議，滿足以下關係式Pt/Rh＝5/11.1b-1.5g Pt/升催化劑基體體積1.23-0.3g Rh/升催化劑基體體積催化劑基體體積是指包括基體(蜂窩體等)材料和由基體形成的空腔、通道等的體積。
SCR-催化器的塗層在一些情況下也可設計成多層的或多級的。一種可能的尿素-SCR-催化系統包括多個前後順序設置的施加在纖維層上的塗層分區。其中所述分區可以沿廢氣流動方向按以下所述設置-一個氧化催化器塗層(任選)-一個水解催化器塗層，-一個SCR-催化器塗層，和-必要時一個連接在後面的氧化催化器。
任選的前置氧化催化器用來在低的廢氣溫度下(特別是在柴油機乘用車中)提高SCR-活性。通過藉助於對NO的部分氧化提高廢氣中的NO2成分(最佳為50％的體積百分比)可以在約573K以下的溫度範圍內顯著提高SCR-反應的反應速度。此外在催化器表面上進行一氧化碳轉化為二氧化碳的氧化反應以及未完全燃燒的碳氫化合物轉化成二氧化碳和水的反應。不使用這種帶氧化塗層的前置區域，碳氫化合物的氧化部分地在SCR-催化器上進行，從而造成氮的氧化物轉化率降低。
藉助於水解催化器的塗層在低溫下，例如約470K時就可實現含水尿素溶液的完全分解。在低於約470K時尿素的分解證明是有問題的，因為由於不完全分解可能形成不希望的副產品。SCR-催化器的塗層用來使氮的氧化物NOx與氨有選擇地還原成沒有問題的產品，氮和水。
按照耐高溫纖維層的另一種實施形式，塗層包括載體塗料(Washcoat)。用載體塗料塗覆纖維較光滑的表面會使催化活性表面擴大。這種多裂紋的表面一方面保證提供足夠大的空間來固定催化劑(例如鉑、銠等)，另一方面用來使流過的廢氣形成渦流，這時促使與催化劑特別強烈的接觸。
用已知的方法施加促進催化作用的大表面積的載體塗料層，即將纖維層(或者以後將由纖維層和金屬薄板組成的整個顆粒陷阱)浸入液態載體塗料分散液，或者用分散液對其進行噴塗。接著除去多餘的載體塗料分散液，使纖維層內的刷塗層乾燥，最後在大多在450℃以上的溫度下進行焙燒。在焙燒期間排除載體塗料分散液的揮發性成分，從而形成耐高溫和促進催化作用的具有高的比表面積的塗層。必要時多次重複這個過程，以達到希望的塗層厚度。這裡平均塗層厚度優選在0.001至0.02mm的範圍內，特別是0.005至0.012mm的範圍內。
載體塗料通常由一種由氧化鋁和至少一種助催化劑氧化物(Promoteroxid)—例如稀土金屬氧化物、氧化鋯、氧化鎳、氧化鐵、氧化鍺和氧化鋇—的混合物組成。這裡載體塗料分散液在施加到蜂窩體上時必須具有儘可能好的流動性，以在整個通道長度上實現所希望的均勻的塗層厚度。
為了實現這種流動性已知的載體塗料分散液具有一規定的PH-值，其中只允許有限的固體物質含量。然而試驗表明，這種載體塗料分散液具有與時間相關的粘度。這會導致載體塗料分散液很快凝膠化(gelieren)，並阻礙形成均勻的塗層厚度。可以這樣來延遲這種凝膠化，即保持載體塗料分散液處於運動狀態，即使分散液或者待用它浸潤的過濾層運動，特別是激勵其振動。
按照纖維層的又一種實施形式，所述纖維層由多孔的燒結材料或纖維材料(例如鋼)組成。這裡特別推薦具有較高含量的鉻、鎳、鋁和/或鉬的耐高溫和耐腐蝕的鋼。這裡纖維層具有平均直徑小於0.082mm，特別是在0.01至0.05mm範圍的纖維是特別有利的。為了避免這種過濾層在廢氣流中形成高的滯止壓力，建議所述纖維層具有至少為50％，特別是至少為75％，優選至少為85％，尤其是甚至至少為95％的多孔性。在這種情況下應該注意，這種纖維層可以比較好地用平均長度為0.4mm至0.05mm的纖維製成，其中在纖維較粗時最好選擇較短的纖維長度。
此外建議，纖維層在基本上平行於最大外表面的縱剖面內具有開口，所述開口平均具有0.01至0.5mm的尺寸，特別是0.05mm至0.25mm。原則上這裡應該指出，纖維層可以具有幾乎任意布置的纖維，其中特別是指無定向布置、織物式布置或類似結構。這裡也可以僅局部存在規則的結構，而在其餘區域存在纖維的無序結構。
為了確保，設置足夠大的用於顆粒及其結塊的空腔，這裡特別是對於在柴油發動機排氣系統內的應用建議，提供一定的細孔尺寸(Porengrβe)，這裡材料的具有這裡稱為開口的細孔或空腔的小的橫截面的縱剖面用來得到細孔尺寸。所有這些開口平均具有一在上述範圍內的尺寸。其中這裡是指在縱剖面內可見的開口的所有最大尺寸的平均值。因為開口尺寸與已經塗覆的纖維層有關，因此也可以採用相應的平均纖維距離(來度量開口尺寸)，它最好選擇為小於0.6mm，特別是在0.05mm至0.35mm之間。
此外建議，纖維層具有小於3mm，特別是小於1.5mm，優選小於0.5mm，最好小於0.1mm的厚度，這裡所述的厚度特別是考慮到纖維層用於用來淨化汽車內燃機廢氣的顆粒陷阱而進行選擇的。
按照本發明的另一個方面，建議一種用來淨化汽車內燃機廢氣的顆粒陷阱，它具有至少一個部分形成表面結構的金屬薄板和至少一個按上述結構類型的耐高溫纖維層，其中優選將多個形成表面結構的金屬薄板和多個纖維層相互交替和特別是相互卷繞地布置在一個殼體內。這裡特別是形成一「開放式」的顆粒陷阱，如開頭所述的那樣。因此形成一種如資料DE20117873U1、DE20117659U1、WO02/00326、WO01/92692，WO01/80978中所述的「開放式」過濾元件是特別有利的。
此外建議，顆粒陷阱形成基本上平行於軸線分布的通道，其中導向面，尤其是金屬薄板的導向面伸入至少一部分通道，並促使流過通道的氣體朝纖維層轉向。這種導向面可以由突起、隆起、微型波紋、葉片等結構形成。所述導向面也可以由所述金屬薄板中的孔的稜邊形成。導向面本身同樣可以具有孔。
按照另一種實施形式，顆粒陷阱具有一體積，並且顆粒陷阱的塗層量相對於這個體積在20至300g/l(克每升)的範圍內，優選甚至在50至120g/l之間。在這種情況下體積是指由金屬薄板、纖維層以及形成的通道組成的體積。通常這個體積在0.01l至1.5l，優選在0.3l至0.8l的範圍內。
此外建議，所述至少一個至少局部形成表面結構的金屬薄板具有在至少一個結構寬度上，尤其是甚至在2個，特別是在3個結構寬度上延伸的通孔，這意味著，例如一個這種通孔使多個由所述結構形成的相鄰通道相互連通。這樣就保證了部分廢氣流特別有效的混合，而不會在顆粒陷阱前產生不希望的高滯止壓力(Staudruck)。這裡還應該注意，所述通孔基本上在金屬薄板平面內延伸。
現在藉助於附圖詳細說明本發明。這裡應該指出，附圖示出本發明特別優選的實施例，但是本發明不限於此。附圖表示圖1以分解示意圖表示按本發明的顆粒陷阱的一個細部，圖2按本發明的顆粒陷阱的一種結構的另一個細部，圖3示意表示汽車內燃機排氣系統的一種結構，圖4以示意性透視圖表示按本發明的顆粒陷阱的另一種結構，圖5示意性地表示按本發明的纖維層的結構的縱向剖視圖，和圖6在塗覆狀態的纖維層的另一縱向剖視。
具體實施例方式
圖1以分解示意圖表示一例如用來處理汽車內燃機廢氣的顆粒陷阱的細部。其中示出兩個按本發明的纖維層1，在所述纖維層之間設置一金屬薄板14。纖維層1分別具有一個區段3，在該區段內設有一塗層4。該塗層可以起到一個氧化催化器，一個三元催化器和/或一個SCR-催化器的作用。金屬薄板14最好也具有(至少在部分區域內)一催化活性和/或可用於貯存的塗層。通常相鄰的層相互貼合，並且優選利用接合技術地相互連接，特別是相互釺焊。為此例如要求，對一部分區域—特別是纖維層1的邊緣—不進行塗覆，以保證可在這裡形成利用接合技術的連接。
由於金屬薄板14形成有表面結構，廢氣可以沿流動方向21流過這種由光滑層(纖維層1)和波紋層(金屬薄板14)組成的「夾層結構」。這裡在通道17內安裝導向面18，所述導向面促使部分氣流形成渦流，從而特別是將部分氣流引向塗覆的纖維層1。這裡金屬薄板14的結構是具有規定結構寬度36的波紋結構。導向面18或位於它下面的通孔19最好做得大於結構寬度36，從而通過通孔19可以使多個相鄰的通道17相互連通。
圖2示出金屬薄板14和一纖維層1的一種布置的細部。金屬薄板14和纖維層1同樣也是交替地設置，其中金屬薄板14的結構與纖維層1相結合而形成廢氣可沿流動方向21流過的通道17。通過衝壓、壓制或用其它方法由金屬薄板14本身形成的導向面18伸入通道17內。由此還同時形成了通孔19，由此可從流過一個通道17的氣體中「分割」出一個部分邊緣流，並可將其引向纖維層1。這樣顆粒22也被攜帶並引向纖維層1。在纖維層處顆粒留在外表面9上，例如粘接或堆積在纖維層1的空腔、細孔等開口內。這裡所示的纖維層12具有大量無序布置的設有一塗層4的纖維6。纖維層1總體上具有小於3mm的厚度12。
圖3示意性示出一汽車內燃機13的排氣裝置。在內燃機13內產生的廢氣在最終排放到環境中之前通過一排氣管23輸送給用於廢氣處理的各種不同的部件。在圖3中所示的排氣系統具有沿流動方向21前後順序排列的如下元件一起動催化器24、一渦輪增壓器25、一氧化催化器26、一還原劑輸入口27，一混合器28，一按本發明的顆粒陷阱2和一主催化器29。
起動催化器24的特徵是其體積特別小(例如小於0.1升)，由於其小的熱容量和它直接裝在發動機附近在發動機起動後非常短的時間內便已經加熱到可以使包含在廢氣中的有害物質發生催化轉化的程度(例如在幾秒鐘內加熱到230℃以上的溫度)。在顆粒陷阱2前面的用於再生的氧化催化器26的功能上面已經詳細說明過了。還原劑輸入口27和混合器28用來例如輸入固態或液態尿素，從而也可以利用SCR方法轉化有害物質。混合器28可以設計成導向面、柵格件、蜂窩體等。但是也可以取消顆粒陷阱2前面的混合器28，因為顆粒陷阱2本身同樣可使廢氣流形成渦流和對輸入的還原劑進行精細分配。連接在後面的主催化器29通常具有較大的體積，特別是大於1.5升。
圖4以透視圖示意性地示出顆粒陷阱2的結構。用來淨化汽車內燃機廢氣的顆粒陷阱2包括一形成有表面結構的金屬薄板14和一耐高溫的纖維層1，它們繞顆粒陷阱2的軸線16螺線形地設置(此外金屬薄板和/或纖維層也可以簡單的堆疊、S形纏繞或以其它形式卷繞)。金屬薄板14和纖維層1形成基本上平行於軸線16穿過顆粒陷阱2延伸的通道17。由金屬薄板14和纖維層1組成的複合體安裝在一殼體15內，並且還利用接合技術與所述殼體相連接。在顆粒陷阱2的所示實施形式中，殼體15越過顆粒陷阱2或金屬薄板14和纖維層1的端面34伸出。波紋狀金屬薄板14的材料厚度30優選在0.05mm以下，甚至最好在0.02mm以下的範圍內。這裡特別適宜的是，材料厚度30或塗層4(未示出)或顆粒陷阱2的其它參數在顆粒陷阱2的整個長度31上不是恆定的。即，例如顆粒陷阱2在一第一長度區段32內與一第二長度區段33內的情況相比，具有較低的熱容量，較高的多孔度。在催化活性塗層上較大的負荷，較大數量/尺寸的通孔19、導向面18或纖維。原則上也可將顆粒陷阱2分成兩個以上的長度區段。
所示的顆粒陷阱2具有一由在殼體20內部的纖維層1和金屬薄板14填充的體積來表示的體積20，其中也包括通道17的體積。本發明的顆粒陷阱的塗層4的設置量在20至300g/L的範圍內。這裡這個數量可以在整個長度31上均勻地設置在纖維層1和/或金屬薄板14的外表面9上，然而也可以僅是纖維層1或僅是金屬薄板14的部分區域設置一催化活性塗層4。也可以在不同長度區段上設置不同類型或數量的塗層4。
圖5示意表示纖維層1的一個縱剖面8。這裡可以看到，纖維層1由大量纖維6構成，在這裡所述纖維部分規則地，部分無序地相互連接。纖維6優選具有一在0.012mm至0.035mm範圍內的直徑7。通過纖維6在縱剖面8內的布局形成開口10。所述開口實際上表示成在纖維層1的內部形成的空腔的橫截面。
圖6同樣示意性地示出纖維層1的一縱剖面8，其中現在纖維6設計成帶有一塗層4。塗層4包括載體塗料5，所述載體塗料由於其多裂紋的表面形成充分的可能性，以貯存催化活性物質35。儘管存在塗層4，縱剖面8始終還具有尺寸11的開口10。所有開口10的這個尺寸11平均在0.05至0.4mm之間。這裡最好同時保持約87％的多孔度。
本發明是為了改善汽車內燃機排氣系統內的顆粒陷阱的效率而進行的大量複雜的技術試驗的結果。
附圖標記表1纖維層 2顆粒陷阱3區段 4塗層5載體塗料 6纖維7直徑 8縱剖面9外表面 10開口11尺寸 12厚度13內燃機14金屬薄板15殼體 16軸線17通道 18導向面19通孔 20體積21流動方向 22顆粒23排氣管24起動催化器25渦輪增加器26氧化催化器27還原劑輸入口 28混合器29主催化器 30材料厚度31總長度32第一長度段33第二長度區段 34端面35物質 36結構寬度
權利要求
1.用於一用來淨化汽車內燃機(13)的廢氣的開放式顆粒陷阱(2)的由金屬纖維製成的耐高溫纖維層(1)，其特徵為，所述纖維層(1)至少在一個區段(3)內具有一催化活性塗層(4)，特別是如氧化催化器和/或三元催化器和/或SCR催化器的塗層那樣的塗層。
2.按權利要求1所述的耐高溫纖維層(1)，其特徵為所述塗層(4)包括載體塗料(5)。
3.按權利要求1或2所述的耐高溫纖維層(1)，其特徵為所述纖維層(1)包括一種多孔的燒結材料和/或纖維材料。
4.按上述權利要求之任一項所述的耐高溫纖維層(1)，其特徵為所述纖維層(1)具有平均直徑(7)小於0.082mm，特別是在0.01至0.05mm範圍內的纖維(6)。
5.按上述權利要求之任一項所述的耐高溫纖維層(1)，其特徵為所述纖維層(1)具有至少為50％，特別是至少75％，優選為至少85％，尤其是甚至為至少95％的多孔度。
6.按上述權利要求之任一項所述的耐高溫纖維層(1)，其特徵為所述纖維層(1)在一基本上平行於最大的外表面(9)的縱剖面(8)內具有開口(10)，所述開口具有平均為0.01mm至0.5mm，特別是0.05mm至0.25mm的尺寸(11)。
7.按上述權利要求之任一項所述的耐高溫纖維層(1)，其特徵為所述纖維層(1)具有一小於3mm，特別是小於1.5mm，優選小於0.5mm，尤其是小於0.1mm的厚度(12)。
8.用於淨化汽車內燃機(13)的廢氣的顆粒陷阱(2)，其特徵為所述顆粒陷阱具有至少一個部分形成有表面結構的金屬薄板(14)和至少一個按權利要求1至7之任一項所述的耐高溫纖維層(1)，其中優選多個形成表面結構的金屬薄板(14)和多個纖維層(1)相互交替地並特別是相互卷繞地安裝在一殼體(15)內。
9.按權利要求8所述的顆粒陷阱(2)，其特徵為形成基本上平行於顆粒陷阱(2)的一軸線(16)分布的通道(17)，其中導向面(18)-尤其是金屬薄板(14)的導向面(18)-伸入所述通道(17)的至少一部分內，並使流過通道(17)的氣流朝纖維層(1)轉向。
10.按權利要求8或9所述的顆粒陷阱(2)，其特徵為所述顆粒陷阱(2)具有一體積(20)，相對於這個體積，塗層的量在20至300克/升，甚至優選在50至120克/升之間的範圍內。
11.按權利要求8至10之任一項所述的顆粒陷阱(2)，其特徵為所述至少一個至少部分形成有表面結構的金屬薄板(14)具有通孔(19)，所述通孔在至少一個結構寬度(36)上，尤其是甚至在兩個，特別是甚至三個結構寬度(36)上延伸。
全文摘要
本發明涉及一種用於用來淨化汽車內燃機(13)的廢氣的顆粒陷阱(2)的由金屬纖維製成的耐高溫纖維層(1)，其特徵為所述纖維層(1)至少在一個區段(3)內具有一催化活性和/或吸收性的塗層(4)，特別是如氧化催化器和/或三元催化器和/或SCR－催化器的塗層那樣的塗層。
文檔編號F01N3/022GK1720093SQ200380104925
公開日2006年1月11日 申請日期2003年11月7日 優先權日2002年12月5日
發明者R·布呂科 申請人:排放技術有限公司