DE10133231B4

DE10133231B4 - Oxidationskatalysator für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE10133231B4
Application number: DE2001133231
Authority: DE
Inventors: Dieter Heubusch; Bernhard Nibbrig
Original assignee: Rhodius GmbH
Current assignee: Rhodius GmbH
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: DE10133231A1

Abstract

Oxidationskatalysator für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem Katalysatorkörper, welcher einen Trägerkörper mit einer Washcoat-Zwischenschicht aufweist, auf der eine katalytisch aktive Beschichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper des Katalysatorkörpers (2) als Metalldrahtgestrick ausgebildet ist, auf dessen Metalldrähte die Washcoat-Zwischenschicht und darauf die katalytisch aktive Beschichtung aufgebracht sind, und dass in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator (2) ein Filter (1) aus einem Metalldrahtgestrick auf dessen Metalldrähten eine Washcoat-Beschichtung vorgesehen ist, angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Oxidationskatalysator für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem Katalysatorkörper, welcher einen Trägerkörper mit großer Oberfläche aufweist, auf der eine katalytisch aktive Beschichtung angeordnet ist.

Ein derartiger Oxidationskatalysator ist aus der DE 199 12 846 A1 bekannt. Beim bekannten Oxidationskatalysator wird der Trägerkörper von einem Wabenkörper gebildet, der eine Vielzahl von durchströmbaren axialen Kanälen aufweist, an deren Kanalwänden die katalytisch aktive Beschichtung vorgesehen ist. Die Beschichtung kann aus einem Washcoat, insbesondere aus porösem Aluminiumoxid (Al₂O₃) bestehen, wobei als katalytisch aktives Material darin ein Edelmetall, beispielsweise Platin und/oder Rhodium enthalten sein kann.

Ferner ist aus der DE 43 03 850 C1 ein Oxidationskatalysator bekannt, bei dem der Trägerkörper aus einem Gestrick aus warmfesten Fasermaterial besteht, das mit dem katalytisch wirksamen Material, beispielsweise Platin, Palladium, Vanadium oder Rhodium beschichtet ist. Das Gestrick, auf welches die katalytisch aktive Beschichtung aufgebracht ist, kann aus Keramikfasern bestehen. Zur Bildung des Katalysatorkör pers wird das Gestrick leporelloartig gefaltet und zu einem Stapel aus aufeinanderliegenden Lagen gelegt.

Ferner ist aus der DE 38 01 634 C2 eine Filter- und Nachverbrennungseinrichtung für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei der die Einfassungsmäntel der Filterelemente mit einer katalytischen Oxidations- oder Drei-Wege-Beschichtung versehen sind. Der gasdurchlässige Filterkörper kann aus einem Drahtgestrick gebildet sein.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Oxidationskatalysator für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem pro Volumeneinheit eine vergrößerte katalytisch wirksame Filteroberfläche zur Verfügung gestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der Erfindung besteht der Träger des Katalysatorkörpers aus einem Metalldrahtgestrick, auf dessen Metalldrähte eine Washcoat-Zwischenschicht und darauf die katalytisch wirksame Beschichtung aufgebracht sind. Ferner ist im Katalysatorgehäuse in Abgasströmungsrichtung vor dem Katalysatorkörper ein Filter aus einem Metalldrahtgestrick, auf dessen Oberfläche eine Washcoat-Beschichtung vorgesehen ist, angeordnet. Durch dieses Vorfilter erreicht man eine Erhöhung der Betriebstemperatur des Katalysator.

Die Washcoat-Beschichtung im Filter und im Katalysatorkörper besteht vorzugsweise aus Aluminiumoxid (Al₂O₃). Vorzugsweise enthält die Washcoat-Beschichtung ein Seltenerdmetalloxid, insbesondere Ceroxid. Die Washcoat-Beschichtung kann ferner eines oder mehrere weitere Metalloxide, die ausgewählt sind aus der Gruppe anorganischer Oxide der Seltenerdmetalle, und von Lanthan, Titan, Zirconium, Hafnium, enthalten. Für die katalytisch aktive Beschichtung des Katalysatorkörpers eignen sich vorzugsweise Edelmetalle, wie Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium und Iridium.

Anhand der Figur wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind in einem Gehäuse 3 ein Filter 1 und ein Katalysatorkörper 2 vorgesehen. Durch Pfeile ist die Abgasströmungsrichtung durch den Oxidationskatalysator in der Figur von links nach rechts gekennzeichnet. Das Filter 1, welches als Vorfilter wirkt, befindet sich in Abgasströmungsrichtung vor dem Katalysatorkörper 2 im Gehäuse 3 des Oxidationskatalysator. Das Vorfilter 1 besteht aus einem Metalldrahtgestrick, an dessen Metalldrähte eine Washcoat-Beschichtung auf Aluminiumoxidbasis, welche ferner Ceroxid enthält, versehen sind. Die Washcoat-Beschichtung kann ferner weitere Metalloxide, insbesondere von Seltenerdmetallen, Lanthan, Titan, Zirkonium oder Hafnium enthalten.
Der Katalysatorkörper 2 besitzt als Trägerkörper ebenfalls ein Metalldrahtgestrick, auf dessen Metalldrähte eine Washcoat-Zwischenschicht auf Aluminiumoxidbasis vorgesehen ist. Diese kann ebenfalls ein Seltenerdmetalloxid, insbesondere Ceroxid enthalten. Ferner können eines oder mehrere weitere anorganische Metalloxide, insbesondere von Seltenerdmetallen sowie von Lanthan, Titan, Zirconium oder Hafnium in der Washcoat-Beschichtung enthalten. Für die katalytisch wirksame Beschichtung werden Edelmetalle, insbesondere Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium oder Iridium verwendet. Der Katalysatorkörper kann einteilig oder mehrteilig, beispielsweise zweiteilig, wie in der Figur dargestellt, ausgebildet sein. Hierzu sind auf zwei Drahtgestrickträgerkörper die Zwischenschicht und die katalytisch aktive Beschichtung aufgetragen.
Bei der Herstellung des Filters 1 und des Katalysatorkörpers 2 wird zunächst das jeweilige Drahtgestrick beschichtet und dann eine Ronde (Vollzylinder), welche den gesamten Strömungsquerschnitt des Katalysatorgehäuses 3 ausfüllt, durch Wickeln und gegebenenfalls Verdichten geformt.
Für den Strickvorgang wird ein Metalldraht, welcher Cer aufweisen kann, mit einem Durchmesser von beispielsweise 0,35 mm verwendet. Das Drahtgestrick kann eine Breite von 35 mm aufweisen mit einer Anzahl der Nadeln von 20. Ferner kann der Metalldraht eine Pfeilwellung von ca. 5 bis 6 mm Höhe haben.
Ein Ausführungsbeispiel des Oxidationskatalysators wurde an einem Dieselmotor mit Turbolader, einem Hubraum von 3920 cm³ und 85 kW bei verschiedenen Drehzahlen geprüft. Es wurden Prüfläufe ohne Katalysator und mit einem Oxidationskatalysator gemäß der Erfindung durchgeführt. Im folgenden sind die Messergebnisse angegebenen:
CO(g/kWh)
HC (g/kW)
Nox (g/kWh)
Gegebenenfalls kann dem in der Figur dargestellten Oxidationskatalysator in Abgasströmungsrichtung ein Rußfilter nachgeschaltet sein, wenn es sich bei der Verbrennungskraftmaschine um einen Dieselmotor handelt. Die Metalldrahtgeschicke mit den entsprechenden Beschichtungen im Filter 1 und im Katalysatorkörper 2 sind hierzu so verdichtet, dass die Rußpartikel ohne die Gefahr des Zusetzens hindurchströmen können.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Filter 1 in einem axialen Abstand vor dem Katalysatorkörper 2 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, das Filter 1 und den Katalysatorkörper aus einem Bauteil bzw. Bauelement zu bilden. Hierbei ist der Teil des Bauelementkörpers, welcher das Filter bildet, nur mit Washcoat beschichtet und der Teil des Bauelementkörpers, welcher den Katalysator bildet, ist mit dem Washcoat und der darauf befindlichen katalytisch wirkenden Beschichtung beschichtet.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Filter 1 und der Katalysatorkörper 2 blockförmig, insbesondere als Vollzylinder ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, das Filter 1 und den Katalysatorkörper 2 ineinander liegend anzuordnen, wobei die Abgasströmungsrichtung im Katalysator im wesentlichen im radialer Richtung verläuft. Das Abgas strömt somit zunächst durch das innenliegende Filter 1 und dann durch den das Filter 1 umgebenden Katalysatorkörper 2. Hierzu können das Filter 1 und der Katalysatorkörper 2 auch hohlzylindrisch ausgebildet sein und ineinander angeordnet sein. Gegebenenfalls kann auch bei dieser Anordnung zwischen dem Filter 1 und dem Katalysatorkörper 2 ein radialer Abstand vorgesehen sein.
Je nach den Einbauerfordernissen können auch andere geometrische Formen für das Filter 1 und den Katalysatorkörper 2 vorgesehen sein. Anstelle von kreiszylindrischen Filter- bzw. Katalysatorkörpern können sternförmige, ovale, rechteckige und anderweitig geformte Bauelementekörper zum Einsatz kommen.

Claims

Oxidationskatalysator für Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem Katalysatorkörper, welcher einen Trägerkörper mit einer Washcoat-Zwischenschicht aufweist, auf der eine katalytisch aktive Beschichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper des Katalysatorkörpers (2) als Metalldrahtgestrick ausgebildet ist, auf dessen Metalldrähte die Washcoat-Zwischenschicht und darauf die katalytisch aktive Beschichtung aufgebracht sind, und dass in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator (2) ein Filter (1) aus einem Metalldrahtgestrick auf dessen Metalldrähten eine Washcoat-Beschichtung vorgesehen ist, angeordnet ist.
Oxidationskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Washcoat-Beschichtung des Filters (1) und des Katalysatorkörpers (2) aus Aluminiumoxyd (Al₂O₃) besteht, welches ein Seltenerdmetalloxid enthält.
Oxidationskatalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerdmetalloxid Ceroxid ist.
Oxidationskatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Washcoat-Beschichtung des Filters (1) und/oder des Katalysatorkörpers (2) wenigstens ein weiteres Metalloxid enthält.
Oxidationskatalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine weiter Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe der anorganischen Oxide von Seltenerdmetallen, Lanthan, Titan, Zirconium und Hafnium.
Oxidationskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Beschichtung des Katalysatorkörpers (2) eine Edelmetallbeschichtung ist.
Oxidationskatalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium und Iridium.
Oxidationskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Drahtgestrick des Filters (1) und/oder des Katalysatorkörpers (2) zu einem zylindrischen, insbesondere vollzylindrischen Körper gewickelt ist, der den gesamten Strömungsquerschnitt des Katalysatorgehäuses (3) ausfüllt.
Oxidationskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (1) und der Katalysator (2) aus einem Bauteil gebildet sind.
Oxidationskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Filter (1) und dem Katalysator (2) ein Abstand vorgesehen ist.