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DE10252733A1 - Device for purifying vehicle exhaust gases used in diesel engines comprises a filter body having a region for sulfur oxides storage - Google Patents

Device for purifying vehicle exhaust gases used in diesel engines comprises a filter body having a region for sulfur oxides storage Download PDF

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DE10252733A1
DE10252733A1 DE2002152733 DE10252733A DE10252733A1 DE 10252733 A1 DE10252733 A1 DE 10252733A1 DE 2002152733 DE2002152733 DE 2002152733 DE 10252733 A DE10252733 A DE 10252733A DE 10252733 A1 DE10252733 A1 DE 10252733A1
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exhaust gases
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filter body
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DE2002152733
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Markus Widenmeyer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Abstract

Device for purifying vehicle exhaust gases comprises a filter body having a first region (18) for SOx storage.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a device for cleaning exhaust gases from a motor vehicle.

Insbesondere bei Dieselkraftfahrzeugen stellt bei der Erreichung der Abgasgrenzwerte die Verminderung von NOx- und Partikelemissionen ein Problem dar. Bei Dieselfahrzeugen wird hierzu bspw. ein auf der Wirkung eines NOx-Speicherkatalysator beruhendes Entstickungsverfahren erprobt. Bei diesem werden die Stickoxide allgemein adsorbiert und die adsorbierten Stickoxide periodisch aus dem Speicher innerhalb kurzer Fettphasen reduktiv desorbiert und an dem Katalysator umgesetzt.In the case of diesel motor vehicles in particular, the reduction of NO x and particle emissions is a problem when the exhaust gas limit values are reached. For diesel vehicles, for example, a denitrification process based on the effect of a NO x storage catalytic converter is being tested. In this, the nitrogen oxides are generally adsorbed and the adsorbed nitrogen oxides are periodically reductively desorbed from the storage within short fat phases and converted on the catalyst.

Problematisch bei NOx-Speicherkatalysatoren ist jedoch deren Anfälligkeit für Schwefeloxide. Diese werden an der Speicherkomponente stärker als Stickoxide adsorbiert und blockieren daher den Zugang der Stickoxide zu den Speicherplätzen. Aus diesem Grunde muß ein schwefelvergifteter Katalysator nach bestimmten Zeiträumen von eingelagertem Schwefel befreit werden. Durch einen solchen Entschwefelungsvorgang kann die Entschwefelung ganz oder teilweise erreicht werden. Diese läuft bei Temperaturen von 400 bis 800°C und einer Luftzahl von λ < 1 in einem Zeitraum von mehreren Sekunden bis mehreren Minuten ab.However, the problem with NO x storage catalysts is their susceptibility to sulfur oxides. These are more strongly adsorbed on the storage component than nitrogen oxides and therefore block the access of the nitrogen oxides to the storage locations. For this reason, a sulfur-poisoned catalyst must be freed of sulfur after a certain period of time. Desulphurization can be achieved in whole or in part by such a desulfurization process. This takes place at temperatures from 400 to 800 ° C and an air ratio of λ <1 in a period of several seconds to several minutes.

Es ist zu beachten, daß hohe Schwefelkonzentrationen im Abgas und hohe Abgastemperaturen das Wachstum von Metallsulfatkristallen aus den Aktivkomponenten (bspw. Ba, Sr) fördern. Dadurch erhöht sich die Gefahr, daß der Katalysator nicht mehr vollständig entschwefelt werden kann. Daher ist es notwendig, höhere Regenerationstemperaturen einzusetzen. Sowohl sehr hohe Entschwefelungstemperaturen als auch eine unvollständige Entschwefelung können aber zu irreversiblen Aktivitätsverlusten des Katalysators führen.It should be noted that high sulfur concentrations in the exhaust gas and high exhaust gas temperatures the growth of metal sulfate crystals promote from the active components (e.g. Ba, Sr). This increases the danger that the Catalyst no longer completely can be desulfurized. Therefore, it is necessary to have higher regeneration temperatures use. Both very high desulfurization temperatures as well an incomplete Desulfurization can but irreversible loss of activity of the catalyst.

Deshalb wird nach dem Stand der Technik versucht, den Katalysator vor Schwefel zu schützen. Eine Möglichkeit besteht darin, Schwefelbestandteile in dem Kraftstoff zu eliminieren. Allerdings bleiben dabei bislang Restmengen an Schwefel von mehr als 5 ppm in dem Kraftstoff vorhanden. Außerdem beginnt derzeit bei Schwefelgehalten des Kraftstoffs von weniger als 10 ppm der Beitrag des Motoröls zum Schwefelgehalt des Abgases zu überwiegen.Therefore, the prior art tries to to protect the catalyst from sulfur. A possibility is to eliminate sulfur components in the fuel. So far, however, residual amounts of sulfur remain present as 5 ppm in the fuel. It also currently starts at Fuel sulfur levels of less than 10 ppm contribute of the engine oil to Outweigh the sulfur content of the exhaust gas.

Eine bekannte Maßnahme sieht vor, sogenannte SOx-Fallen in dem Abgastrakt vorzusehen, um den NOx-Speicherkatalysator vor Schwefel zu schützen. Dabei hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, eine räumliche Trennung zwischen der SOx-Falle und dem NOx-Speicher zu realisieren, so daß das SOx-haltige Abgas zuerst mit der SOx-Falle in Kontakt kommt.A known measure provides for so-called SO x traps to be provided in the exhaust tract in order to protect the NO x storage catalytic converter from sulfur. It has proven to be expedient to implement a spatial separation between the SO x trap and the NO x store, so that the SO x -containing exhaust gas first comes into contact with the SO x trap.

Weiterhin ist es bekannt, eine einen NOx-Speicherkatalysator enthaltende Schicht mit einer Schicht aus SOx-Speichermaterial zu beschichten. Ebenfalls bekannt ist es, eine SOx-Falle stromaufwärts vor einem NOx-Speicher anzuordnen. Bei einer darauf aufbauenden Konstruktion eines Zweistrangsystems enthält jeder Strang einen NOx-Speicher und einen vorgeschalteten SOx-Speicher. Dabei ist während der SOx-Einspeicherung der SOX-Speicher stromaufwärts vor dem NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Bei der SOx-Regeneration wird über ein Klappensystem eine umgekehrte Reihenfolge verwirklicht.Furthermore, it is known to coat a layer containing a NO x storage catalyst with a layer of SO x storage material. It is also known to arrange a SO x trap upstream of a NO x storage device. In a construction of a two-line system based on this, each line contains a NO x store and an upstream SO x store. It is arranged upstream of the NO x storage catalyst during the SO x -Einspeicherung the SO x storage. In the SO x regeneration, a flap system is used to implement the reverse order.

Für zukünftige Abgasreglementierungen reichen ggf. NOx-Minderungsverfahren nicht mehr aus. Für diese Fahrzeuge kann die Installation von nachmotorischen NOx- und Partikelminderungsvorrichtungen notwendig werden. Dabei müssen mehrere Modelle, bspw. Katalysatoren oder Filter, in dem Abgasstrang hintereinander geschaltet werden, was kosten- und platzintensiv ist und weiterhin zu hohen Druckverlusten in dem Abgasstrang führen kann.NO x reduction methods may no longer be sufficient for future exhaust gas regulations. The installation of post-engine NO x and particle reduction devices may be necessary for these vehicles. Several models, for example catalytic converters or filters, have to be connected in series in the exhaust line, which is costly and space-intensive and can furthermore lead to high pressure losses in the exhaust line.

Es hat sich gezeigt, daß ein Modul, das mehrere Komponenten in sich vereinigt, bspw. Partikel und NOx-Minderungssysteme, den Vorteil hat, Kosten und Raum einzusparen. Gleichzeitig wird hohen Druckverlusten in dem Abgasstrang entgegenwirkt.It has been shown that a module which combines several components, for example particles and NO x reduction systems, has the advantage of saving costs and space. At the same time, high pressure losses in the exhaust system are counteracted.

Es sind bereits derartige Systeme bekannt, die ein Partikelfilter und einen NOx-Speicherkatalysator enthalten. Bei diesen ist vorteilhaft, daß simultan eine NOx-Speicherdesulfatierung und eine Partikelfilterregeneration stattfinden können.Systems of this type are already known which contain a particle filter and a NO x storage catalytic converter. With these it is advantageous that a NO x storage desulfation and a particle filter regeneration can take place simultaneously.

Aus der Druckschrift DE 198 50 757 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Desulfatierung einer Katalysatoreinrichtung bekannt. Bei dem vorgestellten Verfahren wird die bei einer Regeneration eines Partikelfilters freiwerdende Wärme zur Regeneration der desaktivierten Katalysatoroberfläche verwendet. Die beschriebene Vorrichtung umfaßt eine Katalysatoreinrichtung, einen Partikelfilter und eine Wärmeübertragungseinrichtung.From the publication DE 198 50 757 A1 a method and a device for desulfating a catalyst device are known. In the method presented, the heat released during the regeneration of a particle filter is used to regenerate the deactivated catalyst surface. The described device comprises a catalytic converter, a particle filter and a heat transfer device.

Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Kraftfahrzeugs ein Partikelfilterkörper vorgesehen, der einen Bereich aufweist bzw. trägt, der zur SOx-Speicherung ausgelegt ist.In contrast, in the device according to the invention for cleaning exhaust gases from a motor vehicle, a particle filter body is provided which has or carries an area which is designed for SO x storage.

SOx-Fallen bzw. SOx-Speicher enthalten vorzugsweise mittelmäßig bis stark basische Elementoxide, bspw. deren Hydroxide, Carbonate, wie SrO, CaO, Li2O, MgO, Ag2O oder Verbindungen der späteren Seltenen Erden sowie Sc und Y.SO x traps or SO x stores preferably contain moderately to strongly basic element oxides, for example their hydroxides, carbonates such as SrO, CaO, Li 2 O, MgO, Ag 2 O or compounds of the later rare earths as well as Sc and Y.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist optional zusätzlich ein zweiter Bereich vorgesehen, der als NOx-Speicherkatalysator dient. Bei dieser erweiterten Ausführungsform sind somit SOx-Fallen in einem mit einer NOx-Speicherkatalysatorfunktion versehenen Partikelfilter integriert, wobei der NOx- und der SOx-Speicher räumlich voneinander getrennt vorliegen. Somit ist eine NOx-Speicherfunktion und eine SOx-Speicherfunktion auf einem Partikelfilter kombiniert und der NOx-Speicherkatalysator wird vor Schwefel geschützt.In an embodiment of the device according to the invention, a second region is optionally additionally provided, which serves as a NO x storage catalytic converter. In this extended embodiment, SO x traps are thus integrated in a particle filter provided with a NO x storage catalytic converter function, the NO x and SO x storage devices being spatially separated from one another. Thus, a NO x storage radio tion and a SO x storage function combined on a particle filter and the NO x storage catalytic converter is protected against sulfur.

Zweckmäßigerweise ist der erste Bereich, der zur SOx-Speicherung ausgelegt ist, stromaufwärts zu dem zweiten Bereich angeordnet, der als NOx-Speicherkatalysator dient.The first area, which is designed for SO x storage, is expediently arranged upstream of the second area, which serves as a NO x storage catalytic converter.

Vorzugsweise führt der erste Bereich zusätzlich eine Rußoxidationsfunktion aus. Hierzu empfiehlt sich die Verwendung von Silber und andere bei Temperaturen zwischen 200°C und 600°C mobile oder fluide Komponenten.The first region preferably also carries one Rußoxidationsfunktion out. The use of silver and others is recommended for this at temperatures between 200 ° C and 600 ° C mobile or fluid components.

Vorzugsweise sind in dem ersten Bereich zusätzlich Edelmetalle zur Oxidation vorgesehen. Dies bewirkt eine effektive Oxidation von SO2 und SO3 und weiterhin eine Oxidation von NO zu NO2. Hierfür sind vorteilhafterweise Edelmetalle, insbesondere Platin und andere redoxaktive Verbindungen, wie bspw. Vanadiumoxide, vorgesehen.Precious metals for oxidation are preferably additionally provided in the first region. This causes an effective oxidation of SO 2 and SO 3 and furthermore an oxidation of NO to NO 2 . Precious metals, in particular platinum and other redox-active compounds, such as, for example, vanadium oxides, are advantageously provided for this.

Die stromwärtsangebrachte SOx-Speicherfunktion kann zusätzlich modifiziert werden, so daß diese die Abbrandtemperatur des auf dem Filter angesammelten Rußes senkt oder mit einer die Abbrandtemperatur des auf dem Filter angesammelten Rußes senkenden Katalysatorformulierung kombiniert wird. Die Kombination von Rußoxidations- und SOx-Speicher-Funktion kann dabei durch sukzessives Beschichten der Katalysatorkomponenten, durch mechanisches Mischen und anschließende Beschichtung, durch Vereinigung der aktiven Komponenten auf einem Washcoat, durch Erzeugung von Mischphasen, bspw. durch Sol-Gel-Verfahren, oder durch Trägern der einen Komponente auf der anderen, so daß eine Komponente als Washcoat dient, verwirklicht werden.The downstream SO x storage function can also be modified so that it lowers the burn-off temperature of the soot accumulated on the filter or is combined with a catalyst formulation lowering the burn-off temperature of the soot accumulated on the filter. The combination of soot oxidation and SO x storage function can be achieved by successively coating the catalyst components, by mechanical mixing and subsequent coating, by combining the active components on a washcoat, by generating mixed phases, for example by means of the sol-gel process. or by supporting one component on the other so that one component serves as a washcoat.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bspw. als Wandfluß-Partikelfilter oder als Schaum- bzw. Tiefenfilter oder als eine Kombination dieser Partikelfiltertypen ausgebildet sein. Durch Kombination von Filter mit SOx-Speicher können Regeneration von Filter und SOx-Speicher synchron durchgeführt werden. Ferner wird der SOx-Speicher platzsparend und räumlich vom NOx-Speicherkatalysator getrennt auf einem Filtermedium verwirklicht. Katalytisches Material kann effizient verwendet werden, indem es für SOx-Speicherung und Rußoxidation eingesetzt wird.The device according to the invention can be designed, for example, as a wall flow particle filter or as a foam or depth filter or as a combination of these particle filter types. By combining filters with SO x storage, regeneration of filter and SO x storage can be carried out synchronously. Furthermore, the SO x storage is implemented in a space-saving and spatially separate manner from the NOx storage catalytic converter on a filter medium. Catalytic material can be used efficiently by using it for SO x storage and soot oxidation.

In erweiterter Form können Regeneration des SOx-Speichers und die Regeneration des NOx-Speichers synchron durchgeführt werden.In an expanded form, regeneration of the SO x storage and regeneration of the NO x storage can be carried out synchronously.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine wirkungsvolle Kombination eines NOx-Speicherkatalysator und einer Rußfilterfunktion, bei der eine die Langzeitfunktionsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators verbessernde SOx-Falle integriert ist.The device according to the invention enables an effective combination of a NO x storage catalytic converter and a soot filter function, in which an SO x trap which improves the long-term functionality of the NO x storage catalytic converter is integrated.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments of the Invention result from the subclaims.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and configurations the invention will become apparent from the description and the accompanying Drawing.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above not only mentioned and the features to be explained below in the specified combination, but also in others Combinations or alone can be used without the frame to leave the present invention.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is based on an embodiment shown schematically in the drawing and is described below Described in detail with reference to the drawing.

1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Schnittansicht. 1 shows a preferred embodiment of the device according to the invention in a sectional view.

Die dargestellte Vorrichtung ist als ein Wandfluß-Partikelfilter 10 ausgebildet. Dieses umfaßt einen Gaszuflußkanal 12 und einen Gasabflußkanal 14. Dabei wird der Aufbau des Partikelfilters 10 durch eine poröse Wand 16 definiert, die die Filterwirkung bewirkt.The device shown is as a wall flow particulate filter 10 educated. This includes a gas inflow channel 12 and a gas drainage channel 14 , The structure of the particle filter 10 through a porous wall 16 defined, which effects the filter effect.

Im Bereich des Gaszuflußkanals 12 ist die poröse Wand 16 mit einem ersten Bereich 18 beschichtet, der die SOx-Speicherfunktion und ggf. eine Rußoxidationsfunktion ausführt. In dem Gasabflußkanal 14 ist die poröse Wand 16 mit einem zweiten Bereich 20, nämlich einer NOx-Speicherkatalysatorbeschichtung, versehen bzw. beschichtet.In the area of the gas inflow channel 12 is the porous wall 16 with a first area 18 coated, which performs the SO x storage function and possibly a soot oxidation function. In the gas drainage channel 14 is the porous wall 16 with a second area 20 , namely a NO x storage catalyst coating, provided or coated.

Im Betrieb strömt das Abgas von oben in den Gaszuflußkanal 12, durchdringt den ersten Bereich 18, die poröse Wand 16 und den zweiten Bereich 20 und strömt abschließend unten aus dem Gasabflußkanal 14 aus.In operation, the exhaust gas flows into the gas inflow channel from above 12 , penetrates the first area 18 who have favourited Porous Wall 16 and the second area 20 and finally flows out of the gas discharge channel below 14 out.

Hierbei können mehrere Gaszuflusskanäle 12 bzw. mehrere Gasabflusskanäle 14 parallel und nebeneinander wechselweise angeordnet sein, wobei die Gaszuflusskanäle auf der stromaufwärtigen Seite des Filters offen sind und die Gasabflusskanäle auf der stomabwärtigen Seite des Filters offen sind.Several gas inflow channels can be used 12 or several gas drainage channels 14 be arranged in parallel and next to each other alternately, the gas inlet channels on the upstream side of the filter being open and the gas outlet channels on the downstream side of the filter being open.

Claims (8)

Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Kraftfahrzeugs mit einem Filterkörper, bei dem ein erster Bereich (18) vorgesehen ist, der zur SOx-Speicherung ausgelegt ist.Device for cleaning exhaust gases from a motor vehicle with a filter body, in which a first area ( 18 ) is provided, which is designed for SOx storage. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zusätzlich ein zweiter Bereich (20) vorgesehen ist, der als NOx-Speicherkatalysator dient.Device according to Claim 1, in which a second region ( 20 ) is provided, which serves as a NO x storage catalytic converter. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der erste Bereich (18) stromaufwärts zu dem zweiten Bereich (20) angeordnet ist.The device of claim 2, wherein the first region ( 18 ) upstream to the second area ( 20 ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der erste Bereich (18) zusätzlich eine Rußoxidationsfunktion ausführt.Device according to one of Claims 1 to 3, in which the first region ( 18 ) also performs a soot oxidation function. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, die einen Gaszuflußkanal (12) und einen Gasabflußkanal (14) aufweist, wobei in dem Gaszuflußkanal (12) der erste Bereich (18) und in dem Gasabflußkanal (14) der zweite Bereich (20) vorgesehen ist.Device according to one of claims 2 to 4, the gas inflow channel ( 12 ) and a gas drainage channel ( 14 ), wherein in the gas inflow channel ( 12 ) the first area ( 18 ) and in the gas discharge channel ( 14 ) the second area ( 20 ) is provided. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in dem ersten Bereich (18) Edelmetalle zur Oxidation vorgesehen sind.Device according to one of claims 1 to 5, in which in the first region ( 18 ) Precious metals are provided for oxidation. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die als Wand-Fluß-Partikelfilter (10) ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 6, which as a wall-flow particle filter ( 10 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die als Tiefenfilter ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 6, as a depth filter is trained.
DE2002152733 2002-11-13 2002-11-13 Device for purifying vehicle exhaust gases used in diesel engines comprises a filter body having a region for sulfur oxides storage Withdrawn DE10252733A1 (en)

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