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DE10133231B4 - Oxidation catalyst for exhaust gases of an internal combustion engine - Google Patents

Oxidation catalyst for exhaust gases of an internal combustion engine Download PDF

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DE10133231B4 DE2001133231 DE10133231A DE10133231B4 DE 10133231 B4 DE10133231 B4 DE 10133231B4 DE 2001133231 DE2001133231 DE 2001133231 DE 10133231 A DE10133231 A DE 10133231A DE 10133231 B4 DE10133231 B4 DE 10133231B4
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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.oxidation catalyst for exhaust gases an internal combustion engine with at least one catalyst body, which a carrier body with a washcoat intermediate layer on which a catalytically active Coating is provided, characterized in that the carrier body of catalyst body (2) is designed as a metal wire knit, on the metal wires the Washcoat interlayer and then the catalytically active coating are applied, and that in the flow direction of the exhaust before the catalyst (2) a filter (1) made of a metal wire knit on the metal wires a washcoat coating is provided is arranged.

Figure 00000001
Figure 00000001

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.The The invention relates to an oxidation catalyst for exhaust gases of an internal combustion engine with at least one catalyst body which has a carrier body with greater surface has arranged on the a catalytically active coating is.

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.Such an oxidation catalyst is known from DE 199 12 846 A1 known. In the known oxidation catalyst, the carrier body is formed by a honeycomb body having a plurality of axial channels through which the catalytically active coating is provided on the channel walls. The coating can consist of a washcoat, in particular of porous aluminum oxide (Al 2 O 3 ), it being possible for the catalytically active material contained therein to contain a noble metal, for example platinum and / or rhodium.

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.Furthermore, from the DE 43 03 850 C1 an oxidation catalyst is known in which the carrier body consists of a knitted fabric made of heat-resistant fiber material, which is coated with the catalytically active material, for example platinum, palladium, vanadium or rhodium. The knitted fabric on which the catalytically active coating is applied may consist of ceramic fibers. To form the Katalysatorkör pers the fabric is folded leporelloartig and placed in a stack of superimposed layers.

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.Furthermore, from the DE 38 01 634 C2 a filter and Nachverbrennungseinrichtung for exhaust gases of an internal combustion engine, in which the skirting of the filter elements are provided with a catalytic oxidation or three-way coating. The gas-permeable filter body may be formed from a wire mesh.

[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION

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.task The invention is an oxidation catalyst for exhaust gases to provide an internal combustion engine of the type mentioned, at which per unit volume an enlarged catalytically effective filter surface to disposal is provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.

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.at The invention consists of the carrier of the catalyst body from a metal wire mesh, on whose metal wires a Washcoat intermediate layer and then the catalytically active coating are applied. Further, in the catalyst housing in the exhaust gas flow direction in front of the catalyst body a filter made of a metal wire mesh, on the surface of a Washcoat coating is provided arranged. Through this pre-filter you reach an increase the operating temperature of the catalyst.

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.The washcoat coating in the filter and in the catalyst body is preferably made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Preferably, the washcoat coating contains a rare earth metal oxide, especially ceria. The washcoat coating may further comprise one or more other metal oxides selected from the group of inorganic rare earth element oxides and lanthanum, titanium, zirconium, hafnium. Preference is given to noble metals such as platinum, palladium, rhodium, ruthenium and iridium for the catalytically active coating of the catalyst body.

Anhand der Figur wird an einem Ausführungsbeispiel die Erfindung noch näher erläutert.Based The figure is based on an embodiment the invention even closer explained.

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.In the embodiment shown in the figure are in a housing 3 a filter 1 and a catalyst body 2 intended. Arrows indicate the exhaust gas flow direction through the oxidation catalyst in the figure from left to right. The filter 1 , which acts as a pre-filter, is located in the exhaust gas flow direction in front of the catalyst body 2 in the case 3 the oxidation catalyst. The pre-filter 1 consists of a metal wire mesh, on whose metal wires an alumina-based washcoat coating, which further contains ceria, are provided. The washcoat coating may further contain other metal oxides, in particular rare earth metals, lanthanum, titanium, zirconium or hafnium.

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.The catalyst body 2 also has a metal wire mesh as the carrier body, on the metal wires of which an aluminum oxide-based washcoat intermediate layer is provided. This may also contain a rare earth metal oxide, in particular cerium oxide. Further, one or more other inorganic metal oxides, especially rare earth metals as well as lanthanum, titanium, zirconium or hafnium may be included in the washcoat coating. For the catalytically active coating are used precious metals, in particular platinum, palladium, rhodium, ruthenium or iridium. The catalyst body can be formed in one or more parts, for example in two parts, as shown in the figure. For this purpose, the intermediate layer and the catalytically active coating are applied to two wire mesh carrier body.

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.In the production of the filter 1 and the catalyst body 2 First, the respective wire mesh is coated and then a Ronde (solid cylinder), which covers the entire flow cross-section of the catalyst housing 3 filled, formed by winding and optionally compacting.

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.For the knitting process For example, a metal wire, which may include cerium, has a diameter used by, for example, 0.35 mm. The knitted wire can be a Width of 35 mm with a number of needles of 20. Further the metal wire may have an arrow corrugation about 5 to 6 mm high.

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:An exemplary embodiment of the oxidation catalytic converter was tested on a turbocharged diesel engine with a displacement of 3920 cm 3 and 85 kW at different rotational speeds. Test runs were carried out without catalyst and with an oxidation catalyst according to the invention. The following are the measurement results given:

CO(g/kWh)

Figure 00040001
CO (g / kWh)
Figure 00040001

HC (g/kW)

Figure 00050001
HC (g / kW)
Figure 00050001

Nox (g/kWh)

Figure 00050002
Nox (g / kWh)
Figure 00050002

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.Optionally, a soot filter can be connected downstream of the oxidation catalyst shown in the figure in the exhaust gas flow direction, if the internal combustion engine is a diesel engine. The metal wire fate with the corresponding coatings in the filter 1 and in the catalyst body 2 For this purpose, they are compressed so that the soot particles can flow through without the risk of clogging.

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.In the embodiment shown in the figure, the filter 1 at an axial distance in front of the catalyst body 2 arranged. However, it is also possible to use the filter 1 and the catalyst body to form a component or component. Here, the part of the component body which forms the filter is coated only with washcoat and the part of the component body which forms the catalyst is coated with the washcoat and the catalytically active coating thereon.

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.In the illustrated embodiment, the filter 1 and the catalyst body 2 block-shaped, in particular designed as a solid cylinder. However, it is also possible to use the filter 1 and the catalyst body 2 to arrange one another, wherein the exhaust gas flow direction in the catalyst extends substantially in the radial direction. The exhaust gas thus initially flows through the internal filter 1 and then through the filter 1 surrounding catalyst body 2 , This can be done by the filter 1 and the catalyst body 2 Also be hollow cylindrical and be arranged inside each other. Optionally, even with this arrangement between the filter 1 and the catalyst body 2 be provided a radial distance.

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.Depending on the installation requirements, other geometric shapes for the filter may be used 1 and the catalyst body 2 be provided. Instead of circular-cylindrical filter or catalyst bodies star-shaped, oval, rectangular and otherwise shaped device body can be used.

Claims (10)

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.Oxidation catalyst for exhaust gases of an internal combustion engine having at least one catalyst body, which has a carrier body with a washcoat intermediate layer, on which a catalytically active coating is provided, characterized in that the carrier body of the catalyst body ( 2 ) is formed as a metal wire knit, on the metal wires of the washcoat intermediate layer and then the catalytically active coating are applied, and that in the flow direction of the exhaust gas upstream of the catalyst ( 2 ) a filter ( 1 ) is provided from a metal wire mesh on the metal wires a washcoat coating is provided. 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.Oxidation catalyst according to claim 1, characterized in that the respective washcoat coating of the filter ( 1 ) and the catalyst body ( 2 ) of alumina (Al 2 O 3 ) containing a rare earth metal oxide. Oxidationskatalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Seltenerdmetalloxid Ceroxid ist.Oxidation catalyst according to claim 2, characterized in that the rare earth metal oxide is ceria. 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.Oxidation catalyst according to claim 1 or 2, characterized in that the respective washcoat coating of the filter ( 1 ) and / or the catalyst body ( 2 ) contains at least one further metal oxide. 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.Oxidation catalyst according to claim 4, characterized in that the at least one further metal oxide is selected from the group of inorganic oxides of rare earth metals, lanthanum, Titanium, zirconium and hafnium. Oxidationskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Beschichtung des Katalysatorkörpers (2) eine Edelmetallbeschichtung ist.Oxidation catalyst according to one of claims 1 to 4, characterized in that the catalytically active coating of the catalyst body ( 2 ) is a noble metal coating. Oxidationskatalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Edelmetallbeschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium und Iridium.Oxidation catalyst according to Claim 6, characterized that the noble metal coating is selected from the group platinum, Palladium, rhodium, ruthenium and 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.Oxidation catalyst according to one of claims 1 to 7, characterized in that the coated wire mesh of the filter ( 1 ) and / or the catalyst body ( 2 ) is wound into a cylindrical, in particular fully cylindrical body, which covers the entire flow cross section of the catalyst housing ( 3 ). Oxidationskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (1) und der Katalysator (2) aus einem Bauteil gebildet sind.Oxidation catalyst according to one of claims 1 to 8, characterized in that the filter ( 1 ) and the catalyst ( 2 ) are formed from a component. Oxidationskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Filter (1) und dem Katalysator (2) ein Abstand vorgesehen ist.Oxidation catalyst according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the filter ( 1 ) and the catalyst ( 2 ) A distance is provided.
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