DE3415075A1

DE3415075A1 - Abgaskatalysator

Info

Publication number: DE3415075A1
Application number: DE19843415075
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Insumma 8500 Nuernberg GmbH; INSUMMA GmbH
Current assignee: Kat-Tec Gesellschaft fur Katalysatortechnik Mbh
Priority date: 1984-04-21
Filing date: 1984-04-21
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE3415075C2

Description

Abgaskatalysator
Zusatz zu Patent .... (Patentanmeldung P 33 40 682.0) Die Erfindung bezieht sich auf einen Abgaskatalysator, insbesondere für Dieselmotoren, mit einem in einem vorzugsweise metallischen Gehäuse angeordneten keramischen Wabenkörper als Träger für einen katalytisch wirksamen Metallüberzug, der Lanthan und Kobalt als aktive Metallkomponenten enthält, wobei der Überzug durch Imprägnieren des Trägerkörpers mit einer Lösung aus thermisch leicht zersetzbaren Lanthan- und Kobalt-Salzen und anschließendes Brennen gebildet ist, und der Metallüberzug 1 Teil Kobalt und 1 bis 3 Teile, vorzugsweise 2 Teile, Lanthan, sowie - bezogen auf die Summe dieser Stoffe - 2 bis 20 Masse % Cer enthält.
Der im Hauptpatent beschriebene Katalysator hat gegenüber den bisher für derartige Zwecke vorgeschlagenen Katalysatoren -die entweder platinhaltig sind oder aber aus einem Gemisch aus Kobalt, Lanthan, Nickel und Uran bestehen - den Vorteil, daß sie durch die Verunreinigungen der zu verbrennenden Kohlen-Wasserstoffe, insbesondere durch Ruß oder Schwefeldioxyd, nicht so rasch "vergiftet" und damit unwirksam gemacht werden, und daß auch keine Selbstvergiftung eintritt, wie es gerade bei den letztgenannten Metallgemischen sehr leicht der Fall ist. Dabei hat es sich gezeigt, daß der Katalysator nach dem Hauptpatent auch besonders für die Nachverbrennung von Ruß für Dieselmotoren geeignet ist, so daß erstmals damit ein wirksamer Katalysator für die Abgasreinigung von Dieselmotoren geschaffen werden konnte.
Um die Wirksamkeit eines derartigen Abgaskatalysators - insbesondere während der Kaltstartphase - noch weiter zu verbessern, ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die Innenwand des Gehäuses zumindest teilweise mit einer Schale aus katalytisch beschichteter Keramik ausgekleid eist.
Die zusätzliche Verwendung einer Auskleidungsschale aus katalytisch beschichteter Keramik - vorzugsweise der gleichen Keramik wie der im Gehäuse gehalterte, vom Abgas durch#-t#te Wabenkörper und vorzugsweise auch mit dem gleichen katalysch wirksamen Metall überzogen - führt, insbesondere in Ver##.
mit einer Aufrauhung der Oberfläche der Keramikschale ##Y r daß in Strömungsrichtung der Abgase hinterschnittene Taschen gebildet sind, zu einer Rußspeicherung, die besonders während der kritischen Kaltstartphase von besonderer Bedeutung ssb Es hat sich nämlich gezeigt, daß gerade während der Kaltstart phase Rußteilchen wegen der geringen Größen in Beziehung zu den Durchmessern der Kanäle des Wabenkörpers großenterls d.Src diese Kanäle ohne Wandberührung hindurchsausen, so daß die newünschte katalytische Umsetzung dann nicht stattfindet. Diese Schwierigkeit wird in zweifacher Weise durch die erfindungs gemäße katalytisch beschichtete Keramikschale verbessert. Zur einen wird während der Kaltstartphase, in der die Umwandlungs bedingungen für die katalytische Umsetzung des Rußes noch ungünstiger sind, der Ruß in den zerklüfteten Taschen der Keramikschale gespeichert. Darüber hinaus findet zusätzlich ja auch an der katalytischen Oberflächenbeschichtung - Oberflächenbeschichtung bedeutet dabei eine Auskleidung aller feinen Poren des keramischen Trägermaterials, so daß auch bei mechanischem Abrieb seiner Oberfläche immer wieder katalytisch beschichtetes Material zur Verfügung steht - eine katalytische Umsetzung des Rußes statt.
Diese ist wegen der praktischen Unvermeidlichkeit von Wandkollisionen der Rußteilchen mit der katalytisch beschichteten Keramikschale dann besonders groß, wenn, wie in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein kann, der keramische Wabenkörper (oder eine Vielzahl hintereinandergeschalteter Lochplatten) eine mittige Trennwand des Gehäuses durchsetzt, dessen Abgasein- und -auslaßstutzen unter Bildung zyklonförmiger Ringkammern seitlich am Gehäuse sitzt. Durch diese Gasumlenkung in der zyklonförmigen Einlaßkammer und der ebenfalls zyklonförmigen Auslaßkammer des Gehäuses mit einer 900 Umlenkung zwischen der Ein- und Ausströmrichtung gegenüber der Durchströmungsrichtung im Katalysator ergeben sich über die Zentrifugalkräfte notwendigerweise erhöhte Zwangskollisionen mit der Auskleidungs-Schale des Gehäuses, wodurch sowohl die genannte Rußspeicherung während der Kaltstartphase verbessert wird, als auch die Möglichkeit einer katalytischen Umsetzung an der Beschichtung der Auskleidungsschale.
Dabei liegt es weiter im Rahmen der Erfindung, der Keramikschale und dem Gehäuse eine Schicht aus Mineralwolle, insbesondere Aluminiumoxidwolle, zwischenzuordnen und darüber hinaus auch - in an sich bekannter Weise - den katalytisch wirksamen Metallüberzug nicht unmittelbar auf das keramische Trägermaterial, sondern auf eine sog. "washcoat"-Trägerschicht aufzubringen. Derartige washcoat-Trägerschichten können beispielsweise aus einer thermisch zersetzten porösen Aluminiumoxidschicht od.dgl. bestehen, die für eine bessere Haftung des aktiven Metallüberzugs sorgen, als die reine Trägerkeramik.
Zur Herstellung der hinterschnittenen Taschen zur verbesserten Rußspeicherung ist schließlich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Oberfläche der Keramikschale im lederharten Zustand mittels eines Kerbwerkzeugs mit Stegen versehen wird, die vorzugsweise durch teilweises Zurückziehen und Drehen des Kerbwerkzeugs entgegen der Strömungsrichtung umgebogen werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Abgaskatalysator für Dieselmotoren, Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Stirnansicht des Katalysators nach Fig. 1 und Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt durch die Oberfläche der mit Rußfangtaschen versehenen Keramikschale.
Der Abgaskatalysator umfaßt ein äußeres, im wesentlichen als zylindrischer Topf ausgebildetes Metallgehäuse 1 und einen in dessen Längsachse angeordneten, eine mittige Trennwand 2 durchsetzenden Katalysator 3 in Form eines keramischen Wabenkörpers mit einer katalytisch wirksamen Metallbeschichtung.
Der Gaseinlaßstutzen 4, der mit dem Auslaß des Motors verbunden wird und der zum Schalldämpfer und zum Auspuffrohr führende Gasauslaßstutzen 5 sitzen jeweils seitlich am Gehäuse, so daß zyklonförmige Einlaß- und Auslaßkammern 6, 7 gebildet werden, in denen die Ein- und Auslaßrichtung des Gases jeweils um 900 in die Längsrichtung des Wabenkörpers 3 umgelenkt wird.
Die Innenwand des Gehäuses ist unter Zwischenordnung einer Aluminiumoxidwolle-Zwischenschicht 8 mit einer Keramikschale 9 ausgekleidet, die aus dem gleichen keramischen Material wie der Wabenkörper 3 besteht und die mit der gleichen katalytisch wirksamen Beschichtung, bzw. Durchtränkung, versehen ist. Die Oberfläche der Keramikschale ist dabei, wie der vergrößerte Ausschnitt der Fig. 3 zeigt, mit Taschen 10 bildenden, entgegen der Strömungsrichtung des Abgases in den Zyklonkammern 6, 7 umgebogenen Stegen 11 versehen. In diesen Taschen 10 fängt sich, besonders während der Kaltstartphase, der Ruß, der dann nach dem Erhitzen des Keramikkörpers auf die Betriebstemperatur katalytisch umgesetzt wird. Zum leichteren Einbringen des keramischen Wabenkörpers, d.h. des eigentlichen Katalysators, und zur Ermöglichung einer einfachen Auskleidung des Gehäuses mit der Keramikschale, ist das Gehäuse 1 längsgeteilt, besteht also aus zwei miteinander verschraubten, oder gegebenenfalls auch verschweißten. Halbschalen.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Entscheidend für die erfindungsgemäße Verbesserung der Wirksamkeit von Abgaskatalysatoren, insbesondere für Dieselmotoren, ist lediglich die Tatsache, daß in der Ein- und Auslaßkammer eine Umlenkung des Gasstroms von der Ein- bzw. Ausströmrichtung in die Durchströmrichtung des Katalysators stattfindet und daß die Innenwand mit einer rußspeichernden und katalytisch wirksamen Keramikschale, zumindest teilweise, ausgekleidet ist.
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Claims

Patentansprüche 1. Abgaskatalysator, insbesondere für Dieselmotoren, mit einem in einem vorzugsweise metallischen Gehäuse angeordneten keramischen Wabenkörper als Träger für einen katalytisch wirksamen Metallüberzug, der Lanthan und Kobalt als aktive Metallkomponenten enthält, wobei der Überzug durch Imprägnieren des Trägerkörpers mit einer Lösung aus thermisch leicht zersetzbaren Lanthan- und Kobalt-Salzen und anschließendes Brennen gebildet ist, und der Metallüberzug 1 Teil Kobalt und 1 bis 3 Teile, vorzugsweise 2 Teile, Lanthan, sowie - bezogen auf die Summe dieser Stoffe - 2 bis 20 Masse % Cer enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand des Gehäuses (1) zumindest teilweise mit einer Schale (9) aus katalytisch beschichteter Keramik ausgekleidet ist.
2. Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Keramikschale (9) eine aufgerauhte, vorzugsweise in Strömungsrichtung der Abgase hinterschnittene Taschen (10) bildende, Oberfläche aufweist.
3. Abgaskatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikschale (9) und dem Gehäuse (1) eine Schicht (8) aus Mineralwolle, insbesondere Aluminiumoxidwolle, zwischengeordnet ist.
4. Abgaskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem katalytisch wirksamen Metallüberzug und der Keramikschale eine sog."wash-coat"-Trägerschicht zwischengeordnet ist.
5. Abgaskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Wabenkörper (3) eine mittige Trennwand (2) des Gehäuses durchsetzt, dessen Abgasein- und -auslaßstutzen (4, 5) unter Bildung zyklonförmiger Ringkammern (6, 7) seitlich am Gehäuse (1) sitzen.
6. Verfahren zur Herstellung eines Abgaskatalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Keramikschale (9) im lederharten Zustand mittels eines Kerbwerkzeugs mit Stegen versehen wird, die, vorzugsweise durch teilweises Zurückziehen und Drehen des Kerbwerkzeugs, entgegen der Strömungsrichtung umgebogen werden.