Lothar Wenzel

Steinebacher Straße 41

57627 Hachenburg

Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennlαaftmaschinen

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren.

An der Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen besteht seit langem aus naheliegenden Gründen ein großes Interesse. Es ist bekannt, daß schwefelhaltige Rückstände, Kohlenmonoxid, polycyclische aromatische Verbindungen und Rußpartikel Mensch und Umwelt nachhaltig schädigen können. Demgemäß sind bereits eine Vielzahl an neuen Verfahren und Vorrichtungen zur Reduzierung von Schadstoffen in Abgasen entwickelt worden. Jüngere Bestrebungen gehen insbesondere dahin, Abgase von Dieselmotoren noch vollständiger und effizienter von Schadstoffen, beispielsweise Rußpartikeln, zu befreien, zumal bekannt ist, daß Ruß organische Rückstände, beispielsweise Kohlenwasserstoffe, bindet. Hierfür steht mittlerweile eine Vielzahl an Methoden zur Verfügung.

Beispielsweise wird mit Hilfe der Abgasrückführung, wie in der DE 699 06 586 T2 beschrieben, die Entstehung von Stickoxiden (NOx) verringert. Hierbei wird im allgemeinen über ein Abgasrückführventil aus dem Auslaßkrümmer Abgas entnommen und der Ladeluft (Frischgas) beigemischt, wodurch die Verbrennungstemperatur gesenkt und, in Reaktion hierauf, der NOx-Anteil reduziert wird. Da der Sauerstoffanteil im Abgas ebenfalls sinkt, können bei nicht

optimaler Einstellung die Anteile an Kohlenmonoxid, nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen und Ruß zunehmen.

Bei der SCR-Technologie (selektive katalytische Reduktion) werden Stickoxide an einem geeigneten Katalysator in Gegenwart von Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Ammoniak wird in der Katalysatoranlage aus Harnstoff erhalten, das in Form einer wässerigen Lösung mit dem Kraftfahrzeug stets mitzuführen und in den erforderlichen Mengen zuzudosieren ist. Die wässerige Harnstofflösung wird beispielsweise in einer aus der WO 96/36797 Al bekannten Weise mit Druckluft in einer Mischkammer vermischt und über eine im Abgasstrom angeordnete Zerstäuberdüse in den Abgasstrom eingedüst. SCR-Katalysatoren basieren im allgemeinen auf einem Element aus der Gruppe Pt, Pd, Rh, Ir, Au, Ag und Ru. Einzelheiten zum Einsatz von SCR-Katalysatoren finden sich unter anderem auch in der DE 197 49 607 Cl, der DE 103 48 799 Al sowie der DE 102 57 113 Al beschrieben.

Im allgemeinen ist in Abgasanlagen von Dieselkraftmaschinen die Temperatur nicht derart hoch, daß gefilterte Rußpartikel, selbst wenn auf einer geeigneten Katalysatoroberfläche vorliegend, unverzüglich verbrannt werden. Um ein Verstopfen des Filters zu vermeiden und um die Rußanteile in den Abgasen zu verringern, haben die angesammelten Rußpartikel periodisch verbrannt zu werden. Die Temperatur, die zum Verbrennen von Ruß mit dem Sauerstoff aus dem Abgas erforderlich ist, liegt in etwa bei 500 bis 600 ⁰ C. Eine temporäre Temperaturerhöhung kann durch Einspritzen eines Additivs, beispielsweise eines Cer-Additivs, wie in der DE 100 20 170 Cl beschrieben, durchgeführt werden. Zwar läßt sich auf diese Weise der Rußanteil merklich erniedrigen, allerdings verbleiben noch stets in nicht unbeträchtlichem Umfang Additivrückstände im Filtersystem. Auch kann eine solche diskontinuierliche Regenerierung durch Vorschalten eines Oxidationskatalysators, dem ungesättigte bzw. unverbrannte Kohlenwasserstoffe zugeführt werden, d.h. durch Nacheinspritzung, bewirkt werden (s.a. DE 103 21 105 Al). Anstatt die Temperatur kurzfristig periodisch durch Additiv- oder Kraftstoffgaben auf die Verbrennungstemperatur von Ruß zu erhöhen, schlägt die DE 101 03 771 Al vor, Rußpartikel und Kohlenwasserstoffe auf der Oberfläche eines Oxidationskatalysators zu sammeln, so daß bereits eine Temperaturerhöhung auf 450 ⁰ C ausreichen würde, die genannten Rückstände zu beseitigen. Diese Temperatur kann gemäß der DE 101 03 771 Al durch externe Beheizung herbeigeführt werden. Die DE 197 48 561 Al offenbart zu diesem Zweck ein elektrisches Heizelement.

Die kontinuierliche Regenerierung von Partikelfiltern kann nach dem sogenannten CRT- Verfahren (continuous regeneration trap), wie in der DE 199 55 324 Al und der DE 103 21 105 Al beschrieben, vorgenommen werden. Danach ist dem Partikelfilter in der Abgasleitung ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet, der das im Abgas enthaltene Stickoxid NO zu Stickstoffdioxid oxidiert, das sodann für die Oxidation von Kohlenmonoxid bzw. Ruß eingesetzt wird. Bei dieser Technologie bereitet es naturgemäß Probleme, den NOx- Anteil in den ausgeschiedenen Abgasen gering zu halten.

Geeignete Rußpartikelfilter werden gemäß der DE 103 48 799 Al regelmäßig aus einer Hochtemperaturoxidkeramik oder Siliziumcarbid gefertigt.

Wie vorangehend geschildert, ist das Problem der Abgasreinigung nicht zuletzt wegen der sehr komplexen Wechselwirkungen zwischen den zu entfernenden Komponenten noch nicht zufriedenstellend gelöst. So sind zum einen Schadstoffe wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Ruß mittels Oxidation unschädlich zu machen. Zum anderen sind Stickoxide nur mittels Reduktion zu eliminieren. Hinzu kommt, daß, verbrennt man Ruß bei seiner herkömmlichen Verbrennungstemperatur von etwa 500 bis 600° C, die für Abgasanlagen verwendeten Materialien irreparabel beschädigt werden können.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Beseitigung von Schadstoffen aus Verbrennungsmotoren zur Verfügung zu stellen, die nicht mit den Nachteilen des Stands der Technik behaftet ist und insbesondere die kontinuierliche Verbrennung von gefilterten Rußpartikeln gestattet, ohne daß es beispielsweise der kontinuierlichen oder periodischen Zugabe von Additiven oder Brennstoff bedarf.

Demgemäß wurde eine Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen, insbesondere Ruß, aus Abgasen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, gefunden, umfassend ein erstes Gehäuse, geeignet zum Durchleiten von Abgasen, mit mindestens einem Einlaß und mindestens einem Auslaß und enthaltend einen vorderen, mittleren und hinteren Bereich, wobei mindestens ein Einlaß, insbesondere im vorderen Bereich, und mindestens ein Auslaß, insbesondere im hinteren Bereich, vorliegt, wobei im vorderen Bereich mindestens eine erste Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollstän-

dig, abdeckt, worauf in dem Gehäuse in beliebiger Reihenfolge, insbesondere jeweils hintereinander angeordnet, folgen: mindestens eine zweite, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens ein erstes Metalloxid enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, mindestens eine dritte, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens einen Katalysator zur Umsetzung bzw. Zersetzung von Schadstoffen, insbesondere einen Oxidationskata- lysator, enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, und mindestens eine vierte, den Querschnitt des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, abdeckende Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, die mindestens ein zweites Metalloxid enthält und/oder mit diesem zumindest partiell beschichtet ist, wobei das erste Gehäuse zumindest abschnittsweise und/oder die Innenwandung des Gehäuses zumindest bereichsweise aus, insbesondere porösem, Aluminiumoxid, Mullit, Cordie- rit, Siliziumnitrid, Tialit, Steatit, Zirkon, Zirkondioxid und/oder Siliziumcarbid ist oder mit, insbesondere porösem, Aluminiumoxid, Mullit, Cordierit, Siliziumnitrid, Tialit, Steatit, Zirkon, Zirkondioxid und/oder Siliziumcarbid beschichtet ist.

Bevorzugt liegen in dem ersten Gehäuse in Richtung von dem Einlaß zu dem Auslaß, in dieser Reihenfolge, mindestens eine erste, mindestens eine zweite, mindestens eine dritte und mindestens eine vierte Struktur vor.

Das erste Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise ein Siliziumcarbid- gehäuse bzw. auf der Innenwandung mit Siliziumcarbid beschichtet. Zwar reicht es bereits aus, wenn die Innenwandung des ersten Gehäuses zu mehr als 50% mit Siliziumcarbid beschichtet ist, allerdings kommen bevorzugt solche Gehäuse zum Einsatz, deren Innenwandung vollständig bzw. nahezu vollständig mit Siliziumcarbid beschichtet ist. Zum Schutz vor Beschädigungen kann das erste Gehäuse auch eine Außenummantelung aus Metall aufweisen. Diese Metallaußenummantelung ist vorzugsweise aus, insbesondere beschichtetem, Zinkblech oder Stahl, insbesondere Cr/Ni-Stahl.

Siliziumcarbid im Sinne der vorliegenden Erfindung soll insbesondere auch kohlenstoffaser- verstärktes Siliziumcarbid (C/SiC) umfassen. Kohlenstoffaserverstärktes Siliziumcarbid ver-

fügt über eine extrem gute Wärmeleitfähigkeit und zeichnet sich durch hohe Thermoschock- festigkeiten aus. Auch können Dichte und Porosität den Bedürfnissen entsprechend bei der Herstellung eingestellt werden. Diesbezügliche Details finden sich z.B. in der DE 198 58 197 Al.

Das erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Siliziumcarbid umfaßt vorzugsweise auch solches Siliziumcarbid, das Zusätze an anorganischen Bindemitteln, insbesondere Ton, Zirkonsi- licat, Zirkondioxid und/oder Aluminiumoxid, und/oder organischen Bindemitteln, insbesondere in Form einer Beigabe an Ruß, die dem Herstellungsprozeß beigegeben werden können, enthält.

Geeignete Siliziumcarbidformkörper lassen sich beispielsweise aus einer Schlickervorstufe erhalten. Hierbei kann es sich z.B. um eine wässrige Dispersion handeln, die neben Siliziumcarbid, vorzugsweise gemahlen, Zusätze an organischen Bindemitteln wie Ruß, anorganischen Bindemitteln wie Ton und gegebenenfalls Tensiden enthält. Geeignete Ton-Bindemittel umfassen z.B. Kaolinit, Halloysit, Serpentin, Muskovit, Mit, Talk, Vermiculit, Montmorillo- nit, Beidelit, Smectit, Saponit und Hectorit. Alternativ oder zusätzlich zu Ruß kommen als organische Bindemittel auch verschiedene synthetische oder halbsynthetische Polymere in Betracht wie Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyrat, Cellulose oder Cellulosederivate sowie insbesondere Stärkeprodukte wie in der DE 44 00 131 Al beschrieben. Der Siliziumcarbidformkörper kann hierbei u.a. über das Schlickergießen, Foliengießen, Druckgießen oder Extrudieren erhalten werden. Beispielweise wird die wässrige Schlickerdispersion in eine Gipsform gegossen, von der, nachdem das Dispersionswasser von der Gipsform aufgenommen worden ist, die Siliziumcarbidrohmasse abgenommen und einem Sinterprozeß zugeführt wird. Bei den Temperaturen des Sinterungsvorgangs bilden die organischen oder anorganischen Bindemittel innerhalb des Siliziumcarbidformkörpers häufig eine im wesentlichen zusammenhängende, den Formkörper nochmals verstärkende Struktur.

Das Beschichtungsmaterial des ersten Gehäuses bzw. das Gehäusematerial ist vorzugsweise im wesentlichen vornehmlich mit offenen Poren ausgestattet.

Die Gehäusewandung bzw. -innenbeschichtung, insbesondere enthaltend poröses Silizium- carbid trägt dazu bei, Ablagerungen zu verhindern. Ferner trägt eine in solcher Weise ausgestaltete Gehäusewandung zu den beobachteten vorteilhaften Strömungseigenscliaften mit bei. Von Hilfe bei der Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist ferner, daß die vorangehend beschriebenen ersten Gehäuse, insbesondere solche enthaltend Siliziumcarbid, kaum oder keine Wärmeausdehnung zeigen und folglich überaus maßhaltig sind.

Für die im vorderen Bereich des Gehäuses vorliegende erste Struktur verwendet man vorzugsweise Materialien und Formkörper, wie sie aus der Porenbreimertechnik bekannt sind. Hierbei handelt es sich zumeist um Strukturen mit räumlich zusammenhängenden Hohlräumen, über die sich eine definierte Flammenzone ausbilden kann. Zudem läßt sich mit diesen Porenbrennerstrukturen das gewünschte Strömungsprofil in weiten Bereichen genau einstellen. Ausführungsformen solcher bekannten Porenbrenner finden sich z.B. in der US 5,522,723, WO 95/01532, DE 199 39 951 Al und DE 199 04 921 C2 beschrieben. Geeignete poröse Porenbrennermaterialien können auch aus locker geschichtetem, körnigem Schüttgut, das einem Sinterungsprozeß unterworfen worden ist, erhalten werden. Exemplarisch sei hierfür auf die EP 0 840 061 Al und die DE 2 211 297 OS verwiesen. In diesem Zusammenhang kommt ebenfalls gesintertes Metallpulver in Frage. Ferner sind Metalldrahtgestricke ebenso geeignet wie Schaumkeramiken, Metallschäume oder -schwämme, wie z.B. in der DE 10 2004 006 824 Al und der DE 198 04 267 Al offenbart. Des weiteren kann das poröse Material der ersten Struktur auf einer Aluminiumoxid oder Siliziumcarbid-Keramik, wie in der DE 102 28 411 Cl beschrieben, basieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erste Struktur ein Metalldrahtgestrick, eine offenzellige Schaumkeramik, insbesondere auf Siliziumcarbidbasis, oder insbesondere einen offenzelligen Metallschaum, das bzw. der vorzugsweise eine sogenannte Washcoat- Beschichtung, umfassend insbesondere Oxide des Aluminiums, Titans, Zirkoniums, Eisens, Nickels, Germaniums, Bariums, Hafniums und/oder Oxide der Seltenerdmetalle wie Lanthanoxid und Ceroxid, enthält. Titandioxid und Aluminiumoxide sowie deren Mischungen sind als Beschichtungsmaterialen besonders bevorzugt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beschich- tung mit Phosphorsäure vorgenommen werden.

Die Hohlräume bzw. Poren verfügen bei der ersten Struktur im allgemeinen über eine Größe, die ausreicht, partikuläre Abgasbestandteile wie Rußpartikel in das erste Gehäuse eintreten zu lassen. Die Porosität liegt beispielsweise im Bereich von 5 bis 35, insbesondere 10 bis 25 ppi (Poren pro Inch). In einer Ausführungsform liegt die Porosität der ersten Struktur bei etwa 20 ppi. Durch die Anbringung der ersten Struktur, wie vorangehend beschrieben, in den vorderen Bereich des Gehäuses, d.h. auf den Einlaß folgend, wird sichergestellt, daß das eintretende Abgas die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung laminar durchströmt. Das Reinigungsresultat beeinträchtigende Querströmungen werden von vorneherein vollständig unterbunden. Auch aus diesem Grund kommt es auch nicht zu Ablagerung von Rußpartikeln oder sonstigen Schadstoffen an der Innenwandung des Gehäuses oder an der ersten Struktur als solcher.

Die zweite Struktur basiert vorzugsweise auf einer offenzelligen Schaumkeramik, einem Drahtgestrick oder insbesondere einem offenzelligen Metallschaum. Sie deckt zweckmäßigerweise ebenfalls den gesamten Querschnitt des erstens Gehäuses ab und erstreckt sich demgemäß bis zur Innenwandung. In diese zweite Struktur eingearbeitet, beispielsweise in Form einer Beschichtung, liegt mindestens ein erstes Metalloxid, gegebenenfalls in Kombination mit einem Metall der Platingruppe wie Pt, Rh, Pd, Ir, Os und Ru, vor. Geeignete erste Metalloxide umfassen Lithiumoxid, Bariumoxid, Titanoxid, Ceroxid, Manganoxid, Zirkonoxid, Magnesiumoxid, Lithium-, Natrium-, Kalium-, Silber- und Cervanadate, Vanadinoxid/ Alkalimetalloxid-Kombinationen und Perrhenate. Cer/Zirkon-Mischoxide sind ebenfalls geeignet. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die zweite Struktur mindestens ein Vanadat, insbesondere Silber- und/oder Kaliumvanadat, enthält und/oder mit mindestens einem Vanadat, insbesondere Silber- und/oder Kaliumvanadat, beschichtet ist. Kaliumvanadat ist besonders bevorzugt. Es hat sich herausgestellt, daß bereits diese zweite Struktur maßgeblich zur Rußeliminierung beiträgt.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Beschichtung der zweiten Struktur neben einem ersten Metalloxid, insbesondere Kaliumvanadat, ein Metallnitrat, beispielsweise ein Alkali- oder Erdalkalinitrat wie Natrium-, Lithium-, Kalium-, Barium-, Calcium-, Magnesium- und Strontiumnitrat, und/oder eine auf einer Wasserglasverbindung wie Natrium- und Kaliumsilikaten, insbesondere Natronwasserglas, basierenden Verbindung.

Besonders bevorzugt beträgt der Anteil der Beschichtung, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Struktur, im Bereich von 0,01 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 5 Gew.-%.

Die Porosität der zweiten Struktur liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 40 ppi, vorzugsweise von 10 bis 35 ppi. Geeignete Porositäten liegen beispielsweise auch im Bereich von 10 bis 20 ppi. In einer Ausfuhrungsform liegt die Porosität der zweiten Struktur bei etwa 20 ppi.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn in dem ersten Gehäuse, insbesondere in dem mittleren Bereich dieses Gehäuses, mindestens zwei, insbesondere aufeinander folgende, gegebenenfalls durch einen Zwischenraum getrennte, beschichtete zweite Strukturen vorliegen.

Auch die dritte Struktur liegt vorzugsweise in Form einer offenzelligen Schaumkeramik, insbesondere aus Siliziumcarbid, eines Drahtgestricks sowie insbesondere eines offenzelligen Metallschaums vor, die sich über die gesamte Querschnittsfläche des ersten Gehäuses erstreckt. Diese Struktur weist einen Katalysator auf, der die Oxidation von Bestandteilen des durchgeleiteten Abgases mit Hilfe des im Abgas noch enthaltenen Sauerstoffs unterstützt. Eine besonders gute Reinigungswirkung wird auch dadurch erzielt, daß die dritte Struktur einen Katalysator, umfassend Palladium, Rhodium und/oder Silber, enthält und/oder mit einem Katalysator, umfassend Palladium, Rhodium und/oder Silber, beschichtet ist. Enthält der Katalysator zusätzlich zumindest geringe Spuren an Eisen, Nickel, Eisenoxid, insbesondere Fe ₂ O ₃ und Fe ₃ O ₄ , kann das Reinigungsresultat noch einmal optimiert werden. Eisenoxide sind als Zusatz besonders geeignet. Rückstände an Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen oder sonstigen oxidierbaren schädlichen Bestandteilen werden vollständig oder nahezu vollständig aus dem Abgas des Verbrennungsmotors eliminiert. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung enthält die Beschichtung bzw. der Katalysator der dritten Struktur ferner mindestens ein Metallnitrat, beispielsweise ein Alkali- oder Erdalkalinitrat wie Kaliumnitrat, und/oder eine auf einer Wasserglasverbindung wie Natrium- oder Kaliumsilikaten beruhenden Verbindung, insbesondere Natriumwasserglas.

Wie die erste Struktur wird auch die dritte Struktur vorzugsweise mit einem Washcoat vorbe- schichtet. Geeignete Washcoat-Beschichtungen umfassen insbesondere Oxide des Aluminiums, Titans, Zirkoniums, Hafniums, Oxide der Alkali- und Erdalkalimetalle wie Bariumoxid oder Magnesiumoxid und/oder Oxide der Lanthanoide bzw. Seltenerdmetalle wie Lanthanoxid, Praseodymoxid, Terbiumoxid, Ytterbiumoxid, Samariumoxid, Gadoliniumoxid oder Ceroxid. Titandioxid bzw. Aluminiumoxide sind als Beschichtungsmaterialen besonders bevorzugt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Beschichtung mit Phosphorsäure vorgenommen werden.

Die offenzellige dritte Struktur verfügt vorzugsweise über Zell weiten von 6 bis 50 ppi, insbesondere von 20 bis 45 ppi. Geeignete Porositäten liegen beispielsweise auch im Bereich von 20 bis 40 ppi. In einer Ausführungsform liegt die Porosität der dritten Struktur bei etwa 40 ppi.

Soweit z.B. Rußpartikel oder Kohlenwasserstoffe, welche beim Durchleiten des Abgases durch das erste Gehäuse bis zur dritten Struktur noch nicht verbrannt bzw. oxidiert worden sind, werden spätestens an einer sich, vorzugsweise durch einen Zwischenraum von der dritten Struktur getrennten, vierten Struktur in Kohlendioxid überführt. Die vierte Struktur stellt vorzugsweise ein Metalldrahtgestrick, eine offenporige Schaumkeramik, insbesondere auf Siliziumcarbidbasis, oder insbesondere einen offenzelligen Metallschaum dar und deckt vorzugsweise, wie die erste, zweite und dritte Struktur, den gesamten Querschnitt des ersten Gehäuses ab, ist jedoch, anders als die erste, zweite und dritte Struktur, vorzugsweise nicht im vorderen oder mittleren Bereich, sondern im hinteren Bereich des ersten Gehäuses untergebracht. Die vierte Struktur weist mindestens ein zweites Metalloxid wie Wolframoxid, Siliziumoxid, Titandioxid, Boroxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, insbesondere lanthanhaltig, Bariumoxid, Magnesium/Aluminium-Mischoxid und/oder Silizium/ Aluminium-Mischoxid auf oder ist mit diesem beschichtet. Aluminiumoxid ist besonders bevorzugt als zweites Metalloxid. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt neben dem zweiten Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, mindestens ein Seltenerdmetalloxid wie Yttriumoxid, Praseodymoxid, Terbiumoxid, Gadoliniumoxid, Lanthanoxid, Samariumoxid, Ytterbiumoxid oder Ceroxid vor. Ceroxid ist besonders bevorzugt. Neben Ceroxid als bevorzugtem Seltenerdmetalloxid kann vorzugsweise alternativ oder zusätzlich auch auf Lanthanoxid zurückgegriffen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform liegen in bzw. auf der vierten Struktur neben dem zweiten Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid, auch Zeolithe vor, vor allem in Kombination mit mindestens einem Seltenerdmetalloxid, insbesondere Ceroxid. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es ohne weiteres möglich, zwischen der dritten und vierten Struktur eine Temperatur im Bereich von 300 bis 450°C aufrecht zu erhalten. Diese Temperaturen sind unter den Gegebenheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung für den Abbau von Ruß und/oder Kohlenwasserstoffen an der vierten Struktur völlig ausreichend.

Die Porosität der vierten Struktur kann beispielsweise im Bereich von 10 bis 65, insbesondere 15 bis 60 ppi, liegen. In einer Ausführungsform liegt die Porosität der vierten Struktur bei etwa 50 ppi.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt mindestens eine weitere, fünfte Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, in dem ersten Gehäuse vor, die den Querschnitt dieses Gehäuses zumindest bereichs weise, insbesondere vollständig abdeckt. Der Grundkörper dieser fünften Struktur ist vorzugsweise aufgebaut wie die ersten bis vierten Strukturen und liegt insbesondere in Form einer offenzelli- gen Schaumkeramik, eines Metalldrahtgestricks oder insbesondere eines offenzelligen Metallschaums vor. Diese fünfte Struktur enthält und/oder ist zumindest partiell beschichtet mit Platin und/oder Rhodium als Katalysator. Diese Beschichtung kann ferner enthalten, beispielsweise auch in Form einer Vorbeschichtung als Washcoat, Titandioxid, Zirkonoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumsilikat. Als besonders wirkungsvoll hat sich im vorliegenden Fall die Verwendung einer Katalysatormischung enthaltend als maßgebliche Komponenten Platin und Rhodium erwiesen. Hierbei stellen sich sehr zufriedenstellende Resultate insbesondere dann ein, wenn das Gewichtsverhältnis Platin zu Rhodium im Bereich von 10:1 bis 1:10, insbesondere im Bereich von 6:1 bis 1,5:1 und besonders bevorzugt im Verhältnis von etwa 4:1 eingestellt wird. Die fünfte Struktur ist bevorzugt zwischen der ersten und zweiten Struktur angebracht. Günstigerweise folgt die fünfte Struktur unmittelbar auf die erste Struktur, d.h. ohne einen Zwischenraum zuzulassen.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt mindestens eine weitere, sechste Struktur, enthaltend eine Vielzahl an zusammenhängenden Hohlräumen, in dem ersten Gehäuse vor, die den Querschnitt dieses Gehäuses zumindest bereichsweise, ins-

besondere vollständig abdeckt. Die sechste Struktur stellt vorzugsweise ein Metalldrahtgetrick sowie insbesondere einen Metallschaum dar. Alternativ kann diese Struktur z.B. auch auf einem Keramikschaum oder sonstigen bekannten Trägermaterialien bzw. -Strukturen basieren. Die sechste Struktur enthält einen sogenannten SCR-Katalysator und/oder ist mit diesem zumindest partiell beschichtet. SCR-Katalysatoren zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas zu Stickstoff mit Ammoniak als Reduktionsmittel, das im allgemeinen in der Anlage aus in Lösung vorliegendem Harnstoff erzeugt wird, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Platin, Vanadiumoxid, Eisenoxid, Kupferoxid, Manganoxid, Chromoxid oder Molybdänoxid, vorzugsweise aufgebracht auf einem Träger auf z.B. Aluminiumoxid oder Titanoxid. Exemplarisch sei diesbezüglich auf die DE 102 57 113 Al, EP 0 376 025 Bl, EP 0 385 164 Bl und die EP 1 321 641 Bl verwiesen. Die sechste Struktur kann in einer Ausführungsform zusammen mit der vierten Struktur als gemeinsame, einheitliche Struktur vorliegen.

Soweit die ersten bis sechsten Strukturen zu beschichten sind, sei es mit einer Zwischenbe- schichtung, z.B. in Form eines Washcoats, oder mit einer abschließenden Beschichtung, kann hierfür grundsätzlich auf alle gängigen Beschichtungsverfahren wie dem galvanischen oder naßchemischen Beschichten oder dem Beschichten mittels Sputterns zurückgegriffen werden. Bevorzugt kommt die naßchemische Variante zum Einsatz. In der Regel reicht es hierfür z.B. aus, wenn die jeweilige Struktur einmal, vorzugsweise mindestens zweimal, in ein entsprechendes Tauchbad, das die Beschichtungskomponenten in Lösung, Dispersion oder Suspension enthält, eingetaucht wird.

Bei der ersten bis sechsten, insbesondere der zweiten bis sechsten, Struktur handelt es sich im allgemeinen um sogenannte Wandstromfilter. Derartige Wandstromfilter sind üblicherweise mit einer porösen, offenzelligen Filterwand ausgestattet. Die Partikel verbleiben bei diesen Filterstrukturen insbesondere aufgrund von Adhäsionsphänomenen hauptsächlich an der Oberfläche der Filterwandung oder mittels Tiefenfiltration im Inneren der Filterwand haften.

Erfindungsgemäß kann demgemäß vorgesehen sein, daß die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und/oder sechste Struktur offenporige bzw. -zellige Schaumkeramik, einen offenporigen bzw. -zelligen Metallschaum, einen offenporigen bzw. -zelligen Metallschwamm, einen hitzebeständigen offenporigen bzw. -zelligen Schaumkunststoff, ein Drahtgeflecht und/oder gesinter-

tes Schüttgut umfaßt. Die ersten bis sechsten Strukturen sind regelmäßig in der Weise ausgelegt, dass ein gasförmiges Fluid ohne weiteres durch die zusammenhängenden Hohlräume bzw. offenen Poren hindurchtreten kann. Vorzugsweise decken die erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und/oder sechste Struktur den Querschnitt des Gehäuses vollständig ab. Diese Strukturen sind demgemäß in das Gehäuseinnere eingefaßt und befinden sich in einer praktikablen Ausfuhrungsform in direktem Kontakt mit der Innenwandung des Gehäuses. Diese Strukturen sind zudem in der Weise ausgelegt, daß eine gleichförmige Durchleitung von Gasen gewährleistet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die erste, zweite und dritte sowie gegebenenfalls die fünfte und/oder sechste Struktur auf einem einheitlichen durchlässigen bzw. porösen Körper, beispielsweise einem Metalldrahtgestrick, einer Schaumkeramik oder insbesondere einem Metallschaum verwirklicht sein. Die einzelnen Strukturen bilden dann z.B. diskrete Zonenabschnitte auf einem solchen einheitlichen Körper aus. In einer alternativen Ausfuhrungsform können auch die erste, zweite, dritte und vierte sowie gegebenenfalls die fünfte und/oder sechste Struktur auf einem einheitlichen durchlässigen bzw. porösen Körper, beispielsweise einem Metalldrahtgestrick, einer Schaumkeramik oder insbesondere einem Metallschaum verwirklicht sein, beispielsweise wie vorangehend ausgeführt. Diese einheitliche Struktur kann z.B., insbesondere paßgenau in das erste Gehäuse eingearbeitet sein, wobei insbesondere im Ein- und Auslaßbereich Freiräume vorgesehen werden können. Insbesondere kann diese einheitliche Struktur auch über mindestens einen Frei- bzw. Hohlraum zwischen der dritten und vierten Struktur verfügen. Hinsichtlich der Anordnung der ersten bis sechsten Struktur innerhalb des ersten Gehäuses können die Angaben zu den separaten Strukturen entsprechend angewandt werden.

Offenporige bzw. -zellige Keramiken umfassen Cordierit, Silicat-, Aluminiumoxid-, Aluminiumnitrid-, Aluminiumtitanat-, Glas-, Zirkonoxid-, Siliziumcarbid- und Siliziumnitridkeramiken. Geeignete offenzellige Schaumkeramiken umfassen insbesondere solche aus Zirkonoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Mullit (Magnesium-aluminiumsilikat) und α-Aluminiumoxid. Diese Keramiken sowie deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt. Das gleiche trifft auch auf Metallschäume und -schwämme zu.

Geeignete Metallschäume werden vorzugsweise aus Chrom/Nickel-Stahlen oder Ferro- chrom/Aluminium-Legierungen gebildet. Metallschäume hergestellt auf Nitridbasis sind im allgemeinen weniger geeignet.

Als Drahtmaterial für den Drahtkörper wird insbesondere auf alummiumhaltigen Stahl zurückgegriffen.

Optional kann die erste Struktur, vorzugsweise wenn als Metalldrahtgestrick oder als Metallschaum vorliegend, zuvor mit einem Lotmaterial, vorzugsweise auf Aluminium-Chrom-, insbesondere Aluminium-Chrom-Nickel-Basis beschichtet werden.

Von besonderem Vorteil in strömungstechnischer Hinsicht ist es, wenn der vordere Bereich des ersten Gehäuses sich zum mittleren Bereich hin erweitert und/oder wenn der hintere Bereich sich zum Auslaß hin, insbesondere konusförmig, verjüngt. In diesem Zusammenhang ist gleichfalls bei einer optimierten Ausführungsform von Bedeutung, daß die Oberfläche der ersten Struktur, die dem Einlaß zugewandt ist, in Richtung auf das Innere des ersten Gehäuses, insbesondere im wesentlichen kugelförmig, gewölbt ist.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die erste, zweite, dritte und vierte Struktur jeweils unmittelbar aufeinander folgen. Alternativ kann vorgesehen sein, daß zwischen der ersten und zweiten Struktur ein erster Zwischenraum, zwischen benachbarten zweiten Strukturen ein zweiter Zwischenraum, zwischen der zweiten und dritten Struktur ein dritter Zwischenraum, zwischen benachbarten dritten Strukturen ein vierter Zwischenraum und/oder zwischen der dritten und vierten Struktur ein fünfter Zwischenraum vorliegt. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Strukturen dienen vorrangig als Expansi- ons- bzw. Verwirbelungsräume. In diesem Zusammenhang hat sich erwiesen, daß sich besonders zufriedenstellende Resultate dann einstellen, wenn ein fünfter Zwischenraum vorliegt. Dieser fünfte Zwischenraum ist insbesondere mindestens teilweise in dem sich verjüngenden Abschnitt des ersten Gehäuses, d.h. im übergang vom mittleren zum hinteren Bereich des ersten Gehäuses angeordnet.

Dabei kann vorgesehen sein, daß die fünfte Struktur zwischen der ersten und der zweiten Struktur angebracht ist, insbesondere unmittelbar auf die erste Struktur folgt. Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen der ersten Struktur und der fünften Struktur und/oder zwischen der zweiten Struktur und der fünften Struktur ein Zwischenraum, beispielsweise über den gesamten Querschnitt der Vorrichtung, vorliegen. Alternativ können die erste und die fünfte Struktur auch als einheitlicher Körper, d.h. ohne Zwischenraum, vorliegen oder als separate Strukturen zwischenraumlos angeordnet sein.

Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die sechste Struktur in Richtung vom Einlaß zum Auslaß vor und/oder nach der vierten Struktur angeordnet ist.

Erfindungsgemäß kommt ferner unter anderem in Betracht, daß zwischen der vierten und sechsten Struktur kein Zwischenraum vorliegt, insbesondere die vierte und die sechste Struktur eine einheitliche Struktur bilden.

Von Vorteil ist ferner, daß mindestens zwischen zwei benachbarten, insbesondere zwischen sämtlichen benachbarten, Strukturen ein Zwischenraum vorliegt, insbesondere über die gesamte Querschnittsfläche benachbarter Strukturen.

Des weiteren kann gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, daß der durchschnittliche Abstand zwischen benachbarten Strukturen, gemessen entlang der Längsachse in Richtung vom Einlaß zum Auslaß, im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere im Bereich von 10 mm bis 40 mm, liegt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die durchschnittliche Breite der ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten Struktur im Bereich von 5 mm bis 50 mm, insbesondere von 10 mm bis 40 mm, gemessen entlang der Längsachse in der Richtung vom Einlaß zum Auslaß.

Erfindungsgemäße Vorrichtungen zeichnen sich in einer zweckmäßigen Ausgestaltung auch dadurch aus, daß der Abstand vom Einlaß zu der ersten Struktur im Bereich von 20 mm bis

100 mm, insbesondere von 30 mm bis 80 mm, liegt und/oder daß der Abstand von der dem Auslaß (12) am nächsten liegenden Struktur zu dem Auslaß im Bereich von 20 mm bis 120 mm, insbesondere von 30 mm bis 90 mm, liegt.

Gemäß einer weiteren zwecksmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennlcraftmaschinen beträgt die durchschnittliche Breite der ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften und/oder sechsten Struktur etwa 25 mm bis 35 mm, vorzugsweise etwa 30 mm. In der Regel reicht es hierbei aus, wenn der durchschnittliche Abstand vom Einlaß zu der dem Einlaß am nächsten stehenden Struktur etwa 50 mm bis 70 mm, insbesondere etwa 60 mm, beträgt. Ferner kann in einer weiteren Ausfuhrungsform ein Abstand zwischen der dem Auslaß am nächsten stehenden Struktur und dem Auslaß von etwa 40 mm bis 90 mm, insbesondere von 50 mm bis 80 mm und besonders bevorzugt von 60 mm bis 70 mm gewählt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausfiihrungsform verfugt die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen abschnittsweise über eine oval- oder ellipsenförmige Querschnittsstruktur. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform verfugt die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere über dem Bereich, in dem die vorangehend genannten Strukturen vorliegen, über eine Ausdehnung quer zur sich vom Einlaß zum Auslaß erstreckenden Längsachse dieser Vorrichtung im Bereich von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise von 150 mm bis 300 mm und besonders bevorzugt von 200 mm bis 250 mm und kann beispielsweise einen Wert von etwa 220 mm annehmen. Ist der Querschnitt der vorangehend beschriebenen Strukturen oval- oder elipsenförmig kann die Vorrichtung in Richtung der Längsachse eine Ausdehnung im Bereich von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise von 150 mm bis 300 mm und besonders bevorzugt von 200 mm bis 250 mm, beispielsweise etwa 220 mm und/oder die Querachse eine Ausdehnung im Bereich von 50 mm bis 300 mm, vorzugsweise von 70 mm bis 200 mm und besonders bevorzugt von 90 mm bis 150 mm, beispielsweise etwa 100 mm, annehmen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner ein zweites Gehäuse, insbesondere aus Metall, in dem das erste Gehäuse zumindest bereichsweise angeordnet ist.

Dabei kann vorgesehen sein, daß der Einlaß des ersten Gehäuses außerhalb und der Auslaß des ersten Gehäuses innerhalb des zweiten Gehäuses vorliegen.

Zweckmäßigerweise sind die Innenwandung des zweiten Gehäuses und die Außenwandung des ersten Gehäuses zumindest bereichsweise beabstandet.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß mindestens ein erstes Verbindungselement, insbesondere in Form eines, z.B. metallischen, Stützlagers, zwischen der Innenwandung des äußeren, zweiten Gehäuses und der Außenwandung des inneren, ersten Gehäuses vorliegt.

Bevorzugt liegt zudem zwischen dem ersten Verbindungselement und der Außenwandung des ersten Gehäuses mindestens eine Lage enthaltend, insbesondere synthetische, Mineralfasern wie, insbesondere feuerfeste, Keramikfasern und/oder Glasfasern vor. Ferner kann auch direkt zwischen der Außenwandung des ersten Gehäuses und der Innenwandung des zweiten Gehäuses ein zweites Verbindungselement angebracht sein, umfassend mindestens eine Lage enthaltend, insbesondere synthetische, Mineralfasern wie, insbesondere feuerfeste, Keramikfasern und/oder Glasfasern.

Bei der Lage, enthaltend Keramikfasern, kann es sich beispielsweise um eine gewebte Lage, eine Vlies- oder Filzlage, eine gegossene oder geformte Lage, eine Platte, ein Formteil oder ein Papier handeln. Keramikfasern im Sinne der vorliegenden Erfindung sollen ebenfalls faserige Mineralwolle umfassen. Faserige Mineralwolle umfaßt wiederum faserige Glaswolle und faserige Steinwolle. Geeignete Keramikfasern sind auch unter der Fachbezeichnung Refracto- ry Ceramic Fibers (RCF) bekannt.

Besonders bevorzugt umfaßt die Lage, enthaltend Keramikfasern, zusätzlich Tonminerale, insbesondere Schichtsilikate. Unter den Schichtsilikaten sind beispielsweise geeignet Glimmer, Talkum, Serpentin sowie insbesondere Vermiculit. Die genannten Lagen können in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils zwischen 30 bis 70 Gew.% an Keramikfasern, insbesondere feuerfesten Keramikfasern, und Tonmineralen, insbesondere Vermiculit, enthalten. Solche Lagen haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die zusätzlich organische und/oder anorganische Bindemittel enthalten. Ein geeignetes Produkt ist beispielsweise im

Handel unter der Bezeichnung XPE ^® Expanding mat von der Firma Unifrax GmbH, Düsseldorf, Deutschland, erhältlich. •

Die vorangehend beschriebenen Verbindungselemente dämpfen Vibrationen und sonstige mechanische Beanspruchungen gut ab und tragen zu einem zuverlässigen Verbund zwischen erstem und zweitem Gehäuse bei. Selbstverständlich kann mindestens eine Lage, enthaltend Keramikfasern, wie vorangehend beschrieben, auch zwischen dem Verbindungselement und der Innenwandung des zweiten Gehäuses vorliegen bzw. angebracht sein.

Eine Weiterentwicklung sieht dabei vor, daß vor dem Auslaß des zweiten Gehäuses mindestens eine Rückhaltevorrichtung, die den ungehinderten Austritt des von Schadstoffen befreiten Abgases verhindert, insbesondere eine Lochblende, angeordnet ist. Die Rückhaltevorrichtung weist vorzugsweise zumindest bereichsweise eine Graphitbeschichtung auf.

Vorteilhafterweise entspricht die gesamte Durchlaßfläche der Lochblende in etwa der Fläche des Einlasses des ersten Gehäuses, über den das zu reinigende Abgas in das Gehäuse eintritt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Anlage in ein Abgasrück- führsystem (AGR) integriert. Dabei kann vorgesehen sein, daß auf den Auslaß folgend mindestens eine Rückführungsleitung zur Rückführung insbesondere eines Teils des gefilterten Abgases in den Motor vorliegt. Die Rückführungsleitung kann beispielsweise mit einem Lufteinlaßkanal für Frischluft über eine Ventilanordnung verbunden sein. Die gegebenenfalls über eine AGR-Regelanordnung eingestellte Mischung an rückgeführter und Frischluft kann sodann der Lufteinlaßöffnung eines Motors zugeführt werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfaßt die erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner mindestens eine Lambda-Sonde, mindestens einen ersten Temperatur- und/oder Drucksensor vor oder an dem Einlaß oder im vorderen Bereich des ersten Gehäuses und mindestens einen zweiten Temperatur- und/oder Drucksensor am oder außerhalb des Auslasses oder im hinteren Bereich des ersten oder zweiten Gehäuses.

Mit der erfmdungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen von Neufalirzeugen können ohne weiteres die Grenzwerte für Kohlenmonoxid, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe + Stickoxide, und partikuläre Bestandteile gemäß der Euro 5 Norm eingehalten werden. Selbst bei einem Diesel-PKW-Altfahrzeug mit einer Laufleistung von etwa 240.000 km ließen sich mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die folgenden Meßwerte gemäß RL 70/220/EWG (Prüfzyklus MVEG) erzielen: HC 0,17 g/km, NOx 0,61 g/km, HC+NOx 0,78 g/km, CO 0,92 g/km, CO ₂ 185,15 g/km und Partikel 0,035 g/km.

Der vorliegenden Erfindung lag die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß sich bei Verwirklichung der anspruchsgemäßen Merkmale Rußrückstände in der erfϊndungsgemäßen Abgasreinigungsanlage nicht mehr ansammeln. Vielmehr werden Rußpartikel fortwährend zu Kohlendioxid umgesetzt. Mithin gelingt eine kontinuierliche, aktive Regenerierung. Aufgrund der vollständigen und kontinuierlichen Beseitigung von Rußrückständen im Abgas stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung sicher, daß die Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß nie größer als 150 mbar und vorzugsweise nie größer als 100 mbar ist, wodurch eine negative Rückkopplung auf die Motorleistung ausgeschlossen werden kann. Beispielsweise kann mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen ohne weiteres eine Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß kleiner 60 mbar, beispielsweise 57 mbar, erreicht werden. Hierbei können die Volumendurchläufe ohne weiteres im Bereich von 10 bis 15 1/sec, beispielsweise bei etwa 12 1/sec liegen. Ein bei bekannten Partikelfiltern häufig auftretender, nachteiliger Druckaufbau findet mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht statt. Ein hierauf zurückgehender Kraftstoffmehrverbrauch wird somit ebenfalls ausgeschlossen. Hierzu trägt neben der spezifischen Anordnung der beschichteten Trägerstrukturen und den spezifischen Beschichtungsmateriali- en ebenfalls zu nicht geringen Anteilen die im vorderen Bereich der Anlage angebrachte „Po- renbrenner"-Struktur bei. Denn auf diese Weise kann eine laminare Strömung eingestellt und aufrechterhalten werden, ohne daß merkliche Querströmungen, welche erhebliche Konzentrationsschwankungen der abzubauenden Produkte mit sich bringen würden, auftreten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung überrascht weiter durch ihren konstruktiv sehr einfachen Aufbau, der sich ohne gravierende Veränderungen bei jedweder Verbrennungsmaschine, beispielsweise in die Abgasanlagen von Personen- und Lastkraftwagen, einsetzen läßt. Zudem wird eine sehr kompakte Gehäuseform ermöglicht, so daß die erfmdungsgemäße Vorrichtung in beliebigen Abgasanlagen integriert werden kann, ein Nachrüsten mithin völlig unproblematisch ist. Für die Eliminierung von Rußpartikeln ist ferner förderlich, daß sich mit der erfϊn-

dungsgemäßen Vorrichtung ein Temperaturprofil einstellen läßt, wonach die Temperatur im hinteren Bereich höher ist als im vorderen Bereich. Auch ist von Vorteil, daß die erfϊndungs- gemäße Vorrichtung nur sehr langsam altert mit der Folge, daß deren Lebensdauer der herkömmlicher Verbrennungsmaschinen mindestens entspricht und ein Auswechseln des erfin- dungsgemäßen Partikelfilters in der Regel nicht mehr erforderlich ist. Die Verwendung insbesondere eines Gehäuses bzw. einer Innenbeschichtung aus porösem Siliziumcarbid hat schließlich den Vorteil, daß dieses Material in der vorliegenden Anwendung einen geeigneten Wärmespeicher darstellt. Daher kann selbst bei Wechsellastbetrieb während einer Phase geringer Motorauslastung, und damit einhergehend einer niedrigen Abgastemperatur, zuvor gespeicherte Wärmeenergie den ersten bis sechsten Strukturen zugeführt werden, so daß noch stets eine passive Regenerierung der gefilterten Partikel oder sonstiger Rückstände kontinuierlich möglich ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachgehenden Beschreibung, in der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft anhand schemati- scher Zeichnung erläutert sind.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der erfmdungsgemäßen Vorrichtung;

Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Figur 4 eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Beseitigung von Schadstoffen aus Abgasen von Brennlcraftmaschinen, umfassend ein Gehäuse 2 mit einem vorderen, mittleren und hinteren Bereich 4, 6 und 8. Im vorderen Bereich 4 ist der Einlaß 10 und im hinteren Bereich 8 der Auslaß 12 angeordnet. Auf den Einlaß 10 folgt im vorderen Bereich 4 des Gehäuses 2 eine erste Struktur 14 aus einem Material, wie es üblicherweise bei Porenbrennern zum Einsatz kommt. Der sich an den Einlaß 10 anschließende Eingangsbereich 16 ist selber frei von der Porenbrennerstruktur 14. Vielmehr umschließt die dem Einlaß 10 zugewandte Oberfläche 18 der Porenbrennerstruktur 14 den Eingangsbereich 16 in etwa halbkugelförmig. Die erste Struktur 14 liegt hauptsächlich im vorderen Bereich 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 vor und deckt den gesamten Innenquerschnitt des Gehäuses 2 ab. Im übergangsbereich zwischen vorderem und mittlerem Bereich 4, 6 weitet sich der Gehäusedurchmesser merklich auf. Die Porenbrennerstruktur 14 stellt eine möglichst laminare Strömung des in die Vorrichtung 1 eintretenden Abgases sicher und eliminiert Querströmungen, weshalb sich an den Innenwandungen 24 des Gehäuses 1 Rußpartikel nicht mehr anlagern. Auch wird eine gleichbleibende Verteilung der Schadstoffe in dem Abgasstrom sichergestellt. An die Porenbrennerstruktur 14 schließt sich, getrennt durch einen ersten Zwischenraum 22, eine zweite Struktur 20 an, umfassend eine sich über den gesamten Querschnitt des mittleren Bereichs 6 des Gehäuses 2 erstreckenden Metallschaum, der mit Kaliumvanadat beschichtet ist. Auf die zweite Struktur 20 folgt, getrennt durch den zweiten Zwischenraum 26, eine weitere zweite Struktur 20', die in Aufbau und Beschichtung im wesentlichen mit der zweiten Struktur 20 übereinstimmt, d.h. hierbei handelt es sich ebenfalls um einen mit Kaliumvanadat beschichteten Metallschaum, der sich über die gesamte Querschnittsfläche des mittleren Bereichs 6 der Vorrichtung 1 erstreckt. Die zweiten Strukturen 20 und 20' dienen im wesentlichen dazu im Abgas enthaltene Stickoxide mittels Reduktion in unschädliche Komponenten zu überführen. Der mittlere Bereich 6 wird im wesentlichen abgeschlossen durch eine dritte Struktur 28, basierend auf einem Metallschaum, der mit einem Palladium/Silber-Katalysator beschichtet ist und zur Oxidation von Kohlenmonoxid sowie Kohlenwasserstoffen dient. Die dritte Struktur 28 erstreckt sich wiederum über die gesamte Querschnittsfläche des Gehäuses 2 und ist von der zweiten Struktur 20' durch einen dritten Zwischenraum 30 getrennt, so daß im wesentlichen kein direkter Kontakt gegeben ist. Im hinteren Bereich 8 des Gehäuses 2 ist eine vierte Struktur 32, wiederum auf der Basis eines Metallschaums, angebracht, die sich über die gesamte Querschnittsfläche des hinteren Bereichs erstreckt und mit einem Gemisch aus Aluminiumoxid und Ceroxid beschichtet ist. In der dargestellten Ausfuhrungsform ist die vierte Struktur 32 von der dritten Struktur 28 durch einen vierten Zwischenraum 34 getrennt.

Die Innenwandung 24 des Gehäuses 2 verfugt in der dargestellten Ausführungsform über eine Siliziumcarbidbeschichtung.

Figur 2 ist eine Weiterentwicklung der in Figur 1 beschriebenen Abgasreinigungsanlage 1 zu entnehmen. Bei dieser Ausfuhrungsform 1' wird die Anlage 1, wie unter Figur 1 abgebildet und wie vorangehend beschrieben, von einem weiteren, zweiten Gehäuse 50 ummantelt. Dieses zweite Gehäuse 50 ist im vorderen Bereich 4 mit dem ersten Gehäuse 2 verbunden. Ansonsten liegt die Vorrichtung 1 im wesentlichen kontaktfrei in dem zweiten Gehäuse 50 vor. Demgemäß liegt zwischen der Außenwand des ersten Gehäuses 2 und der Innenwand 52 des äußeren, zweiten Gehäuses 50 mindestens ein fünfter Zwischenraum 54 vor. Selbstverständlich kann die Vorrichtung 1 in dem äußeren Gehäuse 50 an ein oder mehreren Punkten, beispielsweise im mittleren oder vorzugsweise hinteren Bereich 8 an der Innenwandung 52 abgestützt werden. Das äußere Gehäuse 50 verfügt über einen Auslaß 56, der im wesentlichen vor dem Auslaß 12 der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Zwischen dem Auslaß 12 und dem Auslaß 56 ist eine Lochblende 58 angebracht. Das aus dem Auslaß 12 austretende gereinigte Abgas wird demzufolge über die Lochblende 58 an einem freien Austritt gehindert und in Abhängigkeit von der Größe der Austrittsfläche zumindest teilweise in dem vor dem Auslaß 12 liegenden Bereich 60 in Richtung auf den zwischen der Anlage 1 und der Innenwandung 52 des äußeren, zweiten Gehäuses 50 liegenden Raum 54 umgelenkt. Auf diese Weise kann die Temperatur des austretenden, gereinigten Abgases genutzt werden, um eine konstant hohe Arbeitstemperatur der Abgasreinigungsanlage 1 sicherzustellen.

Aus Figur 3 geht eine weiter Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hervor, bei der es sich im wesentlichen um eine Weiterentwicklung der in Figur 2 wiedergegebenen Anlage 1 ' handelt. Die Abgasreinigungsanlage 1 ist wiederum in ein äußeres Gehäuse 50 eingebettet. Im vorderen Bereich 4 befindet sich die erste Struktur 14 aus einem Porenbrenner- material. Hieran schließt sich nun unmittelbar eine zweite Struktur 20, wie zu Figur 1 beschrieben, unter Weglassung des ersten Zwischenraums an. Ein Zwischenraum 26 liegt dann zwischen der zweiten und dritten Struktur 20, 28 vor. Auch die dritte Struktur 28 entspricht hier der unter Figur 1 beschriebenen Variante. Unmittelbar an die dritte Struktur 28, wiederum unter Weglassung eines Zwischenraums, schließt sich die vierte Struktur 32 an, bei der es sich um einen mit Aluminiumoxid und Ceroxid beschichteten Metallschaum handelt. Während die zweite und die dritte Struktur 20, 28 im mittleren Bereich 6 der Vorrichtung 1 vorlie-

gen, füllt die vierte Struktur 32 im wesentlichen den hinteren Bereich 8 der Vorrichtung 1 vollständig aus. Zwischen der Innenwandung 52 des äußeren, zweiten Gehäuses 50 und der Wandung 2 des ersten Gehäuses 2 der Vorrichtung 1 liegt ein Zwischenraum 54 zur Aufnahme von aus dem Auslaß 12 austretenden Abgasen vor. Die Vorrichtung 1 befindet sich im vorliegenden Fall zur besseren Lagerung im mittleren und hinteren Bereich 6 bzw. 8 in Kontakt mit der Innenwandung 52 des äußeren Gehäuses 50, und zwar über entsprechende Verbindungselemente bzw. Stützlager 62, 62' und 64, 64', beispielsweise aus Metall. Zwischen dem Stützlager 62, 62"und der Außenwandung des ersten Gehäuses 2 liegt insbesondere zum Zweck der besseren und leichteren Anbindung sowie zu Dämpfungszwecken eine Faserlage 90, enthaltend Keramikfasern und gegebenenfalls ein Bindemittel, vor. Im vorderen Bereich 2 in der Nähe des Einlasses 10 fungiert eine Faserlage, enthaltend Keramikfasern und gegebenenfalls ein Bindemittel, als zweites Verbindungselement 88 zwischen erstem und zweitem Gehäuse (2, 50). Auf den Auslaß 12 der Vorrichtung 1 folgend ist in dem zweiten Gehäuse 50 eine Lochblende 58' angebracht, die sich über die gesamte Querschnittsfläche im hinteren Bereich des Gehäuses erstreckt.

Figur 4 zeigt eine Weiterentwicklung der in Figur 1 wiedergegebenen Vorrichtung 1. Diese Weiterentwicklung ist im Bereich des Einlasses 10 sowie des Auslasses 12 mit Temperatur- und Drucksensoren 80 bzw. 82 ausgestattet. Zusätzlich liegt vor dem Einlaß 10 eine Lambda- sonde 84 vor, mit der der Sauerstoffgehalt des eintretenden Abgases bestimmt werden kann. Die mit diesen Sensoren aufgenommenen Werte werden an eine Auswerteeinheit 86 weitergeleitet und zum Beispiel für eine optimierte Betriebsweise des Verbrennungsmotors verwendet.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

, T Vorrichtung zur Beseitigung von schädlichen Bestandteilen aus Abgasen von

Brennlcraftmaschinen erstes Gehäuse vorderer Bereich des ersten Gehäuses mittlerer Bereich des ersten Gehäuses hinterer Bereich des ersten Gehäuses 0 Einlaß des ersten Gehäuses 2 Auslaß des ersten Gehäuses 4 erste Struktur 6 Abschnitt, der im vorderen Bereich 4 frei von der ersten Struktur 14 ist 8 vordere Oberfläche der ersten Struktur 14 0, 20 ^λ zweite Struktur 2 erster Zwischenraum 4 Innenwandung des ersten Gehäuses 2 6 zweiter Zwischenraum 8 dritte Struktur 0 dritter Zwischenraum vierte Struktur fünfter Zwischenraum 0 zweites Gehäuse Innenwandung des zweiten Gehäuses sechster Zwischenraum 6 Auslaß des zweiten Gehäuses 8, 58" Rückhaltevorrichtung Bereich zwischen Auslaß 12 und Rückhaltevorrichtung 58 , 62' hintere Stützlager (erstes Verbindungselement) , 64' mittlere Stützlager (erstes Verbindungselement) Temperatursensoren Drucksensoren Lambda-Sonde Auswerteeinheit zweites Verbindungselement

90 Faserlage, enthaltend Keramikfasern