Filtro de partículas con un revestimiento de hidrólisis.

Filtro (1) de partículas con unos canales (3), formados a base de unas paredes porosas (2),

que transcurren entre un primer lado frontal (4) y un segundo lado frontal (5) del filtro (1) de partículas, teniendo el primer lado frontal (4) un revestimiento de hidrólisis (6) por el exterior de los canales (3).

Filtro de partículas con un revestimiento de hidrólisis El presente invento se refiere a un filtro de partículas con unos canales formados a base de unas paredes porosas, que transcurren entre un primer lado frontal y un segundo lado frontal del filtro de partículas. Tales filtros de partículas encuentran empleo en particular en sistemas de gases de escape de motores de combustión interna móviles, tal como por ejemplo en vehículos automóviles.

El filtro de partículas aquí mencionado está formado en particular a base de una estructura porosa, eventualmente extrudida, por ejemplo a modo de una estructura alveolar. La forma de esta estructura alveolar no está sujeta a limitaciones especiales algunas. Como formas externas de sección transversal de la estructura alveolar pueden servir, sin embargo, por ejemplo las de un círculo, una elipse y un óvalo. La forma de los canales no está sujeta tampoco a limitaciones algunas, pero se prefiere regularmente una forma poligonal de la sección transversal, por ejemplo a modo de un triángulo, un cuadrilátero, un hexágono o un polígono similar. La densidad de celdas para los canales se puede hacer variar asimismo dentro de amplios límites, y se prefiere por ejemplo la estructura que tiene una densidad de canales situada en el intervalo de desde 7, 8 hasta 62 celdas por centímetro cuadrado (desde 50 hasta 400 celdas por pulgada cuadrada) . Las paredes porosas pueden ser formadas en tal caso, por ejemplo, con un material cerámico. En el presente caso se han manifestado como apropiados, por ejemplo, un carburo de silicio o bien un silicio metálico y un carburo de silicio. Cuando el material cerámico tiene como la fase cristalina principal un silicio metálico y un carburo de silicio, el contenido de Si, definido por Si (Si + SiC) es de manera preferida desde 5 hasta 50 partes másicas en %, de manera preferida desde 10 hasta 40 partes másicas en %.

Tales filtros de partículas son designados regularmente como “filtros de circulación por las paredes” (del inglés Wall Flow Filters) , puesto que ellos obligan por lo menos a una gran parte de la corriente de gas de escape a pasar a través de las paredes porosas. Para esta finalidad, es conocido cerrar los canales dispuestos contiguamente del filtro de partículas de un modo alternado junto a los dos lados frontales, de manera tal que una corriente parcial del gas de escape puede circular hacia dentro en un primer canal, que está abierto por el lado de entrada, es obligada mediante el cierre por el extremo de este canal a pasar a través de la pared porosa hasta un canal contiguo y allí puede circular hacia fuera. Al circular a través de las paredes porosas, también unas partículas arrastradas conjuntamente en el gas de escape se pueden depositar e incrustar y eventualmente reducir o respectivamente convertir en componentes gaseosos.

Tales filtros de partículas con paredes porosas tienen regularmente una superficie interna especialmente grande, de modo tal que aquí se puede poner a disposición en un volumen constructivo relativamente pequeño, en el caso de un correspondiente revestimiento, una muy grande superficie activa catalíticamente. Por lo tanto, se propone el empleo de tales filtros de partículas preferentemente también en combinación con un sistema de SCR. En el caso de la reducción catalítica selectiva (del inglés selective catalitic reduction con el acrónimo SCR) de óxidos de nitrógeno en gases de escape son reducidos de manera preferente los óxidos de nitrógeno (NO, NO2) , mientras que se reprimen ampliamente unas reacciones secundarias indeseadas (tales como p.ej. la oxidación de óxido de azufre para formar trióxido de azufre) . Para el transcurso de esta reacción se emplea regularmente amoníaco (NH3) que es añadido al gas de escape y mezclado con él. Los productos de la reacción son agua (H2O) y nitrógeno (N2) . Unos apropiados catalizadores, que pasan a emplearse aquí, son por ejemplo dióxido de titanio, pentóxido de vanadio y/u óxido de wolframio. También es posible el empleo de unos zeolitas. El procedimiento de SCR se emplea en particular en el caso de vehículos de ciclo Diesel, sobre todo en el caso de vehículos útiles, con el fin de disminuir las emisiones de sustancias contaminantes en lo que se refiere a las cargas con óxidos de nitrógeno.

Los sistemas que se han propuesto hasta ahora para la reducción de las partículas, por un lado, y la reducción de los óxidos de nitrógeno, por otro lado, están constituidos en parte de una manera muy compleja y necesitan mucho espacio constructivo. Además de ello, es necesario para algunos sistemas que tenga que efectuarse un costoso acondicionamiento del agente de reducción (por ejemplo, urea o sustancias similares) en el exterior del gas de escape y/o en el propio sistema de gas de escape, no pudiéndose garantizar en parte una conversión química completa. Por lo tanto, en muchos casos se propone también la puesta a disposición de un denominado sistema de catalizador de bloqueo, que debe de impedir un desbordamiento de los óxidos de nitrógeno en el caso de una transformación insuficiente del agente de reducción.

Con el fin de ahorrar espacio constructivo, se propone en el documento de solicitud de patente europea EP 1 153 648 A1 un sistema de catalizadores que tiene una inyección de un agente de reducción así como un cuerpo de catalizador con una superficie frontal de entrada y una superficie frontal de salida, estando previstos sobre el cuerpo de catalizador tanto un revestimiento de hidrólisis, de manera preferida solamente en la zona de entrada, como también un revestimiento de reducción destinado a la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno. En este caso, no obstante, no se puede garantizar que se llegue a una conversión química completa del compuesto precursor del agente de reducción que se ha inyectado.

Partiendo de estos hechos, una misión del presente invento es resolver por lo menos de manera parcial los problemas expuestos con relación al estado de la técnica. En particular, se debe de indicar un filtro de partículas que posibilite, precisamente en unos sistemas de SCR, unas ventajas en lo que se refiere a la realización completa de las reacciones de SCR o respectivamente a la hidrólisis de agentes de reducción. Además de ello, se debe de proponer un correspondiente dispositivo para la realización del procedimiento de SCR en vehículos automóviles, que esté constituido de una manera compacta y sencilla.

Los problemas planteados por estas misiones se resuelven con un filtro de partículas de acuerdo con las características de la reivindicación 1 de esta patente. Otras ventajosas formas de realización del invento se indican en las reivindicaciones formuladas de un modo dependiente. Hay que hacer mención al hecho de que las características, expuestas individualmente en las reivindicaciones formuladas de un modo dependiente, se pueden combinar entre sí de una manera arbitraria, tecnológicamente conveniente, y muestran otras formas de realización del invento. La descripción, en particular en conexión con las figuras, explica aun más el invento e indica unos adicionales ejemplos de realización del invento, que son considerados como preferidos.

El filtro de partículas conforme al invento está formado a base de unos canales que forman paredes porosas, los cuales transcurren entre un primer lado frontal y un segundo lado frontal del filtro de partículas, y se distingue por el hecho de que el primer lado frontal tiene un revestimiento de hidrólisis por el exterior de los canales.

El revestimiento de hidrólisis comprende de manera preferida dióxido de titanio, como el componente activo más importante (o incluso único) , de modo tal que se presenta en particular un pequeño volumen almacenado de amoníaco. Eventualmente, sin embargo, se pueden emplear también unos catalizadores de dióxido de wolframio o de óxidos de vanadio y wolframio, soportados por óxido de titanio. Este revestimiento tiene en particular la propiedad de transformar un agente de reducción que comprende urea, en común con un gas de escape caliente y agua, en amoníaco (y ácido isociánico) , es decir hidrolizarlo. En este caso aquí (solamente) el primer lado frontal es provisto de un revestimiento de hidrólisis (también) fuera de los canales. El primer lado frontal se refiere en este caso en lo esencial a la superficie, que se reconoce en el caso de una vista desde arriba del primer lado frontal, que por lo tanto está colocada en particular fuera de los canales. Precisamente en el caso de tales filtros de partículas con paredes porosas, es relativamente grande el primer lado frontal, que es recorrido por la corriente del gas de escape. Además de ello, hay que tomar en consideración... [Seguir leyendo]

1. Filtro (1) de partículas con unos canales (3) , formados a base de unas paredes porosas (2) , que transcurren entre un primer lado frontal (4) y un segundo lado frontal (5) del filtro (1) de partículas, teniendo el primer lado frontal (4) un revestimiento de hidrólisis (6) por el exterior de los canales (3) .

2. Filtro (1) de partículas de acuerdo con la reivindicación 1, en el que junto al primer lado frontal (4) están previstos unos primeros medios de cierre (7) para canales (3) , que forman con una superficie delantera (8) una parte del primer lado frontal (4) del filtro (1) de partículas y las superficies delanteras (8) están ejecutadas con un revestimiento de hidrólisis (6) .

3. Filtro (1) de partículas de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que junto al segundo lado frontal (5) están previstos unos segundos medios de cierre (9) para canales (3) , que delimitan unos canales (3) con una superficie de base (10) y las superficies de base (10) están ejecutadas con un revestimiento de hidrólisis (6) .

4. Filtro (1) de partículas de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que los canales (3) tienen una cierta longitud (11) , estando los canales (3) ejecutados con un revestimiento de hidrólisis (6) por un primer tramo

(12) de la longitud (11) y extendiéndose el primer tramo (12) hasta llegar al segundo lado frontal (5) del filtro (1) de partículas.

5. Filtro (1) de partículas de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que los canales (3) tienen una cierta longitud (11) estando los canales (3) ejecutados con un revestimiento de SCR (14) por un segundo tramo (13) de la longitud (11) y estando dispuesto el segundo tramo (13) entre el primer lado frontal (4) y el segundo lado frontal (5) del filtro (1) de partículas.

6. Filtro (1) de partículas de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que los canales (3) están ejecutados con un revestimiento de hidrólisis (6) por un tercer tramo (15) de la longitud (11) y el tercer tramo (15) se extiende hasta llegar al primer lado frontal (4) del filtro (1) de partículas.

7. Filtro (1) de partículas de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que por lo menos una parte de los canales (3) están al menos parcialmente curvados o están provistos de unas estructuras (16) que penetran dentro de los canales (3) .

8. Dispositivo (17) que comprende por lo menos una conducción (18) para los gases de escape, dentro de la cual puede circular a su través un gas de escape en una dirección de circulación (19) , una tobera (20) para la introducción de un agente de reducción (21) , que comprende o forma amoníaco, y un filtro (1) de partículas de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, estando orientado el primer lado frontal (4) del filtro (1) de partículas en dirección hacia la tobera (20) .

9. Dispositivo (17) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la tobera (20) está colocada con una dirección (22) de entrada de los chorros, que está orientada oblicuamente hacia el primer lado frontal (4) o hacia la dirección de circulación (19) del gas de escape.

10. Dispositivo (17) de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en el que dentro de la conducción (18) para el gas de escape está previsto un catalizador de oxidación (23) que, visto en la dirección de circulación (19) del gas de escape, está colocado delante de la tobera (20) , y que tiene una distancia (24) de por lo menos 150 milímetros con relación al filtro (1) de partículas.

11. Vehículo automóvil (25) que tiene un motor de combustión interna (26) y una instalación para los gases de escape (27) , teniendo la instalación (27) para los gases de escape por lo menos un filtro (1) de partículas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 7 o un dispositivo (17) de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 hasta

10.