ES2352194T3

ES2352194T3 - Filtro para gases de escape y procedimiento para la purficación de un gas de escape.

Info

Publication number: ES2352194T3
Application number: ES03784018T
Authority: ES
Inventors: Rolf Bruck; Jan Hodgson
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2003-07-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2023-07-16
Also published as: DE10235766A1; AU2003258516A1; RU2005105942A; CN1678820B; EP1527262B1; US7347042B2; US20050217258A1; CN1678820A; EP1527262A1; WO2004015251A1; JP2005534487A; KR20050030222A; DE50313071D1; KR101009197B1; RU2316656C2; JP4659455B2

Abstract

Filtro (11) para gases de escape, destinado a la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, que tiene - un lado (13) de entrada de los gases y un lado (14) de salida de los gases, circulando una corriente (12) de gases de escape en una dirección axial (10) desde el lado (13) de entrada de los gases hasta el lado (14) de salida de los gases; - por lo menos una capa de filtro en forma de cinta (1), que se extiende a lo largo de la dirección axial (10), con una zona de filtración (2) a base de un material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido, para la separación por filtración de partículas a partir del gas de escape, y con una zona de contacto (3) que tiene un revestimiento activo catalíticamente para la conversión química de componentes gaseosos del gas de escape, caracterizado porque la zona de contacto (3) tiene una lámina metálica (4) con un revestimiento activo catalíticamente y la lámina metálica (4) está dispuesta en dirección axial (10) corriente arriba de la zona de filtración (2) y la lámina metálica (4) y la zona de filtración (2) se superponen en una zona de unión (5), siendo la zona de unión (5) en la dirección axial (10) más pequeña que la zona de contacto (3).

Description

Filtro para gases de escape y procedimiento para la purificación de un gas de escape.

El invento se refiere a un filtro para gases de escape, destinado a la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, constituido a base de por lo menos una capa de filtro en forma de cinta, así como a un procedimiento para la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna.

A causa, entre otras cosas, del consumo relativamente bajo de combustible, aumentan en muchos países las cifras de ventas de vehículos automóviles con motores Diésel. Frente a los vehículos automóviles propulsados por gasolina, los vehículos con motores Diésel presentan una emisión manifiestamente reducida de dióxido de carbono, pero la proporción de las partículas de hollín generadas al realizar la combustión interna en este motor Diésel está situada manifiestamente por encima de la de un motor de gasolina. En numerosos países, los vehículos automóviles deben de cumplir unas normas para gases de escape, en las cuales se establecen unos límites máximos para la concentración de ciertos componentes individuales en el gas de escape del vehículo automóvil, que es emitido al medio ambiente.

Si se considera ahora la purificación de gases de escape, en particular de motores Diésel, se pueden oxidar de una manera conocida en el gas de escape unos hidrocarburos (HC) así como también monóxido de carbono (CO), mediante el recurso de que se ponen en contacto éstos por ejemplo con una superficie activa catalíticamente. La reducción de óxidos de nitrógeno (NO_{x}) en condiciones ricas en oxígeno es sin embargo más difícil. Un catalizador de tres vías, tal como el que se emplea por ejemplo en el caso de motores Otto, no aporta la efectividad deseada. Por este motivo se desarrolló el procedimiento de la reducción catalítica selectiva (Selective Catalytic Reduction, con el acrónimo SCR). Además, se probaron unos agentes adsorbentes con NO_{x} en cuanto a su empleo en relación con la reducción de óxidos de nitrógeno del gas de escape.

Además, para la reducción de las emisiones de partículas en el gas de escape, en particular de máquinas y motores Diésel, se conocen unas trampas de partículas, que están constituidas a base de un substrato cerámico. Éstas tienen unos canales, de manera tal que el gas de escape que se ha de purificar puede afluir en la trampa de partículas. Los canales contiguos son cerrados alternativamente, de manera tal que el gas de escape entra en el canal por el lado de entrada, pasa a través de la pared cerámica y se escapa nuevo a través del canal contiguo por el lado de salida. Tales trampas de partículas son conocidas como filtros cerrados de partículas. Ellas alcanzan una efectividad de aproximadamente un 95% a lo largo de toda la anchura de los tamaños de partículas que aparecen.

Un problema lo constituye la regeneración segura del filtro en el sistema de gases de escape de un automóvil. La regeneración de la trampa de partículas es necesaria, puesto que la acumulación creciente de trozos de partículas en la pared de canal que se ha de atravesar tiene como consecuencia una pérdida de presión constantemente creciente, que tiene repercusiones negativas sobre la potencia del motor. La regeneración comprende en lo esencial el calentamiento durante un breve período de tiempo de la trampa de partículas o respectivamente de las partículas allí acumuladas, de manera tal que las partículas de hollín se convierten químicamente en componentes gaseosos. Esta solicitación térmica de la trampa de partículas tiene no obstante unas repercusiones negativas sobre la duración de vida útil.

Con el fin de evitar esta regeneración discontinua y que favorece térmicamente el desgaste, se desarrolló un sistema para la regeneración continua de filtros (Continous Regeneration Trap, CR1. En uno de tales sistemas, las partículas son hechas reaccionar químicamente a unas temperaturas ya situadas por encima de 200ºC mediante oxidación con NO_{2}. Este límite de temperaturas está situado manifiestamente más bajo que en el caso de las clásicas trampas de partículas. El NO_{2} necesario para esto es generado frecuentemente mediante un catalizador de oxidación, que está dispuesto corriente arriba de la trampa de partículas. En este caso se plantea sin embargo, precisamente en relación con el uso de vehículos automóviles con un combustible Diésel (gasóleo), el problema de que existe en el gas de escape solamente una insuficiente proporción de monóxido de nitrógeno (NO), que se puede convertir químicamente en el deseado dióxido de nitrógeno (NO_{2}). Como consecuencia de esto, hasta ahora no se puede asegurar que se efectúe una regeneración continua de la trampa de partículas en el sistema de gases de escape.

Adicionalmente a una temperatura mínima de reacción y a una duración específica de permanencia, para la regeneración continua de partículas con NO_{2} se debe poner a disposición suficiente cantidad de óxido de nitrógeno. Unos ensayos en lo que se refiere a la emisión dinámica de NO y de partículas han mostrado con claridad que las partículas son emitidas precisamente cuando no está presente en el gas de escape nada o solamente una muy pequeña cantidad de NO y a la inversa. Por consiguiente, un filtro con una regeneración continua real debe de funcionar en lo esencial como elemento compensador o almacenador, con el fin de garantizar que los dos partícipes en la reacción en un momento dado en el que se da, entre otras, la temperatura mínima de reacción, estén presentes en el filtro en las cantidades necesarias. Además, el filtro ha de ser dispuesto lo más cerca que sea posible del motor de combustión interna con el fin de poder adoptar ya inmediatamente después del arranque en frío unas temperaturas lo más altas que sean posibles. Para la puesta a disposición del NO_{2} necesario ha de conectarse delante del filtro un catalizador de oxidación, que haga reaccionar el monóxido de carbono y los hidrocarburos y en particular convierta también al monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno.

El material de filtración solicitable térmicamente en alto grado, que es necesario para esto, es conocido a partir de la solicitud de patente alemana DE 101 53 283. todavía no publicada con anterioridad. En este documento se describe un sistema de filtro que se puede designar en lo esencial como "sistema abierto de filtro". En el caso de uno de tales sistemas abiertos, se prescinde de un cierre constructivo alternativo de los canales del filtro. Las paredes de los canales se componen por lo menos parcialmente de un material poroso o altamente poroso, los canales de circulación del filtro abierto tienen unas estructuras de desviación o de dirección, que dirigen al gas de escape, con las partículas contenidas en él, hacia las zonas constituidas a base de un material poroso o altamente poroso. Un filtro de partículas es designado como abierto en el caso de que él pueda ser atravesado totalmente de modo fundamental por unas partículas, y ciertamente también por unas partículas, que son de tamaño considerablemente mayor que las partículas que propiamente se han de separar por filtración. De esta manera, uno de tales filtros no puede obstruirse ni siquiera en el caso de una aglomeración de partículas durante el funcionamiento. Un apropiado procedimiento para la medición del estado abierto de un filtro de partículas es por ejemplo la comprobación de hasta qué diámetro unas partículas de forma esférica pueden correr todavía a través de tales filtros. En los presentes casos de aplicación, un filtro es abierto en particular cuando pueden correr todavía a su través unas esferas con un diámetro mayor o igual que 0,1 mm, preferiblemente unas esferas con un diámetro situado por encima de 0,2 mm.

El filtro abierto de partículas, que se describe en este documento, presenta sin embargo el problema de que, condicionado por el catalizador de oxidación forzosamente necesario, que debe estar conectado delante de la trampa de partículas en la dirección de circulación, el comportamiento de arranque en frío de la trampa de partículas es relativamente lento, es decir que mediante el catalizador de oxidación que primeramente ha de ser calentado, situado delante de la trampa de partículas, esta última es calentada solo con relativa lentitud.

El documento de solicitud de patente europea EP A1 0798452 divulga un filtro de partículas destinado a su utilización en un motor Diésel, teniendo éste varios filtros planos en número par y varias chapas onduladas en número par, estando estratificados los filtros planos y las chapas onduladas alternativamente unos sobre otros y estando enrollados de esta manera en forma de espiral. Los filtros planos se componen en este caso de un material no entretejido, estable frente al calor, poroso y revestido catalíticamente. Los canales así constituidos son cerrados de manera alternativa, al estar unos filtros contiguos doblados en común y soldados unos con otros. El filtro de partículas es sin embargo planteador de problemas en la producción y tiene una pérdida de presión relativamente alta.

Partiendo de estos hechos, una misión del invento es la de poner a disposición un filtro para gases de escape destinado a la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, así como un procedimiento para la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, que tenga un comportamiento rápido de arranque en frío y que cumpla la condición de una regeneración continua.

El problema planteado por esta misión se resuelve mediante un filtro para gases de escape de acuerdo con la reivindicación 1 y un procedimiento para la purificación de un gas de escape de acuerdo con la reivindicación 13. Unos perfeccionamientos y unas formas de realización ventajosos/as son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Un filtro para gases de escape conforme al invento, destinado a la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, está constituido a base de por lo menos una capa de filtro en forma de cinta con por lo menos una zona de filtración constituida a base de un material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido y de una lámina metálica. La capa de filtro tiene por lo menos una zona de contacto con un revestimiento activo catalíticamente para la conversión química de componentes gaseosos del gas de escape y una zona de filtración destinada a separar por filtración partículas desde el gas de escape.

Es decir, la zona de contacto de la capa de filtro permite una conversión por oxidación de los componentes gaseosos del gas de escape, siendo convertidos químicamente sobre todo el monóxido de carbono y los hidrocarburos y en particular también el monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno. Por consiguiente, la zona de contacto procura que a partir de alcanzarse la temperatura de funcionamiento esté presente tanta cantidad de NO_{2} en el gas de escape que atraviesa la zona de filtración, que el filtro de gases de escape pueda ser hecho funcionar en un funcionamiento continuo de regeneración en lo que se refiere a las partículas separadas por filtración, de manera tal que se pueda prescindir de la constitución de un catalizador de oxidación situado corriente arriba para la puesta a disposición del necesario NO_{2}. Como consecuencia, es posible un montaje cercano al motor del filtro para gases de escape. Esto condiciona un rápido calentamiento del filtro para gases de escape propiamente dicho y por consiguiente un comportamiento de arranque en frío manifiestamente mejorado en comparación con el sistema de filtro abierto con un catalizador de oxidación conectado delante de él, que se conoce a partir del estado de la técnica.

Es especialmente ventajoso en este contexto el hecho de que la zona de contacto puede ser constituida en unas zonas, en las cuales la capa de filtro está unida con unas capas de chapa eventualmente contiguas o también con un tubo de envoltura que rodea al filtro para gases de escape. La constitución de una tal unión según una técnica de ensamble se efectúa con frecuencia mediante soldadura sin aporte, pero también son posibles una soldadura con aporte u otros procedimientos técnicos de ensamble. Si la capa de filtro está constituida a base de un material que es atravesable por lo menos parcialmente por un fluido, la constitución de esta unión con otras capas de chapa y/o con el tubo de envoltura conduce en un caso regular a que en esta zona la capa de filtro ya no pueda ser atravesada o pueda ser atravesada por un fluido en un grado muy pequeño, puesto que por ejemplo en el caso de la soldadura sin aporte, el material es totalmente empapado con el material de soldadura, de manera tal que aquí ya no se puede efectuar ya ninguna recogida de partículas. Por consiguiente, estas zonas contribuyen solamente en grado disminuido a la efectividad del filtro para gases de escape. Por lo tanto, es ventajoso en constituir en estas zonas las zonas de contacto, puesto que de esta manera, a igualdad de constitución, no es disminuida esencialmente la efectividad del filtro para la filtración de partículas a partir del gas de escape, pero se puede evitar la incorporación de un catalizador de oxidación por separado. La zona de contacto consiste por lo menos parcialmente en una lámina metálica. La constitución de la zona de contacto por lo menos parcialmente a base de una lámina metálica permite de una manera ventajosa un revestimiento sencillo de la zona de contacto, puesto que una lámina metálica puede ser revestida de manera conocida con un material activo catalíticamente, por ejemplo en forma de un denominado recubrimiento sellador (en inglés "Washcoat"), en el que se pueden incorporar las sustancias activas catalíticamente, por ejemplo unos metales nobles, tales como platino o rodio. Conforme al invento, es también posible utilizar unas láminas ya revestidas para la constitución de la zona de
contacto.

El filtro para gases de escape tiene una dirección de circulación principal, en la cual él es atravesado por el gas de escape. La zona de contacto está constituida corriente arriba de la zona de filtración en la dirección de circulación principal. Esto permite de una manera ventajosa la constitución de la zona de contacto precisamente también en la zona de borde por el lado de la entrada de los gases, que regularmente se utiliza para constitución de una unión de las diferentes capas de filtro y/o capas metálicas unas con otras y/o con el cuerpo de envoltura. Por consiguiente, en esta zona se presenta por así decir solamente una disminuida efectividad del filtro, puesto que, según sea el tipo de la unión técnica de ensamble constituida se llega a un empapamiento del material atravesable por un fluido, por ejemplo, con un material de soldadura y/o con un aditivo de soldadura y/o se llega a una compresión de esta zona. Además, una tal constitución del filtro para gases de escape conforme al invento tiene la ventaja de que la zona que contribuye a la efectividad del proceso de filtración de partículas, es decir la zona de filtración situada corriente abajo, se pone a disposición muy rápidamente una cantidad suficientemente grande de dióxido de nitrógeno, de manera tal que la zona de filtración se puede hacer funcionar muy rápidamente en la modalidad CRT también después de un arranque en frío, la lámina metálica y la zona de filtración se superponen en una zona de unión. En ésta está realizada una unión técnica de ensamble entre la lámina metálica, es decir la zona de contacto, y la zona de filtración. Esta zona de unión puede ser producida por ejemplo mediante remachado, soldadura sin aporte o soldadura con aporte, o mediante una combinación de por lo menos dos de estos procedimientos, siendo la zona de unión más pequeña en dirección axial que la zona de contacto, véase también la Fig. 1.

De acuerdo con una forma de realización preferida, la lámina metálica está microestructurada en relieve. Una lámina metálica microestructurada en relieve conduce, en el caso de una correspondiente forma de realización de las estructuras, a que la circulación en el canal de circulación sea más turbulenta y no se formen ningunas capas con circulación laminar, situadas por el lado de borde. Esto conduce a que una mayor proporción de la corriente gaseosa es dirigida en dirección de las zonas de material que son atravesables por lo menos parcialmente por un fluido. En total se mejora de esta manera de un modo ventajoso la efectividad del filtro. Además, según sea la relación entre el espesor de la lámina metálica y el espesor del material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido, se puede usar una microestructuración en relieve de la lámina metálica para la compensación de espesores entre la zona de contacto y la zona de filtración. Además, la microondulación de la lámina metálica permite un área de la superficie de reacción aumentada manifiestamente para la conversión química del por lo menos un componente gaseoso del gas de
escape.

De acuerdo con una variante del filtro para gases de escape, que no es conforme al invento, la zona de contacto puede componerse por lo menos parcialmente a base del material que es atravesable por un fluido. Esto permite de manera ventajosa la producción sencilla del filtro para gases de escape, puesto que de esta manera, por ejemplo, toda la capa de filtro consiste solamente a base del material atravesable por un fluido y éste puede ser revestido o respectivamente impregnado solamente en la zona de contacto con el material activo catalíticamente.

De acuerdo con otra forma ventajosa adicional del filtro para gases de escape, la zona de contacto está constituida en la zona frontal del filtro para gases de escape situada por el lado de entrada de los gases, de manera preferida en una zona longitudinal de menos que 20% de la longitud axial del filtro para gases de escape, de manera especialmente preferida en una zona longitudinal de menos que 10% de la longitud axial del filtro para gases de escape. Esto hace posible de una manera ventajosa la puesta a disposición de una cantidad suficientemente grande de dióxido de carbono para el funcionamiento según CRT de la zona de filtración junto con un efecto solamente pequeño sobre la efectividad de filtración de la zona de filtración. Además, la constitución de la zona de contacto junto al lado de entrada de los gases conduce a una protección contra la extracción por soplado, mediante la cual las zonas de borde situadas por el lado de entrada de los gases, cargadas fuertemente por los impulsos de gases de escape de las capas de filtro y/o de chapa, se protegen frente a una separación de franjas, de manera tal que se aumenta la duración de vida útil del filtro para gases de escape.

De acuerdo con una ventajosa forma de realización del filtro para gases de escape, el filtro para gases de escape está constituido mediante unas capas entrelazadas unas con otras, que por lo menos parcialmente son capas de filtro. Otras capas pueden ser por ejemplo unas capas de chapa, que pueden estar realizadas de modo estructurado en relieve o en lo esencial de modo liso. Es especialmente ventajoso en este contexto el hecho de que el filtro para gases de escape esté constituido por unas capas de chapa esencialmente lisas y unas capas de filtro estructuradas en relieve o también por unas capas de filtro esencialmente lisas y unas capas de chapa estructuradas en relieve. Tal constitución permite por ejemplo construir el filtro para gases de escape como un cuerpo alveolar a base de capas lisas y de capas estructuradas en relieve. La decisión acerca de si se han de escoger unas capas de filtro estructuradas en relieve y unas capas de chapa lisas o unas capas de chapa estructuradas en relieve y unas capas de filtro lisas, es dependiente de los requisitos con los que se haya de encontrar en el filtro para gases de escape.

De acuerdo con otra ventajosa forma de realización del filtro para gases de escape, la lámina metálica y el material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido se unen entre sí por una técnica de ensamble. Es especialmente preferido en este contexto el hecho de que la lámina metálica y el material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido se suelden con aporte, se suelden sin aporte y/o se remachen, preferiblemente se suelden con aporte y/o se suelden sin aporte, de manera especialmente preferida se suelden sin aporte. Esto permite de manera ventajosa una unión estable entre la lámina metálica y el material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido, que repercute de una manera positiva sobre la estabilidad de la capa de filtro. Es especialmente ventajoso en este contexto que la lámina metálica esté constituida como zona de contacto corriente arriba de la zona de filtración en la zona del lado de entrada de los gases del filtro para gases de escape. Entonces la lámina metálica sirve al mismo tiempo como protección contra la extracción por soplado en esta zona parcial del filtro para gases de escape, que está cargada fuertemente por los impulsos de gases de escape del motor de combustión interna y las solicitaciones térmicas variables. El efecto de estos impulsos de gases de escape es reforzado todavía más, cuando se presenta un montaje especialmente cercano al motor.

De acuerdo con una forma de realización ventajosa del filtro para gases de escape, el material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido está constituido a base de fibras metálicas. Esto es ventajoso, puesto que un tal material atravesable por un fluido es muy estable frente al calor y por consiguiente puede ser sometido a las cargas térmicas variables en el sistema de gases de escape de un vehículo automóvil, junto con una duración de vida útil relativamente larga. Es especialmente ventajoso que el material atravesable por un fluido sea constituido por sinterización a partir de fibras metálicas.

De acuerdo con un aspecto adicional de la idea del invento se propone un procedimiento para la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, que se lleva a cabo en particular en un filtro para gases de escape conforme al invento. De acuerdo con el procedimiento conforme al invento, en un cuerpo alveolar se efectúan tanto una conversión química de los componentes gaseosos del gas de escape como también una separación por filtración de partículas desde el gas de escape.

De acuerdo con una ventajosa forma de realización del procedimiento, la conversión química de los componentes gaseosos del gas de escape se efectúa en relación con una dirección de circulación principal del filtro para gases de escape corriente arriba de la separación por filtración de partículas. Esto permite de una manera ventajosa la puesta a disposición de dióxido de nitrógeno, que se necesita para el funcionamiento según la modalidad GRT de la zona de filtración del filtro para gases de escape. Por consiguiente, es posible de una manera ventajosa prescindir de un catalizador de oxidación situado por separado delante del filtro para gases de escape. Esto permite un montaje del filtro para gases de escape más cercano al motor, el cual de esta manera tiene un comportamiento de arranque en frío mejorado en comparación con el de los sistemas de filtros abiertos que se conocen a partir del estado de la
técnica.

De acuerdo con una forma de realización ventajosa del procedimiento, la conversión química de las partículas gaseosas es catalizada por al menos un catalizador, preferiblemente por un catalizador de metal noble. Esto permite de una manera ventajosa la disminución de las temperaturas de funcionamiento del filtro para gases de escape.

El invento es explicado ahora con ayuda de las Figuras, éstas muestran unas formas de realización especialmente ventajosas y especialmente preferidas del filtro para gases de escape conforme al invento o del procedimiento conforme al invento. El invento, sin embargo, no está limitado a los ejemplos de realización que se representan en las Figuras.

En éstas,

la Fig. 1 muestra un primer ejemplo de realización de una capa de filtro de un filtro para gases de escape conforme al invento en sección longitudinal;

la Fig. 2 muestra una capa de filtro que no es de acuerdo con el invento, a base de un material poroso en sección longitudinal;

la Fig. 3 muestra un ejemplo de realización de una capa de filtro de un filtro para gases de escape conforme al invento en una representación en perspectiva; y

la Fig. 4 muestra un filtro para gases de escape conforme al invento.

La Fig. 1 muestra un primer ejemplo de realización de una capa de filtro 1, que sirve para la constitución de un filtro para gases de escape conforme al invento.

La capa de filtro 1 tiene una zona de filtración 2 y una zona de contacto 3. La zona de filtración 2 está constituida por lo menos parcialmente por un metal atravesable por un fluido. La zona de filtración 2 consiste por lo tanto en un material poroso o incluso altamente poroso. Se prefiere aquí la constitución a base de fibras metálicas, de manera especialmente preferida a base de fibras metálicas sinterizadas. La zona de filtración 2 tiene una estabilidad térmica alta. En este ejemplo de realización de una capa de filtro 1 la zona de contacto 3 está constituida como lámina metálica 4, la zona de contacto 3 está revestida con un material activo catalíticamente.

De manera especialmente preferida, en este caso el revestimiento es incorporado en los catalizadores de metales nobles en forma de un recubrimiento de sellado. En la zona de contacto 3 se llega a la conversión química por lo menos parcial de por lo menos un componente gaseoso de un gas de escape, que debe ser purificado en el filtro para gases de escape. En el caso de las reacciones del o de los componente(s) gaseoso(s), que son catalizadas por el revestimiento activo catalíticamente, se trata en cualquier caso de la conversión química de NO en NO_{2}, además es posible conforme al invento convertir químicamente también unos hidrocarburos, que llegan sin quemar al filtro para gases de escape, así como monóxido de carbono.

La zona de filtración 2 es atravesable por lo menos parcialmente por un fluido. En esta zona de filtración 2 se llega a la separación por filtración de las partículas que se encuentran en el gas de escape. Éstas aparecen de modo acrecentado precisamente en el gas de escape de motores Diésel. En el caso de la constitución de un filtro para gases de escape por lo menos parcialmente a base de capas de filtro 1 se llega mediante intercepción y/o impacto de las partículas junto a y/o dentro de la zona de filtración porosa 2 a una adhesión de por lo menos una parte de las partículas que se encuentran en el gas de escape. Para la presentación de este efecto tienen importancia las diferencias de presiones en el perfil de circulación del gas de escape circulante. Mediante una microestructuración en relieve en la lámina metálica 4 así como en capas de chapa contiguas, que no se muestran en la Fig. 1, se puede aumentar todavía más este efecto, puesto que resultan adicionalmente unas condiciones locales de depresión o de sobrepresión. Éstas aumentan el efecto de filtración a través de la pared porosa.

La lámina metálica 4 y la zona de filtración 2 se superponen en una zona de unión 5. En ésta se realiza una unión técnica de ensamble entre la lámina metálica 4, es decir la zona de contacto 3, y la zona de filtración 2. Esta zona de unión 5 puede ser producida por ejemplo por remachado, soldadura sin aporte o soldadura con aporte o mediante una combinación de por lo menos dos de estos procedimientos. En el caso de la soldadura sin aporte son posibles diferentes procedimientos de soldadura sin aporte, en los cuales el material de soldadura es aplicado en forma de un polvo o de una lámina de este material de soldadura. Además, es posible conforme al invento que la lámina metálica 4 tenga unas microestructuras en relieve, preferiblemente unas microondulaciones. Éstas pueden servir por una parte para faevitación de circulaciones estratificadas en la zona de borde, y por otra parte es posible de esta manera, sin embargo, compensar de una manera ventajosa una diferencia de alturas entre la zona de filtración 2 y la zona de contacto 3 y de esta manera simplificar la constitución del filtro para gases de escape. Esta zona puede componerse de una lámina especialmente delgada, p.ej. con un espesor de 15 a 30 \mum y/o puede tener unos orificios, con el fin de mantener pequeña la capacidad térmica, lo cual mejora el comportamiento de arranque en frío.

Además es posible también, de manera ventajosa, densificar la zona de unión 5. Esto puede efectuarse mediante prensado, laminación o también en el marco de un procedimiento de soldadura, tal como por ejemplo en un procedimiento de soldadura por costura rodante.

La Fig. 2 muestra un ejemplo de realización, que no pertenece al invento, de una capa de filtro 1 destinada a la constitución de un filtro para gases de escape. También esta capa de filtro 1 tiene una zona de filtración 2 y una zona de contacto 3. La zona de contacto 3, diferenciándose del ejemplo de realización mostrado en la Fig. 1, está constituida, sin embargo, también a base de un material poroso, que había sido revestido o respectivamente impregnado con un material activo catalíticamente. Es especialmente ventajosa en este contexto la impregnación de la zona de contacto 3 con un recubrimiento de sellado, que contiene catalizadores de metales nobles. Ventajosamente, es posible tratar previamente la zona de contacto 3, con el fin de reducir la cantidad necesaria del revestimiento o respectivamente del recubrimiento de sellado. Aquí es posible ventajosamente realizar una impregnación previa con un material de soldadura, que es absorbido por el material poroso o respectivamente muy poroso de la zona de contacto 3. Además, la zona de contacto 2 puede ser tratada previamente mediante una compresión, por ejemplo mediante prensado o laminación, con el fin de reducir la cantidad del recubrimiento de sellado absorbido.

Los ejemplos de realización mostrados en las Figs. 1 y 2 de una capa de filtro 1 están representados a modo de ejemplo en forma lisa. Sin embargo, la capa de filtro 1 puede también estar estructurada en relieve, de manera preferida ondulada. Es posible conforme al invento combinar unas capas de filtro lisas 1 con unas capas onduladas, no representadas aquí, para dar un filtro para gases de escape. Esto puede efectuarse, por ejemplo, mediante la constitución de un cuerpo alveolar en y de por sí conocido, por ejemplo en una forma de espiral, S, SM u otra forma distinta. Exactamente igual de bien es también posible sin embargo la constitución del filtro para gases de escape por ejemplo en forma de un cuerpo alveolar, combinando una capa de filtro 1 estructurada en relieve con otras capas lisas.

La Fig. 3 muestra un ejemplo de realización de una capa de filtro 1 estructurada en relieve, concretamente ondulada. Esta capa de filtro 1 tiene una primera zona de contacto 6, una segunda zona de contacto 7, una primera zona de filtración 8 y una segunda zona de filtración 9. En las dos zonas de contacto 6,7 se efectúa la conversión química de por lo menos una parte de los componentes gaseosos del gas de escape. De manera preferida, en estas zonas se efectúa la conversión química de NO en NO_{2}. Con el NO_{2} resultante en este modo es posible hacer funcionar el filtro para gases de escape conforme al invento en la modalidad CRT. Mediante la constitución de varias zonas de contacto 6, 7 se efectúa en promedio una distribución más uniforme del contenido de NO_{2} en dirección axial 10, puesto que aquí no solamente aparece un máximo absoluto del contenido de NO_{2} al final de la zona de contacto 6 sino que aparecen dos máximos locales en cada caso al final de la primera zona de contacto 6 y de la segunda zona de contacto 7. También es posible conforme al invento la constitución de varias zonas de contacto y de filtración.

La Fig. 4 muestra un filtro 11 para gases de escape conforme al invento. Éste es atravesado en dirección axial por una corriente 12 de gas de escape, la corriente 12 de gas de escape circula a través del lado 13 de entrada de los gases en el filtro 11 para gases de escape y abandona a éste a través del lado 14 de salida de los gases. El filtro 11 para gases de escape está constituido como un cuerpo alveolar. Como se muestra en la pequeña zona detallada, el filtro 11 para gases de escape está constituido a base de capas lisas 15 y de capas estructuradas en relieve 16, que se alternan entre sí y están entrelazadas en forma de S. Exactamente igual de bien, sería posible conforme al invento combinar unas capas lisas 15 y unas capas estructuradas en relieve 16 de otra manera distinta, por ejemplo bobinar a éstas en forma de espiral o en forma de SM o también en cualesquiera otras formas. Las capas lisas 15 y las capas estructuradas en relieve 16 forman unos canales 19, que son atravesables por un fluido, por ejemplo por la corriente 12 de gases de escape.

Es posible conforme al invento utilizar como capas de filtro 1 unas capas lisas y como capas estructuradas en relieve 16 unas capas de chapa, pero exactamente igual de bien es posible también utilizar como capas estructuradas en relieve 16 unas capas de filtro 1 y como capas lisas 15 unas capas de chapa. También es posible conforme al invento la utilización por lo menos parcial de capas de filtro 1 tanto en forma de capas de filtro lisas 15 como también en forma de capas estructuradas en relieve 16.

Junto al lado 13 de entrada de los gases, el filtro 11 para gases de escape tiene una zona de contacto 3, en la cual se efectúa la conversión química de por lo menos una parte de por lo menos un componente gaseoso de la corriente 12 de gases de escape. De manera preferida, en la zona de contacto 3 se efectúa la conversión química de óxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno, es decir de NO en NO_{2}, de manera tal que mediante las conversiones químicas en la zona de contacto se genera la proporción de NO_{2} que es necesaria para el funcionamiento en la modalidad CRT. De manera preferida, por lo menos en la zona de contacto 3 se efectúa también la sujeción de las capas lisas 15 junto a las capas onduladas 16 y/o junto al tubo de envoltura no mostrado explícitamente, que rodea a los cuerpos alveolares. Mediante la constitución de la zona de contacto en forma de láminas metálicas, que son unidas con la zona de filtración 2, se establece junto al lado 13 de entrada de los gases además una protección contra la extracción por soplado, puesto que especialmente el lado de entrada de los gases sin protección contra la extracción por soplado está sometido a un envejecimiento acrecentado, puesto que mediante los gases de escape de la corriente 12 de gases de escape, que incide en forma de impulsos, se ejerce una carga especialmente grande sobre las capas 15, 16.

En comparación con la longitud axial 17 del filtro 11 para gases de escape, la extensión longitudinal 18 de la zona de contacto 3 es escogida manifiestamente más pequeña. De manera preferida, la extensión longitudinal 18 de la zona de contacto 3 asciende a menos de un 20%, de manera especialmente preferida a menos de un 10% de la longitud axial 17 del filtro 11 para gases de escape. Por consiguiente, de una manera ventajosa, es posible, mediante constitución de la zona de contacto 3 en la zona del lado 13 de entrada de los gases, poner a disposición para la zona de filtración 2 una suficiente cantidad de NO_{2} para el funcionamiento en la modalidad de CRT. Por consiguiente, sin la constitución de un catalizador adicional corriente arriba del filtro 11 para gases de escape, puede efectuarse un montaje cercano al motor del filtro 11 para gases de escape, que establece un muy buen comportamiento de arranque en frío del filtro 11 para gases de escape. Además, de esta manera se pueden ahorrar costos de producción, puesto que no ha de constituirse ningún catalizador de oxidación por separado corriente arriba del filtro 11 para gases de escape.

Lista de signos de referencia

1: capa de filtro

2: zona de filtración

3: zona de contacto

4: lámina metálica

5: zona de unión

6: primera zona de contacto

7: segunda zona de contacto

8: primera zona de filtración

9: segunda zona de filtración

10: dirección axial

11: filtro para gases de escape

12: corriente de gases de escape

13: lado de entrada de los gases

14: lado de salida de los gases

15: capa lisa

16: capa estructurada en relieve

17: longitud axial

18: extensión longitudinal

19: canal.

Claims

1. Filtro (11) para gases de escape, destinado a la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, que tiene

-: un lado (13) de entrada de los gases y un lado (14) de salida de los gases, circulando una corriente (12) de gases de escape en una dirección axial (10) desde el lado (13) de entrada de los gases hasta el lado (14) de salida de los gases;

-: por lo menos una capa de filtro en forma de cinta (1), que se extiende a lo largo de la dirección axial (10), con una zona de filtración (2) a base de un material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido, para la separación por filtración de partículas a partir del gas de escape, y con una zona de contacto (3) que tiene un revestimiento activo catalíticamente para la conversión química de componentes gaseosos del gas de escape,

caracterizado porque la zona de contacto (3) tiene una lámina metálica (4) con un revestimiento activo catalíticamente y la lámina metálica (4) está dispuesta en dirección axial (10) corriente arriba de la zona de filtración (2) y la lámina metálica (4) y la zona de filtración (2) se superponen en una zona de unión (5), siendo la zona de unión (5) en la dirección axial (10) más pequeña que la zona de contacto (3).

2. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la lámina metálica (4) está microestructurada en relieve.

3. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la zona de contacto (3) se compone por lo menos parcialmente a base de un material atravesable por un fluido.

4. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque el filtro (11) para gases de escape tiene una dirección de circulación principal, en la que éste es atravesado por el gas de escape, y porque la zona de contacto (3) está constituida corriente arriba en la dirección de circulación principal de la zona de filtración (2).

5. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la zona de contacto (3) está constituida en la zona frontal (14) situada en el lado de entrada de los gases del filtro (11) para gases de escape, de manera preferida en una zona longitudinal de menos que 20% de la longitud axial (17) del filtro (11) para gases de escape, de manera especialmente preferida en una zona longitudinal de menos que 10% de la longitud axial (17) del filtro (11) para gases de escape.

6. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque el filtro (11) para gases de escape está constituido mediante unas capas (15, 16) entrelazadas unas con otras, que son por lo menos parcialmente capas de filtro (1).

7. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el filtro (11) para gases de escape está constituido a base de capas de chapa esencialmente lisas (15) y de capas de filtro estructuradas en relieve (1).

8. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el filtro (11) para gases de escape esta constituido a base de capas de filtro esencialmente lisas (1) y de capas de chapa estructuradas en relieve (16).

9. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con una de las precedentes reivindicaciones, caracterizado porque la lámina metálica (4) y el material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido se unen entre sí según una técnica de ensamble.

10. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la lámina metálica (4) y el material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido se sueldan con aporte, se sueldan sin aporte y/o se remachan, preferiblemente se sueldan con aporte y/o se sueldan sin aporte, de manera especialmente preferida se sueldan sin aporte.

11. Filtro (11) para gases de escape de acuerdo con una de las preferentes reivindicaciones, caracterizado porque el material atravesable por lo menos parcialmente por un fluido está constituido a base de fibras metálicas.

12. Procedimiento para la purificación de un gas de escape de un motor de combustión interna, en un filtro (11) para gases de escape de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque en relación con una dirección de circulación principal del filtro (11) para gases de escape la conversión química de los componentes gaseosos del gas de escape se efectúa corriente arriba de la separación por filtración de partículas.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la conversión química de las partículas gaseosas es catalizada por al menos un catalizador, preferiblemente por un catalizador de metal noble.