Aufgrund des stetig steigenden Ausmaßes des Automobilverkehrs sind in zahlreichen Staaten weltweit gesetzliche Grenzwerte erlassen worden, die die Schadstoffbelastung des Abgases von Automobilen nicht übersteigen dürfen.

Diese Grenzwerte werden regelmäßig abgesenkt, so dass ein erhöhter Aufwand bei der Umsetzung von Schadstoffen im Abgas zur Erfüllung dieser Grenzwerte betrieben werden muss. Hier hat es sich durchgesetzt, das Abgas einer katalytischen Umsetzung zu unterziehen, bei der die schädlichen Anteile des Abgases zu unschädlichen Anteilen umgesetzt werden. Eine solche katalytische Umsetzung bedarf einer möglichst großen Reaktionsoberfläche, wobei das dafür verwendete Bauteil jedoch nicht so groß werden darf, dass es den in einem Automobil üblicherweise zur Verfügung stehenden Raum sprengt. Die Lösung hierfür bieten Wabenkörper als Katalysatorträgerkörper. Wabenkörper weisen für das Abgas be-oder durchströmbare Hohlräume auf, beispielsweise Kanäle. Durch die Ausbildung von die Hohlräume trennende Wänden, die mit einer einen Katalysator, beispielsweise einen Edelmetallkatalysator, enthaltenden Schicht, z.

B. einer Washcoat-Schicht, versehen werden können, kann eine große Reaktionsoberfläche für die katalytische Umsetzung bereitgestellt werden.

Solche Wabenkörper oder auch katalytische Konverter können beispielsweise aus keramischen Werkstoffen, aus metallischen Lagen oder als extrudiertes Bauteil aufgebaut werden. Man unterscheidet vor allem zwei typische Bauformen für metallische Wabenkörper. Eine frühe Bauform, für die die DE 29 02 779 AI typische Beispiele zeigt, ist die spiralige Bauform, bei der im wesentlichen eine

glatte und eine gewellte Blechlage aufeinandergelegt und spiralförmig aufgewickelt werden. Bei einer anderen Bauform wird der Wabenkörper aus einer Vielzahl von abwechselnd angeordneten glatten und gewellten oder unterschiedlich gewellten Blechlagen aufgebaut, wobei die Blechlagen zunächst einen oder mehrere Stapel bilden, die miteinander verschlungen werden. Dabei kommen die Enden aller Blechlagen außen zu liegen und können mit einem Gehäuse oder Mantelrohr verbunden werden, wodurch zahlreiche Verbindungen entstehen, die die Haltbarkeit des Wabenkörpers erhöhen. Typische Beispiele dieser Bauformen sind in der EP 0 245 737 B 1 oder der WO 90/03220 beschrieben. Auch seit langem bekannt ist es, die Blechlagen mit zusätzlichen Strukturen auszustatten, um die Strömung zu beeinflussen und/oder eine Quervermischung zwischen den einzelnen Strömungskanälen zu erreichen.

Typische Beispiele für solche Ausgestaltungen sind die WO 91/01178, die WO 91/01807 und die WO 90/08249. Schließlich gibt es auch Wabenkörper in konischer Bauform, gegebenenfalls auch mit weiteren zusätzlichen Strukturen zur Strömungsbeeinflussung. Ein solcher Wabenkörper ist beispielsweise in der WO 97/49905 beschrieben. Darüber hinaus ist es auch bekannt, in einem Wabenkörper eine Aussparung für einen Sensor freizulassen, insbesondere zur Unterbringung einer Lambdasonde. Ein Beispiel dafür ist in der DE 88 16 154 Ul beschrieben.

Weiterhin sind Wabenkörper bekannt, die eine Strömung eines Fluids in radialer Richtung von innen nach außen ermöglichen. Ein Beispiel hierfür ist in der WO 96/09893 beschrieben, der aus aneinanderliegenden Scheiben gebildet ist, die eine Makrostruktur aufweisen, die von einem Zentralkanal bogenförmig nach außen laufende Kanäle bildet. Eine weiter Möglichkeit zum Aufbau von Wabenkörper, die radial von innen nach außen durchströmt werden, ist in der WO 98/57050 beschrieben.

Um eine möglichst hohe Umsetzungsrate, sowie ein schnelles Anspringen der katalytischen Umsetzung zu erreichen, ist es vorteilhaft, den Wabenkörper mit möglichst heißem Abgas zu beschicken, da dieser so beim Kaltstart relativ schnell seine Anspringtemperatur, ab der die katalytische Umsetzung abläuft, erreicht.

Dies lässt sich durch einen möglichst motornahen Einbau des katalytischen Konverters erreichen. Oftmals sind jedoch die zur Verfügung stehenden Räume zur Ausbildung eines katalytischen Konverters gerade im motornahen Bereich nur sehr begrenzt. Andererseits bedingt der motornahe Einbau eine große thermische Belastung des katalytischen Konverters, aufgrund der entstehenden thermischen Gradienten und des stark pulsatilen Gasstroms. Von daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasnachbehandlungsanlage, sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung vorzuschlagen, bei dem die Abgasnachbehandlung kompaktausgeführt werden kann und ein schnelles Anspringverhalten gewährleistet ist, bei gleichzeitiger langer Lebensdauer der Abgasnachbehandlungsanlage.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasnachbehandlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage ist insbesondere zum motornahen Einsatz bei einer Verbrennungskraftmaschine eines Automobils geeignet und umfasst ein Gehäuse, welches einen katalytischen Konverter umgeben von mindestens einem im wesentlichen frei durchströmbaren Rückströmbereich aufweist, wobei der katalytische. Konverter (3) eine erste Stirnseite (14), eine zweite Stirnseite (16) und für ein Fluid in einer Hinströmrichtung (15) durchströmbare Hohlräume (10) umfasst, wobei weiterhin die erste Stirnseite des mindestens einen katalytischen Konverters mit mindestens einer Gaszuführleitung verbunden ist und mindestens eine Gasabführleitung im wesentlichen gasdicht mit dem mindestens einen Rückströmbereich verbunden ist und wobei mindestens ein Strömungsumlenkmittel eine Umlenkung des Fluids aus dem katalytischen Konverter in den im wesentlichen frei durchströmbaren Rückströmbereich des Gehäuses bewirkt.

Unter einem im wesentlichen frei durchströmbaren Rückströmbereich versteht man hier insbesondere, dass der Rückströmbereich nicht als Wabenstruktur ausgebildet ist, also im wesentlichen nicht in durchströmbare Kanäle oder Hohlräume unterteilt ist. Insbesondere ist es möglich und erfindungsgemäß, dass der Rückströmbereich völlig frei durchströmbar ist gegebenenfalls mit Ausnahme der Befestigungsmittel zur Befestigung des katalytischen Konverters, der beispielsweise aus einer Wabenstruktur in einem Mantelrohr besteht, im Gehäuse.

Hierbei ist der Rückströmbereich bei einem innenliegendem zylindrischen katalytischen Konverter in einem zylindrischen Gehäuse als Kreisringförmiger zylindrischer Spalt zwischen dem Mantelrohr des katalytischen Konverters und der Innenwand des Gehäuses ausgebildet. Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage hat den Vorteil, dass durch die Umlenkung der Strömungsrichtung beispielsweise Sacklöcher in der Nähe des Motors zur Aufnahme der Abgasnachbehandlungsanlage verwendet werden können, die bei katalytischen Konvertern in klassischer Bauweise-also ohne StrömungsrichtungsUmlenkung-nicht verwendet werden könnten. Da die katalytische Umsetzung im Regelfall exotherm verläuft, kommt es nach dem Starten oder Anspringen der katalytischen Umsetzung zu einer Aufheizung des Abgases. Dies bedingt bei üblichen katalytischen Konvertern starke thermische Gradienten über den katalytischen Konverter. Da bei einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage der umgesetzte Abgasstrom in seiner Strömungsrichtung umgelenkt, bei einem in axialer. Richtung durchströmbaren katalytischen Konverter invertiert, und im Rückströmbereich des Gehäuses zurückströmt, dieses Gehäuse jedoch auch den katalytischen Konverter enthält, kommt es zu einer gleichmäßigen Aufheizung des katalytischen Konverters, so dass thermische Gradienten vermieden werden und so die Lebensdauer des katalytischen Konverters erhöht wird. Weiterhin führt das Aufheizen des katalytischen Konverters mit Hilfe des heißen Abgases zu einem schnelleren Anspringen der katalytischen Umsetzung im katalytischen Konverter in der

Kaltstartphase und so zu einem deutlich beschleunigten Anspringverhalten im Vergleich zu üblichen Abgasnachbchandlungsanlagen ohne Gegenstromgehäuse.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage sind die Gaszuführleitung und die Gasabführleitung im Bereich der ersten Stirnseite des katalytischen Konverters ausgebildet.

Die Ausbildung der Gaszuführleitung und der Gasabführleitung an nur einer Seite des Gehäuses und des katalytischen Konverters erlaubt eine platzsparende Ausführung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage. Insbesondere sind die Gaszuführ-und-abführleitung nicht parallel ausgeführt, insbesondere nicht koaxial. Bei einem katalytischen Konverter, der im wesentlichen radial vom Abgas durchströmt ist, kommt es zu einer Umlenkung des Abgases beim Austreten aus dem katalytischen Konverter, während bei einem axial durchströmten Katalysator die Umlenkung des Gasstroms eine Invertierung des Gasstroms darstellt, also eine Umlenkung von im wesentlichen 180° (Grad).

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsanlage ist das Gehäuse als Krümmer ausgebildet. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsanlage ist auf die Ausbildung des Gehäuses als Sammler gerichtet. Sowohl bei einer Ausbildung des Gehäuses als Krümmer als auch als Sammler ist ein möglichst motornaher Einsatz der Abgasnachbehandlungsanlage möglich.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage ist die Gasabführleitung und/oder die Gaszuführleitung mit einem Turbolader verbunden.

Ein Turbolader dient der Aufladung, also einem Verfahren zur Leistungssteigerung eines Verbrennungsmotors, welches insbesondere in

Verbindung mit Dieselmotoren verwendet wird. Bei der Aufladung wird durch eine Arbeitsmaschine, die für den motorischen Verbrennungsprozess benötigte Luft verdichtet, so dass pro Arbeitsspiel der Verbrennungskraftmaschine eine größere Luftmasse in den Zylinder bzw. Brennraum gelangt. Der Verdichter wird hierzu beispielsweise von einem Turbolader angetrieben, der die Abgasenergie ausnutzt. Die Kopplung mit dem Motor ist dabei nicht mechanisch, sondern verläuft rein thermisch, wobei im Automobilbau hauptsächlich das Prinzip der Stauaufladung angewandt wird. Die Anordnung der Abgasnachbehandlungsanlage stromaufwärts eines derartigen Turboladers gewährleistet ein sehr schnelles Erreichen der Betriebstemperatur des in ihr enthaltenen katalytischen Konverters, da auf diese Weise eine Wärmeabfuhr des Abgases aufgrund des Kontaktes mit Bauteilen des Turboladers vermieden wird.

Besonders bevorzugt ist jedoch die Anordnung des Turboladers unmittelbar mit der Zuführleitung verbunden bzw. direkt vorgeschaltet. Bei dieser Ausgestaltung ist es besonders vorteilhaft, die Zuführleitung mit einem Konus zu versehen, der das Abgas direkt auf die erste Stirnseite des Wabenkörpers führt. Dieser Konus hat vorteilhafterweise einen Öffnungswinkel von mindestens 20°, insbesondere von mindestens 30° und besonders bevorzugt von mindestens 40°.

Vorteilhafterweise ist dem Konus gleichzeitig nur ein sehr kurzer oder gar kein rohrförmiger Zuführleitungs-Abschnitt hin zum Turbolader vorgeschaltet, sondern der Konus ist dann ggf. direkt mit dem Turbolader verbunden. Sollte jedoch ein rohrförmiger Zuführleitungs-Abschnitt. vorgesehen sein, beispielsweise um einen ausreichend großen Rückstrombereich für das Abgas mit einem kalottenförmigen Bauteil bereit zu stellen, so sollte dieser Abschnitt eine Länge von 20 mm [Millimeter] nicht überschreiten, insbesondere nicht länger sein als 10 mm oder sogar nur 8 mm. Mit einer solchen Ausgestaltung wird in besonderem Maße die vom Turbolader erzeugte Abgasströmung für eine effektive Anströmung hin zum Wabenkörper ausgenutzt. Der Turbolader generiert eine Art Drallströmung, die vorteilhafter Weise beibehalten wird und somit einen intensiven Kontakt des gleichmäßig gemischten Abgasstromes zur Folge hat.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage sind das Gehäuse und der mindestens eine katalytische Konverter konzentrisch, bevorzugt koaxial, ausgebildet. Der konzentrische oder koaxiale Aufbau von katalytischem Konverter und Gehäuse erlaubt es in vorteilhafter Weise, die Abgasnachbehandlungsanlage besonders einfach aufzubauen, insbesondere können so an sich übliche katalytische Konverter in zylindrischer Bauweise Verwendung finden. Der koaxiale Aufbau bietet in vorteilhafter Weise nur geringe Druckverluste im Rückströmbereich bei gleichzeitigem einfachen Aufbau der Abgasnachbehandlungsanlage. Weiterhin vereinfacht der konzentrische oder koaxiale Aufbau von katalytischen Konverter und Gehäuse die Ausbildung der Strömungsumlenksxnittel. Haben Gehäuse und katalytischer Konverter im wesentlichen Zylindergeometrie und wird der katalytische Konverter axial vom Abgas durchströmt, so kann in besonders einfacher Weise das Strömungsumlenkmittel durch Ausbilden eines Torus mit einem möglichst kleinen Innenradius, im Idealfall Null, ausgebildet werden. Wird der katalytische Konverter im wesentlichen radial vom Abgas durchströmt, so bildet das Gehäuse selbst das Strömungsumlenkmittel, das die Umlenkung des Abgases von radialer Strömungsrichtung in die Rückströmrichtung gewährleistet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsanlage ist der mindestens eine Rückströmbereich außerhalb des mindestens einen katalytischen Konverters ausgebildet. Das Ausbilden des Rückströmbereichs außerhalb des mindestens einen katalytischen Konverters gewährleistet in vorteilhafter Weise ein schnelles Anspringverhalten des katalytischen Konverters, eine gleichmäßige Aufheizung des katalytischen Konverters unter Verhinderung der Ausbildung von thermischen Gradienten und eine einfache bauliche Ausgestaltung sowohl des katalytischen Konverters, als auch des Gehäuses, da ein üblicher katalytischer Konverter mit einer Wabenstruktur aus Keramik oder Metall, gegebenenfalls einer extrudierten Wabenstruktur, im Inneren des Gehäuses eingesetzt werden kann. In vorteilhafter

Weise ist es möglich, den katalytischen Konverter mit Haltemitteln, beispielsweise dünnen Stegen, die radial vom katalytischen Konverter nach außen in Richtung des Gehäuses weisen, zu befestigen, ohne dass der Druckverlust im Rückströmbereich wesentlich erhöht wird. Auch andere Haltemittel sind möglich und erfindungsgemäß, insbesondere ist es auch vorteilhaft, den katalytischen Konverter nur durch die Gaszuführleitung zu fixieren.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage weisen die Hohlräume des mindestens einen katalytischen Konverters jeweils einen ersten durchströmbaren Querschnitt auf, wobei innerhalb des katalytischen Konverters ein innerer Bereich mit einem zweiten durchströmbaren Querschnitt als Rückströmbereich ausgebildet ist.

Hierbei ist der zweite durchströmbare Querschnitt deutlich größer als der erste durchströmbare Querschnitt. Dies erlaubt beispielsweise die Verwendung von hohlzylinderförmigen katalytischen Konvertern, deren Querschnitt ein Kreisring mit durchströmbaren Hohlräumen eines ersten durchströmbaren Querschnitts darstellt.

Gemäß einer weitern vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage ist der zweite durchströmbare Querschnitt des Rückströmbereichs im wesentlichen gleich groß wie die Summe der ersten durchströmbaren Querschnitte des katalytischer Konverters. Dies verhindert in vorteilhafter Weise einen Druckverlust bei der Strömungsumlenkung. Genauso ist es jedoch vorteilhaft, den zweiten durchströmbaren Querschnitt größer als die Summe der ersten durchströmbaren Querschnitte auszubilden, um so die Strömung im Rückströmbereich zu verlangsamen und den Wärmeübertrag auf den katalytischen Konverter in der Kaltstartphase zu erhöhen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage weist das Gehäuse eine erste Länge LI und der katalytische Konverter eine zweite Länge L2 auf, wobei die erste Länge des

Gehäuses und die zweite Länge des katalytischen Konverters im wesentlichen identisch sind. Die Ausbildung des katalytischen Konverters in identischer Länge zur Länge des Gehäuses erlaubt in einfacher Weise die Halterung des katalytischen Konverters im Gehäuse und einen einfachen Aufbau sowohl der Strömungsumlenksmittel, als auch der Gasab-und-zuführleitung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage weist das Gehäuse einen Durchmesser D auf, wobei der Quotient aus der ersten Länge LI und dem Durchmesser D des Gehäuses größer oder gleich 0,3 und kleiner oder gleich 1,5, bevorzugt größer oder gleich 0,3 und kleiner oder gleich 1, besonders bevorzugt in etwa 0,5 ist. Das heißt, für die erste Länge L1 und den Durchmesser D des Gehäuses gilt folgende Gleichung : 0, 3 < L1/D < 1, 5 Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage weist der Rückströmbereich einen Druckverlust auf, der kleiner oder gleich dem Druckverlust des Hinströmbereichs ist, insbesondere kleiner oder gleich dem Druckverlust eines Rohres der ersten Länge und einem Durchmesser, der dem Durchmesser der Zuleitung entspricht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer Abgasnachbehandlungsanlage weist die mindestens eine Gaszuführleitung eine erste Längsachse und die mindestens eine Gasabführleitung eine zweite Längsachse auf, wobei die Projektion der ersten und der zweiten Längsachse auf eine Ebene, die die erste Stirnseite des katalytischen Konverters umfasst, einen Winkel einschließt, der größer als 60° (Grad) ist. Eine solche Winkelkonstellation zwischen Gasabführleitung und Gaszuführleitung erlaubt in vorteilhafter Weise die Ausnutzung auch kleinster freier Hohlräume beim motornahen Einbau, beispielsweise von sehr engen Sacldöchem.

Gemäß einer weiteren vorteilhaftem Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage sind die Gaszuführleitung und die erste Stirnseite des mindestens einen katalytischen Konverters in Form eines Schiebesitzes miteinander verbunden. Die Ausbildung der Verbindung zwischen Gaszuführleitung und erster Stirnseite in Form eines Schiebesitzes erlaubt in vorteilhafter Weise die Ausbildung einer im wesentlichen gasdichten Verbindung wobei gleichzeitig eine unterschiedlichen thermischen Ausdehnung zugelassen wird, die im Falle einer einfachen Schweißverbindung leicht zum Reißen der Verbindung führen kann. So kann in vorteilhafter Weise auch bei unterschiedlichem thermischen Ausdehnungsverhalten eine im wesentlichen gasdichte Verbindung zwischen Gaszuführleitung und erster Stirnseite des mindestens einen katalytischen Konverters gewährleistet werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage ist der katalytische Konverter aus Keramik ausgebildet. Vorteilhaft ist auch die Ausbildung des katalytischen Konverters als extrudiertes Bauteil. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der katalytische Konverter auch aus mindestens einer metallischen Lage ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, dass der katalytische Konverter a) durch Aufwickeln mindestens einer zumindest teilweise strukturierten metallischen Lage oder mindestens einer im wesentlichen glatten und mindestens einer zumindest teilweise strukturierten metallischen Lage oder b) durch Stapeln einer Mehrzahl von im wesentlichen glatten und zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen und anschließendes Verwinden einer Mehrzahl von Stapeln

ausgebildet ist. Dies gestattet sowohl den Aufbau von spiralförmigen Wabenkörpern, als auch von metallischen Wabenkörpern, mit S-förmig oder evolventenförmig verschlungenen Stapeln. Insbesondere ist es im Falle metallischer katalytischer Konverter vorteilhaft und erfindungsgemäß, diese mit sich transversal zur Hohlraumerstreckung oder longitudinal zur Hohlraumerstreckung ausgebildeten Strukturen, Löchern in den metallischen Lagen oder auch der Ausbildung zumindest eines Teils der metallischen Lagen durch zumindest teilweise für ein Fluid durchlässiges Material möglich und erfindungsgemäß.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung, insbesondere der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine eines Automobils in einer Abgasnachbehandlungsanlage, bevorzugt einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage, vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte : a) Durchströmen eines Hinströmbereichs in einer Hinströmrichtung und katalytische Umsetzung zumindest von Teilen des Abgases in diesem Hinströmbereich ; b) Umlenkung der Strömungsrichtung des Abgases von der Hinströmrichtung in eine Rückströmrichtung ; und c) Durchströmen eines im wesentlichen frei durchströmbaren Rückströmbereiches in Rückströmrichtung.

Die oben zur erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage aufgeführten Vorteile und Details sind in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren zur Abgasnachbehandlung anwendbar.

Weitere Vorzüge und Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, jedoch ist die Erfindung nicht auf die dort gezeigten Ausfiihrungsbeispiele beschränkt. Es zeigen : Fig. 1 schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage ; Fig. 2 schematisch einen Wabenkörper ; Fig. 3 schematisch ein Gehäuse mit eingebautem Wabenkörper ; Fig. 4 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage ; Fig. 5 schematisch einen Schnitt durch das zweite Ausführungsbeispiel der Abgasnachbehandlungsanlage ; und Fig. 6 schematisch einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage.

Figur 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage 1.

Die Abgasnachbehandlungsanlage 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem Wabenkörper 3 auf, der als katalytischer Konverter dient. Der Wabenkörper 3 ist von einem Mantelrohr 4 umgeben und ist mit Haltemitteln 5 im Gehäuse 2 befestigt. Diese Haltemittel 5 sind vorwiegend als Stege ausgebildet, die den frei durchströmbaren Querschnitt des Rückströmbereichs 6 nicht wesentlich verkleinern. Frei durchströmbarer Querschnitt bedeutet insbesondere, dass im Rückströmbereich keine Wabenstruktur ausgebildet ist. Der Wabenkörper 3 kann sowohl als keramischer, als auch als metallischer Wabenkörper 3 ausgebildet sein. Ein Beispiel eines metallischen Wabenkörpers ist Figur 2 zu entnehmen. Die

Zuführleitung 13 ist mit einem Konus 35 versehen, der das Abgas direkt auf die erste Stirnseite 14 des Wabenkörpers 3 führt. Dieser Konus 35 hat einen Öffnungswinkel 33 von mindestens 20°. Dem Konus 35 ist ein sehr kurzer rohrförmiger Zufrihrleitungs-Abschnitt hin zu einem Turbolader (nicht dargestellt) vorgeschaltet, wobei dieser Abschnitt eine Länge 34 von 20 mm [Millimeter] nicht überschreitet.

Figur 2 zeigt einen Wabenkörper 3, der ein Mantelrohr 4 aufweist. In diesem Mantelrohr 4 ist eine Wabenstruktur 7 befestigt. Diese ist aus metallischen Lagen 8,9 aufgebaut. Zum Aufbau der Wabenstruktur 7 werden im wesentlichen glatte metallische Lagen 8 und zumindest teilweise strukturierte metallische Lagen 9 abwechselnd gestapelt und mehrere Stapel gleichsinnig miteinander verbunden.

Der Übersichtlichkeit halber sind die zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen 9 nur in einem Teilbereich eingezeichnet. Die im wesentlichen glatten metallischen Lagen 8 und die zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen 9 bilden Kanäle 10.

Als metallische Lagen können Blechlagen einer Dicke von weniger als 80 um, bevorzugt weniger als 40 u. m, besonders bevorzugt weniger als 25 um Verwendung finden. Genauso gut ist es möglich, die im wesentlichen glatten metallischen Lagen 8 und/oder die zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen 9 zumindest teilweise aus einem zumindest teilweise für ein Flüid durchströmbaren Material, beispielsweise einem metallischen Sintervlies, auszubilden. Weiterhin ist es möglich und erfindungsgemäß in die im wesentlichen glatten metallischen Lagen 8 und/oder die zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen 9 Löcher und/oder Strukturen jedweder Art einzubringen. Insbesondere ist es auch möglich, einige der Kanäle 10 zu verschließen. Auch das Einbringen von Löchern, deren Abmessungen größer ist als die Strukturwiederhollänge der zumindest teilweise strukturierten metallischen Lagen 9 ist möglich und erfindungsgemäß.

Figur 1 zeigt, dass das Gehäuse 2 der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage 1 zwei Strömungsbereiche aufweist. Die Kanäle 10 des Wabenkörpers 3 bilden einen Hinströmbereich 11, während der Bereich des Gehäuses zwischen dem Mantelrohr 4 und der Bewandung des Gehäuses 2 einen Rückströmbereich 6 bildet. Der Wabenkörper 3 dient als katalytischer Konverter, d. h. er ist im Regelfall mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen, beispielsweise einem Washcoat, der beispielsweise Edelmetallkatalysatorpartikel, wie Platin oder Rhodium, enthält.. Im vorliegenden Ausfiihrungsbeispiel wird der Wabenkörper 3 axial vom Abgas durchströmt. Ein durch den Wabenkörper 3 strömender Abgasstrom wird zumindest teilweise im Wabenkörper 3 katalytisch umgesetzt. Im Gegensatz dazu wird ein durch den Rückströmbereich 6 strömender Abgasstrom nicht katalytisch umgesetzt.

Jeder der Kanäle 10 weist einen ersten durchströmbaren Querschnitt auf, während der Rückströmbereich 6 einen zweiten durchströmbaren Querschnitt aufweist.

Frei durchströmbar heißt, dass der zweite durchströmbare Querschnitt des Rückströmbereichs 6 deutlich größer ist als der erste durchströmbare Querschnitt eines Kanals 10.

Im Betrieb der Abgasnachbehandlungsanlage 1 wird ein Abgasstrom 12 über ein Gaszufuhrleitung 13 in die Abgasnachbehandlungsanlage 1 eingeführt. Die Gaszufuhrleitung 13 ist im wesentlichen gasdicht mit dem Mantelrohr 4 des Wabenkörpers 3 im Bereich der ersten Stirnseite 14 des Wabenkörpers verbunden, so dass eine im wesentlichen gasdichte Verbindung zwischen Gaszufuhrleitung 13 und dem Hinströmbereich 11 besteht. Somit gelangt der Abgasstrom 12 im wesentlichen vollständig in den Wabenkörper 3. Dieser Wabenkörper 3 wird vom Abgasstrom 12 in Hinströmrichtung 15 durchströmt.

Hierbei erfolgt eine zumindest teilweise Umsetzung von zumindest Teilen des Abgasstroms 12. Der Abgasstrom 12 verlässt den Wabenkörper 3 durch eine zweite Stirnseite 16. Im Bereich der zweiten Stirnseite 16 schließt sich in einer Hinströmrichtung 15 ein Strömungsumlenkmittel 17 an. Dieses ist im

wesentlichen gasdicht mit dem Gehäuse 2 verbunden. Das Strömungsumlenkmittel 17 weist eine Vertiefung 18 und eine torusförmige Erhöhung 19 auf. Die größte Erhöhung liegt in axialer Richtung des Wabenkörpers 3 jeweils dem Zentrum des Rückströmbereichs 6 gegenüber, während die Vertiefung 18 der Mitte des zylindrischen Wabenkörpers 3 in axialer Richtung gegenüberliegt. Auch andere Ausbildungen des Strömungsumlenkmittels 17 sind möglich und erfindungsgemäß. Das Strömungsumlenkmittel 17 führt zu einer Umlenkung 20 des Abgasstroms 12 von der Hinströmrichtung 15 in eine Rückströmrichtung 21. Im vorliegenden Fall handelt es sich sogar um eine Invertierung des Abgasstroms, dass heißt eine Umlenkung um im wesentlichen 180°. Hierbei wird der Abgasstrom 12 vom Hinströmbereich 11 in den Rückströmbereich 6 umgelenkt. Das Strömungsumlenkmittel 17 kann fakultativ eine Wärmeisolierung 22 aufweisen.

Weiterhin ist mit dem Gehäuse 2 ein Sammelmittel 23 verbunden. Die Verbindung ist im wesentlichen gasdicht ausgeführt. Das Sammelmittel 23 besteht aus einem kalottenförmigen Bauteil 24 und einer GasabfUhrleitung 25. Durch das Gasabfuhrleitung 25 verlässt der zumindest teilweise umgesetzte Gasstrom die Abgasnachbehandlungsanlage 1.

Im Betrieb strömt der Abgasstrom 12 durch die Gaszuführleitung 13 in den Wabenkörper 3. In diesem erfolgt eine zumindest teilweise katalytische Umsetzung zumindest eines Teils des Abgasstroms 12. Nachdem der Wabenkörper 3 in Hinströmrichtung 15 durchströmt wurde, erfolgt eine Umlenkung 20 in der Strömungsrichtung im Strömungsumlenkmittel 17. Der Abgasstrom 12 durchströmt dann in Rückströmrichtung 21 den Rückströmbereich 6. Im Rückströmbereich 6 erfolgt keine katalytische Umsetzung, im wesentlichen handelt es sich um einen nicht unterteilten Strömungsraum. Der durch den Rückströmbereich 6 strömende Gasstrom ist im Regelfall im Vergleich zum einströmenden Abgasstrom 12 erhitzt, da die katalytische Umsetzung im Wabenkörper 3 im Regelfall exotherm erfolgt. Der durch den Rückströmbereich 6

strömende Gasstrom wird somit in vorteilhafter Weise zur Temperierung des Wabenkörpers 3 genutzt. Auch in der Kaltstartphase, in der aufgrund der noch nicht angesprungenen exothermen Reaktion keine Aufheizung des Gasstroms im Wabenkörper 3 erfolgt, kann die Rückführung des Abgasstroms in vorteilhafter Weise zur Aufheizung des Wabenkörpers 3 verwendet werden, da beim Kaltstart einer VerbrennungskraNaschine schnell erhöhte Temperaturen erreicht werden, die zwar unterhalb der Anspringtemperatur der katalytischen Umsetzung im katalytischen Konverter 3, aber oberhalb der Umgebungstemperatur der Umgebung des Wabenkörpers 3 liegen.. Dies führt zu deutlich verkürzten Ansprungzeiten der katalytischen Reaktion im Wabenkörper 3. Auch die fakultative Wärmeisolierung 22 des Strömungsumlenkmittels 17 verhindert Wärmeverluste und verbessert somit das Anspringverhalten des Wabenkörpers 3.

Weiterhin führt das Rückströmen des heißen Abgases dazu, dass sich im Vergleich zu konventionellen Abgasnachbehandlungsanlagen geringere thermische Gradienten über den Wabenkörper 3 aufbauen. Dies bedingt eine verbesserte Lebensdauer des Wabenkörpers.

Bei der Verbindung zwischen Gaszuführleitung 13 und Mantelrohr 4 kann in vorteilhafter Weise ein Schiebesitz zur Anwendung kommen.. Dieser ermöglicht auch im Falle unterschiedlicher Wärmeausdehnungen der beiden Bauteile eine gasdichte Verbindung.

Durch das Rückströmprinzip, insbesondere dadurch, dass Gaszuführleitung 13 und Gasabführleitung 25 beide im Bereich der ersten Stirnseite 14 des Wabenkörpers 3 ausgebildet sind, ist die Ausnützung auch kleiner Freiräume im Bereich des Motorraums eines Automobils, beispielsweise von Sacklöchern, möglich. So kann ein möglichst motomaher Einbau der Abgasnachbehandlungsanlage 1 erfolgen. Hierdurch liegen schneller höhere Temperaturen im Abgas an, so dass auch hierdurch das Anspringverhalten des Wabenkörpers 3 verbessert wird. Die Gaszufuhrleitung 13 weist eine erste Längsachse 27 auf. Die Gasabführleitung 25 weist eine zweite Längsachse 28 auf.

Um einen möglichst platzsparenden Einbau der Abgasnachbehandlungsanlage 1 zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn der Winkel der Projektionen der ersten Längsachse 27 und der zweiten Längsachse 28 auf eine Ebene, die die erste Stirnseite 14 umfasst, größer als 60 Grad ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Wabenkörper 3 weist der Rückströmbereich 6 einen Druckverlust auf, der kleiner oder gleich dem Druckverlust im Hinströmbereich 11 ist. Bevorzugt ist hierbei, dass der Druckverlust im Rückströmbereich 6 kleiner oder gleich dem Druckverlust ist, den ein Rohr der ersten Länge L1 und eines Durchmessers, der dem Durchmesser 32 der Zuleitung 31 entspricht, aufweist.

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Gehäuse 2 mit eingesetztem Wabenkörper 3.

Der Wabenkörper 3 ist koaxial zum Gehäuse 2 ausgebildet. Das Mantelrohr 4 des Wabenkörpers 3 ist über Haltemittel 5 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Die Kanäle 10 des Wabenkörpers 3, die der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet sind, bilden den Hinströmbereich 11, während der Gehäusebereich zwischen Gehäusewandung und Mantelrohr 4 den Rückströmbereich 6 bildet. Das Gehäuse 2 weist eine erste Länge Ll und einen Durchmesser D auf. Der Wabenkörper 3 weist eine zweite Länge L2 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Länge L1 identisch zur zweiten Länge L2. Für die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage ist die sogenannte Pfannkuchenform bevorzugt, d. h. für das Verhältnis Ll/D gilt bevorzugt 0,3 : L1/D < l. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn das Verhältnis Ll/D etwa 0,5 beträgt. Jedoch sind auch andere Verhältnisse Ll/D möglich und erfindungsgemäß.

Figur 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage l. In diesem Fall sind in dem Gehäuse 2 der Abgasnachbehandlungsanlage 1 vier Wabenkörper 3 befestigt, die über vier Gaszuführleitungen 13 mit Abgas beschickt werden. Weiterhin ist eine Gasabführleitung 25 ausgebildet, so dass dieses Ausführungsbeispiel eine

erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage als Sammler eingesetzt werden kann. Es ist gleichfalls möglich und erfindungsgemäß, statt einer Gasabführleitung 25 zwei oder mehr Gasabfiihrleitungen 25 auszubilden, um so beispielsweise mehrsträngige Abgasanlagen realisieren zu können. Die kalottenförmigen Bauteile 24 sind entsprechend miteinander verbunden. Das Strömungsumlenkmittel 17 ist so ausgebildet, dass auch in diesem Ausführungsbeispiel eine wirkungsvolle Umlenkung 20 von den Hinströmbereichen 11 in die jeweiligen Rückströmbereiche 6 erfolgt. Auch in diesem Fall ist das Strömungsumlenkmittel 17 mit Vertiefungen 18 und Erhöhungen 19 ausgebildet, wobei die Vertiefungen 18 jeweils zentriert zu den Wabenkörpern 3 ausgebildet sind.

Figur 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch das in Figur 4 gezeigte Ausfirungsbeispiel entlang der Linie V-V. Dieser Querschnitt zeigt das Gehäuse 2 mit den vier daran befestigten Wabenkörpern 3. Die Mantelrohre 4 bilden in diesem Querschnitt die Begrenzung zwischen den Hinströmbereichen 11 und dem Rückströmbereich 6.

Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage 1, die einen radial durchströmbaren Wabenkörper 3 aufweist. Dieser ist wie aus dem Stand der Technik bekannt durch Scheiben 29 mit Makrostrukturen (nicht gezeigt) aufgebaut, die bogenförmig von einem zentralen Strömungsbereich 30 zum Rückströmbereich 6 führende Kanäle 10 bilden. Der umzusetzende Abgasstrom 12 strömt in axialer durch die Gaszufuhrleitung 13 durch die erste Stirnseite 14 in den zentralen Strömungsbereich 30. Dadurch, dass die zweite Stirnseite 16 des Wabenkörpers 3 geschlossen ist, wird der Gasstrom wie durch die Pfeile angedeutet in die radialen Strömungskanäle 10 umgelenkt. Somit ist die Hinströmrichtung 15 des durch die Kanäle 10 gebildeten Hinströmbereichs 11 radial von innen nach außen gerichtet.

Als Strömungsumlenkmittel 17 dient das Gehäuse 2, das nach Austritt des Gases aus den Kanälen 10 eine Umlenkung 20 des Gasstroms in Rückströmrichtung 21

in den Rückströmbereich 6 bewirkt. Im Gegensatz zu einem axial durchströmbaren Wabenkörper, bei dem eine Umlenkung von beispielsweise im wesentlichen 180° erfolgt, wird bei einem radial durchströmten Wabenkörper 3 das Gasstrom um etwa 90° umgelenkt.

Vom Rückströmbereich 6 strömt das Abgas in das kalottenförmige Bauteil 24.

Von dort verlässt der umgesetzte Gasstrom 26 die Abgasnachbehandlungsanlage 1 durch die Gasabführleitung 25. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel liegen Gaszufuhrleitung 13 und Gasabführleitung 25 im Bereich der ersten Stirnseite 14 des Wabenkörpers 3.

Mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage 1 kann in vorteilhafter Weise die zumindest teilweise katalytische Umsetzung von Abgasen auch bei sehr begrenztem freien Aufnahmeraum für eine Abgasnachbehandlungsanlage 1 erfolgen. Dies ist aufgrund des Gegenstromprinzips im Gehäuse 2 möglich. Ferner zeichnet sich eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage 1 durch ein verbessertes Anspringverhalten und geringere thermische Wechselbelastungen im Vergleich zu herkömmlichen Abgasnachbehandlungsanlagen aus.

Bezugszeichenliste 1 Abgasnachbehandlungsanlage 2 Gehäuse 3 Wabenkörper 4 Mantelrohr 5 Haltemittel 6 Rückströmbereich 7 Wabenstruktur 8 Im wesentlichen glatte metallische Lage 9 Zumindest teilweise strukturierte metallische Lage 10 Kanal 11 Hinströmbereich 12 Abgasstrom 13 Gaszufiihrleitung 14 Erste Stirnseite 15 Hinströmrichtung 16 Zweite Stirnseite 17 Strömungsumlenkmittel 18 Vertiefung 19 Erhöhung 20 Umlenkung 21 Rückströmrichtung 22 Wärmeisolierung 23 Sammelmittel 24 Kalottenfömiiges Bauteil 25 Gasabführleitung 26 Umgesetzter Gasstrom 27 Erste Längsachse 28 Zweite Längsachse

29 Scheibe 30 zentraler Strömungsbereich 31 Zuleitung 32 Durchmesser der Zuleitung 33 Öffnungswinkel 34 Länge der Zuleitung 35 Konus D Durchmesser LI erste Länge des Gehäuses L2 zweite Länge des Wabenkörpers