Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke, mit einem Umlenkbereich und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke durch ein Innenrohr gebildet ist und die ringförmige Strömungsstrecke durch ein im

Wesentlichen parallel zum Innenrohr verlaufendes Außenrohr zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildet ist und der Umlenkbereich zur Umlenkung der Abgasströmung aus der rohrförmigen Strömungsstrecke in die ringförmige Strömungsstrecke ausgebildet ist.

Stand der Technik

Zur Abgasnachbehandlung von Abgasen von Verbrennungsmotoren werden unter anderem Katalysatoren eingesetzt, die eine Umwandlung von Abgasbestandteilen in weniger schädliche Stoffe ermöglichen. Hierzu sind Katalysatoren in

unterschiedlicher Bauweise und unterschiedlicher Dimensionierung bekannt.

Unter anderem ist der sogenannte Ringkatalysator bekannt, welcher eine rohrförmige Strömungsstrecke aufweist, auf welche eine Strömungsumlenkung folgt und anschließend eine ringförmige Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke von der ringförmigen Strömungsstrecke umschlossen ist. Es kann somit auch bei einer nur geringen möglichen Baulänge des Katalysators eine verhältnismäßig lange Strömungsstrecke für das Abgas realisiert werden. Dies begünstigt beispielsweise die Vermischung des Abgases, beziehungsweise verlängert die zur Umwandlung einer in den Abgasstrom eingespritzten

Harnstofflösung zur Verfügung stehende Zeit.

Um eine möglichst hohe Umsetzungsrate der Schadstoffe an den katalytisch aktiven Materialien zu erreichen ist eine möglichst homogene Strömungsverteilung beziehungsweise eine möglichst homogene Konzentrationsverteilung von Vorteil. Ringkatalysatoren können beispielsweise als klassische 3-Wege-Katalysatoren im Abgasstrang eines Ottomotors eingesetzt werden, oder beispielswese als

Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion im Abgasstrang eines

Dieselmotors.

Weiterhin ist insbesondere bei Ottomotoren zunehmend eine Problematik mit kleinsten Abgaspartikeln gegeben, so dass auch bei Ottomotoren mittlerweile der Einsatz von zusätzlichen Partikelfiltern erwogen wird. Solche Partikelfilter sind gewöhnlich losgelöst von den eigentlichen Katalysatoren im Abgasstrang angeordnet.

Insbesondere hinsichtlich der immer höheren Anforderungen an die

Abgasnachbehandlung und den immer restriktiveren Bauraumvorgaben der Hersteller, ist die Anordnung aller zur wirkungsvollen Abgasnachbehandlung notwendigen Komponenten eine immer größere Herausforderung.

Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass keine optimale Abgasnachbehandlung gewährleistet werden kann, wenn zusätzlich zum Katalysator ein Partikelfilter benötigt wird und der zur Verfügung stehende

Bauraum, insbesondere die Baulänge, gering ist.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine optimierte Abgasnachbehandlung und insbesondere eine Filterung von im Abgas mitgeführten Partikeln ermöglicht, wobei die Vorrichtung eine besonders kurze Baulänge aufweisen soll. Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur

Abgasnachbehandlung mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke, mit einem Umlenkbereich und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke durch ein Innenrohr gebildet ist und die ringförmige Strömungsstrecke durch ein im Wesentlichen parallel zum Innenrohr verlaufendes Außenrohr zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr gebildet ist und der Umlenkbereich zur Umlenkung der Abgasströmung aus der rohrförmigen

Strömungsstrecke in die ringförmige Strömungsstrecke ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung einen ringförmigen katalytisch aktiven Trägerkörper aufweist und einen ringförmigen Partikelfilter, wobei der Trägerkörper und der Partikelfilter in der ringförmigen Strömungstrecke angeordnet sind.

Eine so aufgebaute Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung wird auch als

Ringkatalysator bezeichnet. Ausgehend von einem Strömungseintritt durchströmt das Abgas eine rohrförmige Strömungsstrecke im Zentrum des Ringkatalysators. Von der rohrförmigen Strömungsstrecke strömt das Abgas in einen Umlenkbereich, in welchem das Abgas vorzugsweise um 180 Grad umgelenkt wird. Diese

Umlenkung erfolgt zuerst in radialer Richtung nach Außen und schließlich hinein in die zweite ringförmige Strömungsstrecke, welche in entgegengesetzter Richtung zur rohrförmigen Strömungsstrecke durchströmt wird. Aus der ringförmigen

Strömungsstrecke strömt das Abgas über einen Strömungsaustritt aus dem

Ringkatalysator aus.

Die rohrförmige Strömungsstrecke dient im Wesentlichen der Durchmischung des strömenden Abgases und somit der Homogenisierung der Abgasströmung und der

Konzentrationsverteilung im Abgas. Im Umlenkbereich wird die Abgasströmung von der in radialer Richtung zentral angeordneten rohrförmigen Strömungsstrecke in die radial außen liegende ringförmige Strömungsstrecke umgelenkt. In der

ringförmigen Strömungsstrecke sind schließlich die zur Abgasreinigung und Abgasnachbehandlung vorgesehenen Elemente angeordnet. Dies können vorzugweise ringförmige metallische Wabenkörper mit katalytisch aktiven

Beschichtungen sein oder auch Filterelemente aus Metallvlies oder andren porösen Strukturen. Die ringförmigen Elemente können beispielsweise auch aus mehreren in Umfangsrichtung nebeneinander oder in axialer Richtung hintereinander angeordneten Einzelelementen gebildet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Querschnitt der ersten Strömungsstrecke und/oder der zweiten Strömungsstrecke in Strömungsrichtung sich konisch verjüngt oder erweitert.

Der Querschnitt der Strömungsstrecken kann entlang der Strömungsrichtung gleichbleibend sein. Dies ist beispielweise dann der Fall, wenn das Innenrohr und das Außenrohr parallel zueinander angeordnet sind. Sollte das Innenrohr und/oder das Außenrohr entlang der jeweiligen axialen Erstreckung konisch ausgebildet sein, können sich infolge der Ausgestaltung auch konisch verjüngende und/oder konisch erweiternde Strömungsstrecken ergeben. Durch eine konische Verjüngung kann beispielsweise eine Strömungskonzentration erreicht werden, während durch eine Erweiterung eine Auffächerung der Strömung erreicht werden kann. So kann beispielsweise auch der entstehende Druckverlust beeinflusst werden.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das Innenrohr und das Außenrohr konzentrisch zueinander angeordnet sind. Dadurch ergibt sich entlang des Umfangs der ringförmigen Strömungsstrecke ein gleichbleibender Strömungsquerschnitt. Dieser kann sich entlang der axialen Richtung verändern, bleibt durch die konzentrische Ausrichtung der beiden Rohre zueinander jedoch im Verhältnis zueinander in Umfangsrichtung gleich.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass in

Strömungsrichtung der Partikelfilter nach dem katalytisch aktiven Trägerkörper angeordnet ist. Dies ist vorteilhaft um eine möglichst hohe Temperatur des Abgases am katalytisch aktiven Trägerkörper zu erreichen und den entstehenden

Druckverlust vor dem katalytisch aktiven T rägerkörper zu minimieren.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn im Umlenkbereich ein weiterer Partikelfilter angeordnet ist, wobei der Partikelfilter im Umlenkbereich grobporiger ausgebildet ist als der ringförmige Partikelfilter in der zweiten Strömungsstrecke. Ein zusätzlicher vorgelagerter Partikelfilter ist vorteilhaft, um insgesamt die Partikelabscheidung zu erhöhen. Außerdem findet eine Vorfilterung vor dem katalytisch aktiven

Trägerkörper statt, wodurch zumindest die größeren Partikel aus dem Abgasstrom herausgefiltert werden. Dadurch wird insgesamt die Lebensdauer des Systems erhöht, da das Risiko des Verblockens des Trägerkörpers reduziert wird. Weiterhin wird die Aufnahme von Partikeln im ringförmigen Filter auch reduziert, was insbesondere positiv für den entstehenden Druckverlust ist, da dieser dadurch geringer ausfällt.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der ringförmige Partikelfilter einen sich konisch in Strömungsrichtung erweiternden oder verjüngenden Querschnitt aufweist. Hierzu kann beispielsweise der den Partikelfilter in radialer Richtung nach außen begrenzende Mantel konisch ausgebildet sein. Die den Filterkörper bildende Matrix kann dabei beispielsweise einen in Strömungsrichtung gleichbleibenden Querschnitt aufweisen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der ringförmige Partikelfilter eine Filtermatrix aufweist, welche einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden oder erweiternden Querschnitt aufweist.

Auch ist es zweckmäßig, wenn der grobporige Partikelfilter im Umlenkbereich als Beschichtung eines Wandbereichs ausgebildet ist. Der grobporige Filter kann beispielsweise als eine dünnschichtige Lage eines Vlieses auf den Wandbereich des Umlenkbereichs als Beschichtung aufgebracht sein.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Umlenkbereich durch ein deckelartiges Element gebildet ist, welches mit dem Außenrohr gasdicht verbunden ist. Das deckelartige Element kann im Inneren eine an den jeweiligen Ringkatalysator angepasste Geometrie aufweisen, die die Strömungsumlenkung begünstigt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das deckelartige Element im Inneren des Ringkatalysators eine Prallwand für das Abgas ausbildet, wobei die Prallwand eine als Partikelfilter wirkende Beschichtung aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den

Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Ringkatalysator, wobei die

rohrförmige Strömungsstrecke, der Umlenkbereich, die ringförmige Strömungsstrecke und die darin angeordneten Katalysatoren und Partikelfilter dargestellt sind.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung Die Figur 1 zeigt einen Ringkatalysator 1. Dieser weist eine zentral gelegene erste rohrförmige Strömungsstrecke 2 auf, welche entlang der Durchströmungsrichtung 3 mit Abgas durchströmbar ist. Die rohrförmige Strömungsstrecke 2 ist durch ein Innenrohr 4 in radialer Richtung begrenzt. Im Strömungsrichtung 3 der rohrförmigen Strömungsstrecke 2 nachgelagert ist der Umlenkbereich 5 angeordnet.

Der Umlenkbereich 5 ist aus einem deckelartigen Element 6 gebildet, welches von dem durch die rohrförmige Strömungsstrecke 2 strömende Abgas angeströmt wird. Durch das Aufprallen auf das deckelartige Element 6 wird das Abgas in radialer Richtung nach außen umgelenkt und schließlich in eine der

Durchströmungsrichtung 3 um 180 Grad entgegengesetzte Strömungsrichtung 7 gelenkt.

Das Abgas strömt dann durch die zweite ringförmige Strömungsstrecke 8 durch mehrere in dieser Strömungsstrecke 8 angeordnete Elemente zur

Abgasnachbehandlung. In Figur 1 ist ein ringförmiger Katalysator 9 gezeigt, welcher beispielsweise eine katalytisch aktive Beschichtung aufweist, um so die Umsetzung des Abgases begünstigen zu können. Stromabwärts des Katalysators 9 ist ein Partikelfilter 10 angeordnet, welcher zur Filterung des durch den Katalysator 9 geströmten Abgases vorgesehen ist.

Der Katalysator 9 und der Partikelfilter 10 sind jeweils ringförmig aufgebaut.

Die zweite ringförmige Strömungsstrecke 8 ist in radialer Richtung nach Innen durch das Innenrohr 4 begrenzt und in radialer Richtung nach außen durch das Außenrohr

12.

In der Figur 1 sind das Innenrohr 4 und das Außenrohr 12 konzentrisch und parallel zueinander angeordnet. Dadurch ergibt sich in Umfangsrichtung ein

gleichbleibender Ringspalt zwischen Innenrohr 4 und Außenrohr 12. Wie bereits beschrieben, können hier auch konische Rohre Verwendung finden und

gegebenenfalls auch eine nicht konzentrische Anordnung der Rohre zueinander gewählt werden. Im Umlenkbereich 5 ist an der Innenwandung des deckelartigen Elements 6 eine Filterschicht 11 angeordnet, welche als Grobfilter für die im Abgas mitgeführten Partikel wirkt. Die Filterschicht 11 ist dabei bevorzugt grobporiger als der Partikelfilter 10 ausgebildet. Ziel der Filterschicht 11 ist eine Vorfilterung des Abgases, um im Nachfolgenden eine Verblockung des Katalysators 9 oder der Partikelfilter 10, welcher feinporiger ist als die Filterschicht 11 , zu vermeiden. Alternativ zu einer Art Beschichtung der Innenwand des deckelartigen Elements 6 kann auch ein als Filter wirkender Wabenkörper in den Umlenkbereich 5

eingebracht werden. Der Vorteil der Filterschicht 11 ist, dass der durch sie entstehende Druckverlust und insbesondere die negative Beeinflussung der Gasströmung sehr gering ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da für eine möglichst optimale Wirkung des Katalysators und des Partikelfilters eine möglichst homogene Strömungsverteilung über den Querschnitt der Strömungsstrecken 2, 8 erreicht werden soll und auch eine möglichst gleichmäßige Konzentrationsverteilung des Abgases. Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.