DE102004052106A1 - Kombination eines Katalysators mit einem Wärmespeicher - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1) für eine Abgasanlage (4) einer Brennkraftmaschine (5), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einem Katalysatormaterial (2), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5) ausgesetzt ist, mit einem Wärmespeichermaterial (3), das mit dem Katalysatormaterial (2) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem einen Katalysator sowie eine Abgasanlage mit einer derartiger Katalysator-Wärmespeicher-Kombination.
  • Um Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine zu reduzieren, ist in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine üblicherweise ein Oxidationskatalysator angeordnet. Damit ein solcher Oxidationskatalysator die erwünschte Oxidationswirkung in den Abgasen erreichen kann, muss er zumindest eine sogenannte „Anspringtemperatur" erreichen, die je nach verwendetem Katalysatormaterial z.B. zwischen 180°C und 280°C liegen kann. Beim Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kaltstart, muss also der Oxidationskatalysator erst auf die Anspringtemperatur aufgeheizt werden, damit er seine abgasreinigende Wirkung entfalten kann.
  • Auf der einen Seite fordern immer strengere Umweltschutzbestimmungen die Einhaltung immer kleinerer Grenzwerte für die Schadstoffemissionen, insbesondere auch beim Kaltstart der Brennkraftmaschinen. Auf der anderen Seite besitzen moderne Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, einen relativ hohen Wirkungsgrad, was unter anderem zu einer Absenkung der Abgastemperaturen führt. Darüber hinaus besitzen große Brennkraftmaschinen eine entsprechend große Wärmespeicherkapazität. Des weiteren werden häufig Abgasturbolader verwendet, die regelmäßig stromauf des Oxidationskatalysators im Abgasstrang angeordnet sind und ebenfalls eine vergleichsweise große Wärmespeicherkapazität aufweisen. Diese gegenläufigen Entwicklungen erschweren es, die Emissionsgrenzwerte, insbesondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine einzuhalten.
  • Um den Oxidationskatalysator zur Verkürzung der Kaltstartphase schneller auf seine Anspringtemperatur bringen zu können, ist es grundsätzlich möglich, die Abgase stromauf des Oxidationskatalysators mit Hilfe eines Brenners aufzuheizen. Nachteilig ist hierbei, dass auch ein solcher Brenner eine gewisse Zeit benötigt, um anzuspringen und die gewünschte Abgasaufheizung zu bewirken. Des weiteren beeinträchtigt das dynamische Verhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei Lastwechsel den Betrieb des Brenners. Außerdem führt der Brenner zu vergleichsweise hohen Abgastemperaturen, was am Einlass des Oxidationskatalysators eine hohe Temperaturbelastung und eine vorschnelle Alterung bewirkt. Außerdem benötigt ein derartiger Brenner ebenfalls Brennstoff, was die Gesamtemission, insbesondere an CO2, der Brennkraftmaschine erhöht.
  • Alternativ ist es grundsätzlich möglich, den Oxidationskatalysator elektrisch zu beheizen. Hierbei ist nachteilig, dass eine dazu geeignete Heizeinrichtung einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch besitzt, was bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug eine erhöhte Batteriekapazität erfordert. Darüber hinaus wird auch hier zusätzlich Energie verbraucht, was den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine reduziert.
  • Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einer Brennkraftmaschine die Schadstoffemission, insbesondere beim Kaltstart, zu reduzieren.
  • Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Katalysator, insbesondere einen Oxidationskatalysator, mit einem Wärmespeicher, insbesondere mit einem Latentwärmespeicher, zu kombinieren. Bei einer derartigen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination ist entweder ein Wärmespeicher in einen Katalysator integriert oder ein Katalysator in einen Wärmespeicher. Die erfindungsgemäße Kombination hat den entscheidenden Vorteil, dass die Wärme genau dort gespeichert und abgegeben werden kann, wo sie für die Aufheizung des Katalysators benötigt wird, nämlich unmittelbar am bzw. im Katalysator selbst. Die Wärmeübertragung vom Wärmespeicher bzw. vom Wärmespeichermaterial auf den Katalysator bzw. auf das Katalysatormaterial erfolgt bei der Erfindung möglichst direkt und auf einem kurzem Weg, wodurch Wärmeübertragungsverluste reduziert werden.
  • Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Speichertemperatur bei geladenem Wärmespeicher bzw. bei geladenem Wärmespeichermaterial stets auch im Katalysator bzw. im Katalysatormaterial vorliegt, so dass bei entsprechender Auslegung dieser Speichertemperatur, was z.B. durch eine geeignete Auswahl des Wärmespeichermaterials erfolgen kann, beim Starten der Brennkraftmaschine der Katalysator sofort betriebsbereit zur Verfügung steht. Ein Abgasdurchgang durch den Katalysator ohne Umsetzung der Schadstoffe tritt dann nicht mehr auf. Die Kaltstartphase ist diesbezüglich dann zeitlich quasi auf den Wert Null reduziert, da der Katalysator von Anfang an zur Verfügung steht.
  • Desweiteren vereinfacht sich auch die „Aufladung" des Wärmespeichers bzw. des Wärmespeichermaterials, also die Aufnahme von Wärmeenergie durch den Wärmespeicher bzw. durch das Wärmespeichermaterial. Denn im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, d.h. wenn sich der Katalysator bzw. sein Katalysatormaterial auf Betriebstemperatur, also oberhalb der Anspringtemperatur befindet, kann der Wärmespeicher bzw. das Wärmespeichermaterial überschüssige Wärme verlustarm aufnehmen. Gleichzeitig kann dabei auch die bei den katalytischen Reaktionen entstehende Abwärme zum Aufladen des Wärmespeichermaterials genutzt werden.
  • Da die erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination mit minimalen Verlusten arbeitet, kann diese Kombination vergleichsweise kompakt bauen, wobei außerdem vergleichsweise wenig Wärmespeichermaterial benötigt wird.
  • Bei einer anderen Lösung kann eine derartige Katalysator-Wärmespeicher-Kombination einen Längsabschnitt eines mehrere Längsabschnitte aufweisenden Katalysators bilden, wobei zumindest ein anderer Längsabschnitt konventionell, also ohne Kombination mit einem Wärmespeicher ausgestaltet ist. Beispielsweise kann dadurch bei einer besonders kompakten Katalysator-Wärmespeicher-Kombination durch den wenigstens einen konventionellen Katalysator-Längsabschnitt eine größere Katalysatoroberfläche bereitgestellt werden. Des weiteren können durch den wenigstens einen konventionellen Katalysatorlängsabschnitt Wärmeverluste der Katalysator-Wärmespeicher-Kombination innerhalb des Katalysators reduziert werden.
  • Besonders vorteilhaft ist somit eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, die mit einer derartigen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination oder mit einem Katalysator ausgestattet ist, der eine solche Katalysator-Wärmespeicher-Kombination als Längsabschnitt enthält.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
    •
  • Es zeigen, jeweils schematisch,
  • 1 bis 5 jeweils einen stark vereinfachten prinzipiellen Querschnitt durch eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination nach der Erfindung bei verschiedenen Ausführungsformen,
  • 6 bis 8 jeweils perspektivische Ansichten auf Teilbereiche der erfindungsgemäßen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination bei anderen Ausführungsformen,
  • 9 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination bei einer weiteren Ausführungsform,
  • 10 eine vergrößerte Ansicht auf ein Detail X in 9,
  • 11 bis 13 jeweils eine vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Abgasanlage nach der Erfindung bei verschiedenen Ausführungsformen,
  • 14 einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen Katalysator nach der Erfindung.
  • Entsprechend den 1 bis 10 ist eine erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 mit einem Katalysatormaterial 2 und mit einem Wärmespeichermaterial 3 ausgestattet. Die Kombination 1 ist dabei für eine Abgasanlage 4 einer Brennkraftmaschine 5 (vgl. die 11 bis 13) geeignet, wobei die Brennkraftmaschine 5 mit der Abgasanlage 4 vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Das Katalysatormaterial 2 ist innerhalb der Kombination 1 so angeordnet, dass es im Betrieb der Brennkraftmaschine 5 Abgasen derselben ausgesetzt ist, so dass eine entsprechende katalytische Umsetzung von Schadstoffen der Abgase erfolgen kann. Zweckmäßig ist das Katalysatormaterial 2 so ausgewählt, dass es als Oxidationskatalysator wirkt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Auslegung möglich, welche die Kombination 1 als NOX-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator arbeiten lässt.
  • Das Wärmespeichermaterial 3 ist innerhalb der Kombination 1 so angeordnet, dass es mit dem Katalysatormaterial 2 direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine hoch integrierte Einheit aus Katalysatormaterial 2 und Wärmespeichermaterial 3 geschaffen werden, die einen verlustarmen und schnellen Wärmeübergang zwischen Katalysatormaterial 2 und Wärmespeichermaterial 3 ermöglicht. Von entscheidendem Vorteil ist hierbei, dass das Katalysatormaterial 2 bei thermisch aufgeladenem Wärmespeichermaterial 3 ebenfalls die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials 3 einnimmt. Zweckmäßig ist das Wärmespeichermaterial 3 so ausgewählt, dass sich eine Speichertemperatur realisieren lässt, die oberhalb einer Anspringtemperatur des Katalysatormaterials 2 liegt. Dies hat zur Folge, dass das Katalysatormaterial 2 bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine 5 und bei geladenem oder teilgeladenem Wärmespeichermaterial 3 mit der Speichertemperatur bereitsteht, also beim Starten der Brennkraftmaschine 5 sofort ordnungsgemäß funktionieren kann. Die Kaltstartphase des Katalysatormaterials 2 ist diesbezüglich zeitmäßig auf den Wert Null reduziert.
  • Die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 kann außerdem eine Tragstruktur 6 aufweisen, die ihrerseits aus einem Trägermaterial 7 besteht. Die Tragstruktur 6 trägt das Katalysatormaterial 2 direkt oder indirekt, z.B. in Form einer Beschichtung. Desweiteren ist die Tragstruktur 6 mit dem Wärmespeichermaterial 3 direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt. Die Tragstruktur 6 dient somit zumindest für das Katalysatormaterial 2 als Träger.
  • Bei den Ausführungsformen der 1 bis 5 sowie 8 und 9 ist die Tragstruktur 6 jeweils so ausgestaltet, dass sie mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle 8 ausbildet. Diese Abgaskanäle 8 besitzen jeweils eine dem Abgas ausgesetzte Oberfläche, die das Katalysatormaterial 2 direkt oder indirekt trägt. Auf diese Weise ist das Katalysatormaterial 2 den Abgasen ausgesetzt.
  • Die genannten Abgaskanäle 8 können nun bei einer einfachen, hier nicht gezeigten Ausführungsform in das Wärmespeichermaterial 3 eingebettet sein. D.h., das die Abgaskanäle 8 bildende Trägermaterial 7 ist vom Wärmespeichermaterial 3 umhüllt. Hierzu wird, z.B. in einem Gehäuse, nur ein Aufnahmeraum zur Aufnahme des Wärmespeichermaterials 3 benötigt, durch den die Abgaskanäle 8 hindurchgeführt sind.
  • Bei den Ausführungsformen der 1 und 2 ist die Tragstruktur 6 außerdem so gestaltet, dass sie mehrere Speicherkammern 9 ausbildet. Diese Speicherkammern 9 sind mit dem Wärmespeichermaterial 3 befällt und sind jeweils nach außen hermetisch abgeschlossen. Desweiteren weisen diese Speicherkammern 9 mit den Abgaskanälen 8 gemeinsame Wände 10 auf. Diese Wände 10 tragen somit einerseits das Katalysatormaterial 2 in den Abgaskanälen 8 und stehen andererseits in den Speicherkammern 9 mit dem Wärmespeichermaterial 3 in Kontakt.
  • Auf diese Weise quasi wird ein Wärmespeicher in einen Katalysator integriert bzw. wird ein Katalysator in einen Wärmespeicher integriert.
  • Zweckmäßig ist das Wärmespeichermaterial 3 dabei so gewählt, dass der damit realisierte Wärmespeicher ein Latentwärmespeicher ist. Das Wärmespeichermaterial 3 ist dementsprechend so gewählt, dass es bei der jeweils gewünschten Speichertemperatur einen Phasenwechsel zwischen flüssiger Phase und fester Phase durchführt. Beim Aufladen des Wärmespeichers schmilzt das Wärmespeichermaterial 3, während es bei der Endladung erstarrt. Unterhalb der Speichertemperatur, also unterhalb der Phasenwechseltemperatur des Wärmespeichermaterials 3 kann der damit gebildete Wärmespeicher nur sensible Wärme speichern, also in Form einer Temperaturerhöhung des festen Wärmespeichermaterials 3. Wenn das Wärmespeichermaterial 3 bis auf seine Phasenwechseltemperatur aufgeheizt ist, schmilzt es, was zu einer latenten Wärmespeicherung führt. Die so gespeicherte Wärme wird dabei auf dem Temperaturniveau der Speichertemperatur gespeichert und kann auch bei dieser Temperatur abgerufen werden. Darüber hinaus kann das flüssige Wärmespeichermaterial 3 zusätzlich erwärmt werden, was wieder zu einer sensiblen, also temperaturabhängigen Wärmespeicherung führt.
  • Beim Wärmespeichermaterial 3 handelt es sich somit um ein gezielt ausgewähltes Phasenwechselmaterial, das bei der jeweils gewünschten Speichertemperatur seinen Phasenwechsel vollzieht. Die hier gewünschte Speichertemperatur liegt zweckmäßig bei oder oberhalb der Anspringtemperatur des Katalysatormaterials 2. Um besonders viel Wärmeenergie besonders kompakt speichern zu können, sind höhere Speichertemperaturen von Vorteil. Durch die bei der erfindungsgemäßen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 erzielte unmittelbare Nähe zwischen Katalysatormaterial 2 und Wärmespeichermaterial 3 können auch Wärmespeichermaterialien 3 mit vergleichsweise hoher Speichertemperatur verwendet werden, da im Betrieb der Brennkraftmaschine 5 am Katalysatormaterial 2 vergleichsweise hohe Temperaturen erreicht werden, weil am Katalysatormaterial 2 die Umsetzung von Schadstoffen unter Freigabe von Wärme erfolgt. Hierdurch können erheblich höhere Speichertemperaturen erzielt werden, als beispielsweise alleine durch die Nutzung von in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltener Wärme. Desweiteren führt die intensive Beheizung des Wärmespeichermaterials 3 während des Betriebs der Brennkraftmaschine 5 zu vergleichsweise kurzen Aufladezeiten für das Wärmespeichermaterial 3. Dementsprechend kann auch eine kurze Betriebsphase der Brennkraftmaschine 5 ein vollständiges oder hinreichendes Aufladen des Wärmespeichermaterials 3 für den nächsten Startvorgang ermöglichen.
  • Ein Wärmespeichermaterial 3, das sich zur Ausbildung eines derartigen Hochtemperatur-Wärmespeichers eignet, kann beispielsweise ein Salz sein, das bei der jeweils gewünschten Speichertemperatur seine Phasenwechseltemperatur besitzt. Beispielsweise eignen sich hierzu KNO3, NaNO3 und andere Salze. Die Schmelztemperatur von NaNO3 liegt bei 308°C, während die von KNO3 bei 336°C liegt. Mit anderen Wärmespei chermaterialien 3, vorzugsweise Salzen, können auch Phasenwechseltemperaturen z.B. in Bereichen zwischen 200°C und 400°C abgedeckt werden.
  • Bei den Ausführungsformen der 1 und 2 sind die Abgaskanäle 8 jeweils mit einem länglichen Rechteckquerschnitt versehen. Grundsätzlich sind jedoch beliebige Querschnittsgeometrien realisierbar.
  • Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform weisen die Abgaskanäle 8 Spacerstrukturen 11 auf. Diese Spacerstrukturen 11 stützen sich an einander gegenüberliegenden Wänden 10 der Abgaskanäle 8 ab. Die Spacerstrukturen 11 sind hier exemplarisch als zick-zack-förmig gefaltete oder gewellte Elemente ausgestaltet. Zweckmäßig bestehen die Spacerstrukturen 11 ebenfalls aus dem Trägermaterial 7 und bilden somit Bestandteile der Tragstruktur 6. Die Spacerstrukturen 11 bewirken zum einen eine extreme Aussteifung der Tragstruktur 6 und somit der Kombination 1. Zum anderen erhöhen sie innerhalb der Abgaskanäle 8 die Oberfläche und können insbesondere auch dazu genutzt werden, das Katalysatormaterial 2 zu tragen. Auf diese Weise kann die katalytisch aktive Oberfläche der Kombination 1 deutlich vergrößert werden.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, das Katalysatormaterial 2 ausschließlich an den Spacerstrukturen 11 anzubringen. Dies kann fertigungstechnische Vorteile aufweisen, da die Spacerstrukturen 11 z.B. unabhängig von der übrigen Trägerstruktur 6 vorgefertigt und mit dem Katalysatormaterial 2 versehen werden können. Anschließend können die mit dem Katalysatormaterial 2 versehenen Spacerstrukturen 11 in die Abgaskanäle 8 der Tragstruktur 6 eingesetzt werden.
  • Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, auf entsprechende Weise auch innerhalb der Speicherkammern 9 derartige oder ähnliche Spacerstrukturen 11 anzuordnen, die sich dann an einander gegenüberliegenden Wänden 10 der Speicherkammern 9 abstützen. Auf diese Weise kann eine weitere Aussteifung der Kombination 1 sowie eine Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem Wärmespeichermaterial 3 und den Wänden 10 erreicht werden. Die in den Speicherkammern 9 eingebrachten Spacerstrukturen 11 sind hier nicht gezeigt.
  • Durch die hier gezeigte Ausgestaltung der Spacerstrukturen 11 wird bei den einzelnen Abgaskanälen 8 der Querschnitt in eine Vielzahl kleiner Abgaskanäle 8' unterteil, was strömungsmechanisch die Kontaktierung der Abgase mit dem Katalysatormaterial 2 verbessern kann.
  • Bei den Ausführungsformen der 1 und 2 ist die Tragstruktur 6 in einem Gehäuse 12 untergebracht, das hier exemplarisch doppelwandig ausgestaltet ist und dementsprechend eine Innenwand 13 und eine Außenwand 14 aufweist. Durch einen Abstand zwischen Innenwand 13 und Außenwand 14 kann im Gehäuse 12 eine Luftspalt-Isolation realisiert werden. Gleichzeitig kann zwischen den Wänden 13, 14 eine geeignete thermische Isolierung 15 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, den Zwischenraum zwischen den Wänden 13, 14 zu evakuieren.
  • Bei den Ausführungsformen der 3 bis 5 ist die Tragstruktur 6 jeweils so gestaltet, dass sie eine Vielzahl benachbarter Kanäle aufweist, von denen die einen Abgaskanäle 8 bilden, während die andern Speicherkammern 9 bilden. Grundsätzlich könnten auch katalytisch inaktive Abgaskanäle 8 und/oder nicht mit Wärmespeichermaterial 3 befüllte Speicherkammern 9 vorhanden sein. Die Abgaskanäle 8 sind beidseitig offen und somit vom Abgas durchströmbar. Die durch die Tragstruktur 6 gebildeten Wände 10 der Abgaskanäle 8 sind bei katalytisch aktiven Abgaskanälen 8 mit dem Katalysatormaterial 2 versehen. Im Unterschied dazu sind die Speicherkammern 9 beidseitig verschlossen und können mit dem Wärmespeichermaterial 3 befüllt sein. Die hier gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich durch das Verhältnis von Speicherkammern 9 zu Abgaskanälen 8 und somit durch die Speicherkapazität des durch das Wärmespeichermaterial 3 gebildeten Wärmespeichers.
  • Bei den Ausführungsformen der 3 und 4 ist die Tragstruktur 6 wabenartig gestaltet und mit quadratischen Zellquerschnitten versehen. Grundsätzlich sind auch andere Zellquerschnitte möglich. Bei der Ausführungsform gemäß 4 sind die Abgaskanäle 8 und die Speicherkammern 9 einander regelmäßig abwechselnd angeordnet, derart, dass sich im Querschnitt eine schachbrettartige Anordnung ergibt. Die Anzahl der Abgaskanäle 8 ist damit im wesentlichen gleich groß wie die Anzahl der Speicherkammern 9. Die gewählte Anordnung führt zu einem relativ großen Volumen an Wärmespeichermaterial 3 und somit zu einer relativ großen Speicherkapazität für den damit gebildeten Wärmespeicher. Gleichzeitig führt die gewählte Anordnung zu einer großflächigen und somit intensiven Kontaktierung zwischen dem Wärmespeichermaterial 8 und den Wänden 10 und somit eine intensive Wärmekopplung mit dem Katalysatormaterial 2.
  • Bei den Ausführungsformen der 3 und 4 kann die Tragstruktur 6 zweckmäßig als keramischer Monolith ausgestaltet sein. Zum herstellen der Kombination 1 werden dann die einen Kanäle an dem einen Ende verschlossen, mit dem Wärmespeichermaterial 3 befällt und dann auch am andere Ende verschlossen. Anschließend kann das Katalysatormaterial 2 in den offen gebliebenen Kanälen 8 an den Wänden 10 aufgetragen werden, was auf herkömmliche Weise erfolgen kann.
  • Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß 5 die Tragstruktur 6 mit Hilfe von gewellten oder gefalteten Blechen 16 aus Metall aufgebaut, wobei diese gewellten oder gefalteten Bleche 16 so aufeinander geschichtet oder gestapelt sind, dass sie zwischen sich die Kanäle zur Realisierung des Abgaskanäle 8 und der Speicherkammern 9 ausbilden. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden außerdem noch glatte Bleche 17 verwendet, die jeweils zwischen zwei benachbarten gewellten oder gefalteten Blechen 16 angeordnet sind, um auf diese Weise die Ausbildung der Kanäle zu vereinfachen. Auch hier ist es besonders einfach, die Bleche 16, 17 in den Kanälen, die als katalytisch aktive Abgaskanäle ausgestaltet werden sollen, mit dem Katalysatormaterial 2 zu versehen. Die anderen Kanäle, die als Speicherkammern 9 genutzt werden sollen, können mit dem Wärmespeichermaterial 3 befüllt und auf geeignete Weise endseitig verschlossen werden.
  • Bei den Ausführungsformen der 6 und 7 bildet die Tragstruktur 6 einen porösen Körper, der auf diese Weise gasdurchlässig ist. In den 6 und 7 ist dabei jeweils ein relativ kleiner, dafür stark vergrößerter Abschnitt dieses porösen Körpers gezeigt. Beispielsweise kann ein solcher poröser Körper als offenporiger Schaumkörper ausgestaltet sein. Zur Herstellung einer derartiger Tragstruktur 6 wird ein dafür geeignetes Trägermaterial 7 verwendet. Das Wärmespeichermaterial 3 wird bei diesen Ausführungsformen mikroverkapselt bereitgestellt. D.h., das Wärmespeichermaterial 3 ist in kleinen Kapseln, also Mikrokapseln hermetisch dicht eingeschlossen. Das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial wird im folgenden mit 3' bezeichnet.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 6 ist das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial 3' in das Trägermaterial 7 eingelagert. Auf diese Weise ist die Wärmespeicherfunktion in das Trägematerial 7, also in die Tragstruktur 6 integriert. Die Tragstruktur 6 kann dann wieder das Katalysatormaterial 2 tragen, z.B. in Form einer geeigneten Beschichtung. Das Trägermaterial 7 kann beispielsweise eine geeignete Keramik sein. Alternativ kann die Tragstruktur 6 mehrere nach außen verschlossene Hohlräume aufweisen, in denen das Wärmespeichermaterial 3 auch ungekapselt untergebracht sein kann.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 7 ist das Trägermaterial 7 selbst durch das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial 3' gebildet. Bei dieser Ausführungsform wird für die Kapselung des Wärmespeichermaterials 3' ein geeignetes Material verwendet, das sich zur Ausformung der Tragstruktur 6 eignet. Beispielsweise können metallische Werkstoffe zum Verkapseln des Wärmespeichermaterials 3' verwendet werden. Das auf diese Weise metallisch mikroverkapselte Wärmespeichermaterial 3' kann zur Ausformung der jeweiligen Tragstruktur 7 auf geeignete Weise aufgeschäumt und/oder gesintert werden. Anschließend kann die poröse Struktur wieder auf geeignete Weise mit dem Katalysatormaterial versehen, z.B. beschichtet werden.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 8 wird die Tragstruktur 6 wieder so ausgebildet, dass sie eine Vielzahl von Kanälen aufweist. Diese Wabenstruktur unterscheidet sich von derjenigen der 3 und 4 dadurch, dass in das Trägermaterial 7 wie bei der Ausführungsform gemäß 6 mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial 3' eingelagert ist. Auf diese Weise bilden sämtliche Kanäle dieser Tragstruktur 6 Abgaskanäle 8. Bei den katalytisch aktiven Abgaskanälen 8 sind die Wände 10 auf geeignete Weise mit dem Katalysatormaterial 2 versehen. Selbstverständlich kann die in 8 gezeigte Tragstruktur 6 auch mit einem Trägermaterial 7 hergestellt werden, das wie bei der Ausführungsform gemäß 7 durch mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial 3' gebildet ist.
  • Entsprechend den 9 und 10 kann bei einer anderen Ausführungsform die Tragstruktur 6 sowohl das Katalysatormaterial 2 als auch mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial 3' tragen. Die Tragstruktur 6 bildet dabei gleichzeitig Wände 10 für Kanäle, die parallel vom Abgas durchströmbar sind. Grundsätzlich kann das Katalysatormaterial 2 auf der einen Seite der Tragstruktur 6 angeordnet sein, während das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial 3' auf der anderen Seite der Tragstruktur 6 angeordnet ist. Dies würde jedoch bei denjenigen Kanälen, in denen dann das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial 3' angeordnet wäre, zu einer Reduzierung der möglichen katalytisch aktiven Oberfläche führen. Bevorzugt wird daher die in 10 erkennbare Ausführungsform, bei welcher die Tragstruktur 6 zunächst eine Beschichtung aus mikroverkapselten Wärmespeichermaterial 3' trägt, wobei dann diese Beschichtung ihrerseits das Katalysatormaterial 2 trägt, beispielsweise ebenfalls in Form einer entsprechenden Beschichtung. Es ist klar, dass das Trägermaterial 6 diesen geschichteten Aufbau aus mikroverkapseltem Wärmespeichermaterial 3' und Katalysatormaterial 2 grundsätzlich auf beiden Seiten aufweisen kann.
  • Entsprechend den 11 bis 13 umfasst eine Abgasanlage 4 nach der Erfindung einen Abgasstrang 18, der die von der Brennkraftmaschine 5 erzeugten Abgase abführt. Die Brennkraftmaschine 5 kann ein Ottomotor oder ein Dieselmotor oder ein Gasmotor oder dergleichen sein. Im Abgasstrang 18 ist üblicherweise in der Nähe der Brennkraftmaschine 5 ein Katalysator 19, vorzugsweise ein Oxidationskatalysator angeordnet. Erfindungsgemäß kann nun dieser Katalysator 19 die erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 enthalten oder durch diese Kombination 1 gebildet sein. Die erfindungsgemäße Kombination 1 bzw. der damit ausgestattete Katalysator 19 kann somit anstelle eines konventionellen Katalysators in den Abgasstrang 18 eingesetzt werden.
  • Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 5 wird Wärme im Wärmespeichermaterial 3 gespeichert. Die Größe dieses Wärmespeichers bzw. die Menge des hierzu benötigten Wärmespeichermaterials 3 wird für den jeweils geforderten Stillstandszeitraum der Brennkraftmaschine 5 ausgelegt, die durch den Wärmespeicher überbrückt werden soll. Bei einem späteren Kaltstart innerhalb dieses Stillstandszeitraums weist die Kombination 1 noch die Speichertemperatur, also die Phasenwechseltemperatur des Wärmespeichermaterials 3 auf. Da diese Speichertemperatur vorzugsweise über der Anspringtemperatur des Katalysatormaterials 2 liegt, kann beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 eine sofortige Umsetzung der Schadstoffe aus dem Abgas erfolgen, weil eine Aufwärmphase für das Katalysatormaterial 2 bei der erfindungsgemäßen Kombination 1 entfällt.
  • Durch das verbesserte Kaltstartverhalten kann außerdem die für den Kaltstart erforderliche Edelmetallbeladung des Katalysators bzw. des Katalysatormaterials 2 reduziert werden.
  • Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, das Volumen des Katalysatorsmaterials 2 bzw. die Größe der katalytisch aktiven Oberfläche zu reduzieren.
  • Desweiteren führt die erfindungsgemäße Kombination 1 zu einer Dämpfung von Temperaturschwankungen im Abgas. Auf diese Weise können zum einen Temperaturspitzen im Katalysatormaterial 2 vermieden werden, die zu einer vorschnellen Alterung des Katalysatormaterials 2 führen würden. Zum andern können durch die erfindungsgemäße Kombination 1 Leerlaufphasen oder Schubphasen der Brennkraftmaschine überbrückt werden, in denen die Temperatur des Abgases unter die Anspringtemperatur des Katalysatormaterials 2 absinken kann. Ein konventioneller Katalysator würde hierbei unter seine Anspringtemperatur abkühlen, so dass bei einer nachfolgenden Leistungsaufnahme der Brennkraftmaschine 5 zunächst wieder eine Art Kaltstart für den Katalysator vorliegt, bei dem die Schadstoffumsetzung nicht oder nur reduziert erfolgt. Durch die Erfindung kann das Katalysatormaterial 2 auch bei Leerlaufphasen oder Schubphasen über längere Zeit auf der Speichertemperatur gehalten werden, so dass unverzüglich wieder eine Umsetzung von Schadstoffen realisierbar ist.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 12 ist im Abgasstrang 18 eine Turbine 20 eines Abgasturboladers 21 angeordnet, und zwar stromauf des Katalysators 19.
  • Während bei den Ausführungsformen der 11 und 12 der mit der Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 ausgestattete Katalysator 19 in einem Hauptstrom angeordnet ist, erfolgt die Anordnung bei der Variante gemäß 13 in einem Nebenstrom.
  • Entsprechend 13 weist der Abgasstrang 18 eine Abzweigung 22 auf und enthält außerdem einen konventionellen Katalysator 23, der vorzugsweise als konventioneller Oxidationskatalysator ausgestaltet ist. Die Abzweigung 22 mündet hier stromauf dieses zusätzlichen Katalysators 23 wieder in den Abgasstrang 18 ein. Ebenso ist es möglich, dass die Abzweigung 22 unmittelbar in diesen zusätzlichen Katalysator 23 einmündet. Der erfindungsgemäße Katalysator 19, der die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 enthält oder durch diese gebildet ist, ist in der Abzweigung 22 angeordnet. Durch geeignete steuerbare Stellglieder 24 ist es möglich, die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 bedarfsabhängig zuzuschalten oder wegzuschalten. Beispielsweise kann für den Kaltstart der Brennkraftmaschine 5 die Abzweigung 22 geöffnet werden, um die Abgase durch den bereits vorgewärmten und funktionsbereiten Katalysator 19 zu führen. Angetrieben ist das Abgas dabei durch den Druckstau an der Turbine 20. Nach Beendigung der Kaltstartphase und nach dem vollständigen Aufladen des Wärmespeichers in der Kombination 1 kann die Abzweigung 22 wieder gesperrt werden. Mit Hilfe der Stellglieder 24 kann außerdem ein eingangsseitiger und/oder ausgangsseitiger Verschluss des Katalysators 19 erreicht werden, was bei nicht benötigter Kombination 1 die Wärmeabgabe der Kombination 1 an die Umgebung reduziert.
  • Sofern – wie hier – im Hauptstrom eine Turbine 20 angeordnet ist, umgeht die Abzweigung 22 diese Turbine 20.
  • Entsprechend 14 kann der Katalysator 19 gemäß einer vereinfachten Darstellung mehrere, hier beispielsweise drei Längsabschnitte 25, 26, 27 aufweisen, die in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Einer dieser Längsabschnitte, hier der mittlere Längsabschnitt 26, ist durch die erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 gebildet, während die beiden endseitigen Längsabschnitte 25, 27 als konventionelle Katalysatoren, also als nicht mit einem Wärmespeicher kombinierte Katalysatoren ausgestaltet sind. Diese konventionellen Katalysatoren sind in 14 mit 23' bezeichnet. Bei dieser Bauweise kann beim Stillstand der Brennkraftmaschine 5 der Wärmeaustrag aus der Kombination 1 reduziert werden.
  • Bei den vorgenannten Ausführungsformen bzw. Anwendungsformen ist das Katalysatormaterial 2 vorzugsweise so ausgewählt, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 als Oxidationskatalysator in der Abgasanlage 4 der Brennkraftmaschine 5 verwendbar ist. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform möglich, bei welcher das Katalysatormaterial 2 so ausgewählt ist, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 in der Abgasanlage 4 als NOX-Speicherkatalysator verwendet werden kann. Ein NOX-Speicherkatalysator, der eine derartige Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 enthält oder durch eine derartige Kombination 1 gebildet ist, hat den Vorteil, dass sein Katalysatormaterial 2 durch die Wärmespeicherfähigkeit des Wärmespeichermaterials 3 vor überhöhten Temperaturen geschützt werden kann. Durch eine geeignete Auswahl des Wärmespeichermaterials 3 kann somit das Katalysatormaterial 2 des NOX-Speicherkatalysators vor überhöhten Abgastemperaturen geschützt werden. Derartige hohe Abgastemperaturen entstehen beispielsweise bei der Regeneration eines Partikelfilters, insbesondere eines Rußfilters. Diese hohen Abgastemperaturen bei der Partikelfilterregeneration standen bisher der Anordnung eines NOX-Speicherkatalysators stromab des Partikelfilters im Weg. Durch die erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination 1 wird diese Anordnung jedoch möglich, da den überhitzten Abgasen Wärme entzogen werden kann. Vorzugsweise wird hierzu ein Wärmespeichermaterial 3 verwendet, dessen Phasenwechseltemperatur in einem oberen Grenztemperaturbereich des Katalysatormaterials 2 liegt. Dieser obere Grenztemperaturbereich ist durch die obere Grenztemperatur des Katalysatormaterials 2 begrenzt. Dies hat zur Folge, dass bei einem Temperaturanstieg im Abgas eine Temperaturerhöhung im Katalysatormaterial 2 bei Erreichen der Phasenwechseltemperatur gestoppt ist. Sobald dann die Abgastemperatur wieder unter die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials 3 absinkt, kann das Wärmespeichermaterial 3 die gespeicherte Wärme wieder an das Abgas abgeben, wobei auch hier gewährleistet ist, dass die Temperatur des Katalysatormaterials 2 unterhalb seiner oberen Grenztemperatur bleibt.

Claims (18)

  1. Katalysator-Wärmespeicher-Kombination für eine Abgasanlage (4) einer Brennkraftmaschine (5), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Katalysatormaterial (2), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5) ausgesetzt ist, – mit einem Wärmespeichermaterial (3), das mit dem Katalysatormaterial (2) direkt oder indirekt wärmeübertagend gekoppelt ist.
  2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tragstruktur (6) vorgesehen ist, die das Katalysatormaterial (2) direkt oder indirekt trägt und die mit dem Wärmespeichermaterial (3) direkt oder indirekt wärmeübertragen gekoppelt ist.
  3. Kombination nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6) mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle (8) ausbildet, die an ihrer dem Abgas ausgesetzten Oberfläche das Katalysatormaterial (2) direkt oder indirekt tragen.
  4. Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass die Abgaskanäle (8) in das Wärmespeichermaterial (3) eingebetet sind, oder – dass die Tragstruktur (6) mehrere mit dem Wärmespeichermaterial (3) befüllte Speicherkammern (9) ausbildet, die mit den Abgaskanälen (8) gemeinsame Wände (10) aufweisen, die einerseits das Katalysatormaterial (2) tragen und andererseits mit dem Wärmespeichermaterial (3) in Kontakt stehen.
  5. Kombination nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, – dass die Abgaskanäle (8) Spacerstrukturen (11) aufweisen, die sich an einander gegenüberliegenden Wänden (10) der Abgaskanäle (8) abstützen, – dass die Wände (10) der Abgaskanäle (8) und/oder die Spacerstrukturen (11) das Katalysatormaterial (2) tragen.
  6. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6) eine Vielzahl benachbarter Kanäle aufweist, von denen einige als beidseitig offene Abgaskanäle (8) ausgebildet sind, deren Wände das Katalysatormaterial (2) tragen, und von denen einige als beidseitig verschlossene Speicherkammern (9) ausgebildet sind, die mit dem Wärmespeichermaterial (3) befüllt sind.
  7. Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskanäle (8) und die Speicherkammern (9) im Querschnitt der Tragstruktur (6) einander schachbrettartig abwechselnd angeordnet sind.
  8. Kombination nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6) als keramischer Monolith ausgestaltet ist.
  9. Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6) mehrere metallische oder gewellte oder gefaltete Bleche (16) aufweist, die so aufeinander geschichtet oder gestapelt sind, dass sie zwischen sich die Kanäle ausbilden.
  10. Kombination nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten gewellten oder gefalteten Blechen (16) jeweils ein glattes Blech (17) angeordnet ist.
  11. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6) aus einem das Katalysatormaterial (2) tragenden Trägermaterial (7) besteht, in das mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial (3') eingelagert ist oder das durch mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial (3') gebildet ist oder das in der Tragstruktur (6) mit Wärmespei chermaterial (3) befüllte, nach außen verschlossene Hohlräume ausbildet.
  12. Kombination nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tragstruktur (6) als poröser Körper ausgestaltet ist, und/oder – dass die Tragstruktur (6) als offenporiger Schaumkörper ausgestaltet ist, und/oder – dass die Tragstruktur (6) als Wabenkörper mit mehreren vom Abgas parallel durchströmbaren Abgaskanälen (8) ausgebildet ist.
  13. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6) das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial (3') und das Katalysatormaterial (2) trägt.
  14. Kombination nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tragstruktur (6) an der einen Seite das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial (3') und an der anderen Seite das Katalysatormaterial (2) trägt, oder – dass die Tragstruktur (6) eine Beschichtung aus mikroverkapseltem Wärmespeichermaterial (3') trägt, die ihrerseits das Katalysatormaterial (2) trägt.
  15. Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, – dass das Katalysatormaterial (2) so gewählt ist, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1) in der Abgasanlage (4) als Oxidationskatalysator oder als NOX-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator verwendbar ist, und/oder – dass das Wärmespeichermaterial (3) so gewählt ist, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1) als Latentwärmespeicher arbeitet, und/oder – dass das Wärmespeichermaterial (3) so gewählt ist, dass es bei einer vorbestimmten Speichertemperatur bei der Wärmeaufnahme schmilzt und bei der Wärmeabgabe erstarrt, und/oder – dass die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials (3) gleich groß ist wie oder größer ist als die Anspringtemperatur des Katalysatormaterials (2), und/oder – dass die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials (3) in einem oberen Grenztemperaturbereich des Katalysatormaterials (2) liegt.
  16. Katalysator für eine Abgasanlage (4) einer Brennkraftmaschine (5), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordneten Längsabschnitten (25, 26, 27), von denen einer als Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ausgestaltet ist, während wenigstens ein anderer als nicht mit einem Wärmespeicher kombinierter Katalysator (23') ausgestaltet ist.
  17. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (5), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 oder mit einem Katalysator (19) nach Anspruch 16.
  18. Abgasanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, – dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombiration (1) oder der Katalysator (19) in einem Abgasstrang (18) der Abgasanlage (4) angeordnet ist, oder – dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1) oder der Katalysator (19) in eine Abzweigung (22) eines Abgasstrangs (18) der Abgasanlage (4) angeordnet ist, die in einen im Abgasstrang (18) angeordneten nicht mit einem Wärmespeicher kombinierten Katalysator (23) oder stromauf dieses Katalysators (23) in den Abgasstrang (18) einmündet.
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2901308A1 (fr) * 2006-05-18 2007-11-23 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de traitement de gaz d'echappement d'un moteur thermique de vehicule automobile
WO2009010339A1 (de) * 2007-07-17 2009-01-22 Amovis Gmbh Anordnung zur abgaswärmenutzung
EP2098696A1 (de) * 2008-03-06 2009-09-09 Iveco Motorenforschung AG Abgaswärme-Rückgewinnungssystem
WO2010100321A1 (en) * 2009-03-02 2010-09-10 Wärtsilä Finland Oy Method and catalyst arrangement for controlling emissions from a combustion source
EP2278250A2 (de) 2009-07-24 2011-01-26 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latentwärmespeicher und zugehöriges Herstellungsverfahren
DE102009034655A1 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latentwärmespeicher
US20120090293A1 (en) * 2009-03-25 2012-04-19 Edouard Barrieu Exhaust line for a motor vehicle with a closed recovery cycle for exhaust gas heat energy, and associated control method
NL2006433C2 (en) * 2011-03-21 2012-09-24 Flamco Bv Thermal storage device.
US20130209322A1 (en) * 2011-08-10 2013-08-15 Gerd Gaiser Pcm device and catalytic converter
DE102013201128A1 (de) * 2013-01-24 2014-07-24 Robert Bosch Gmbh Hochtemperaturwärmeübertrager
FR3002278A1 (fr) * 2013-02-21 2014-08-22 Renault Sa Dispositif de traitement des gaz d'echappement par catalyse.
WO2015144277A1 (de) * 2014-03-28 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
EP3415732A1 (de) * 2017-06-16 2018-12-19 IFP Energies nouvelles Katalytisches system zur aufbereitung von abgas eines hybridfahrzeugs, das wärmespeichermittel umfasst
JP2019112948A (ja) * 2017-12-20 2019-07-11 株式会社豊田中央研究所 排気浄化装置
JP2020190232A (ja) * 2019-05-22 2020-11-26 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011051632B3 (de) * 2011-07-07 2012-08-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Wärmeübertragungsvorrichtung und Verfahren zum Übertragen von Wärme

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4228267A1 (de) * 1991-09-03 1993-03-18 Usui Kokusai Sangyo Kk Vorrichtung fuer die katalytische reinigung von autoabgas
DE19820971A1 (de) * 1998-05-12 1999-11-18 Emitec Emissionstechnologie Katalytischer Konverter, insbesondere für einen Dieselmotor oder einen Magermotor
DE10048518A1 (de) * 2000-09-29 2002-04-25 Porsche Ag Katalysatorvorrichtung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10004545A1 (de) * 2000-02-02 2001-10-31 Emitec Emissionstechnologie Verbund aus Wabenkörper und Wärmespeicher und Verfahren zu dessen Betrieb

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4228267A1 (de) * 1991-09-03 1993-03-18 Usui Kokusai Sangyo Kk Vorrichtung fuer die katalytische reinigung von autoabgas
DE19820971A1 (de) * 1998-05-12 1999-11-18 Emitec Emissionstechnologie Katalytischer Konverter, insbesondere für einen Dieselmotor oder einen Magermotor
DE10048518A1 (de) * 2000-09-29 2002-04-25 Porsche Ag Katalysatorvorrichtung

Cited By (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2901308A1 (fr) * 2006-05-18 2007-11-23 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de traitement de gaz d'echappement d'un moteur thermique de vehicule automobile
WO2009010339A1 (de) * 2007-07-17 2009-01-22 Amovis Gmbh Anordnung zur abgaswärmenutzung
US8307651B2 (en) 2007-07-17 2012-11-13 Amovis Gmbh Arrangement for exhaust gas heat utilization
EP2098696A1 (de) * 2008-03-06 2009-09-09 Iveco Motorenforschung AG Abgaswärme-Rückgewinnungssystem
WO2010100321A1 (en) * 2009-03-02 2010-09-10 Wärtsilä Finland Oy Method and catalyst arrangement for controlling emissions from a combustion source
US20120090293A1 (en) * 2009-03-25 2012-04-19 Edouard Barrieu Exhaust line for a motor vehicle with a closed recovery cycle for exhaust gas heat energy, and associated control method
US9046308B2 (en) 2009-07-24 2015-06-02 Eberspaecher Exhaust Technology Gmbh & Co. Kg Latent heat storage device and associated manufacturing method
US8776865B2 (en) 2009-07-24 2014-07-15 J. Eberspaecher Gmbh & Co. Kg Latent heat storage device
CN101963086A (zh) * 2009-07-24 2011-02-02 J·埃贝斯佩歇合资公司 潜热存储装置
EP2282154A1 (de) * 2009-07-24 2011-02-09 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latentwärmespeicher für Abgasanlage
WO2011009894A1 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latentwärmespeicherkatalysator für abgasanlage einer brennkraftmaschine
US20120117956A1 (en) * 2009-07-24 2012-05-17 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latent Heat Storage Catalyst For An Exhaust System In An Internal Combustion Engine
DE102009034654A1 (de) 2009-07-24 2011-01-27 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latentwärmespeicher und zugehöriges Herstellungsverfahren
DE102009034655A1 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latentwärmespeicher
EP2278250A2 (de) 2009-07-24 2011-01-26 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Latentwärmespeicher und zugehöriges Herstellungsverfahren
CN101963086B (zh) * 2009-07-24 2013-12-11 J·埃贝斯佩歇合资公司 潜热存储装置
US8752369B2 (en) 2009-07-24 2014-06-17 J. Eberspaecher Gmbh & Co. Kg Latent heat storage catalyst for an exhaust system in an internal combustion engine
NL2006433C2 (en) * 2011-03-21 2012-09-24 Flamco Bv Thermal storage device.
US20130209322A1 (en) * 2011-08-10 2013-08-15 Gerd Gaiser Pcm device and catalytic converter
DE102013201128A1 (de) * 2013-01-24 2014-07-24 Robert Bosch Gmbh Hochtemperaturwärmeübertrager
FR3002278A1 (fr) * 2013-02-21 2014-08-22 Renault Sa Dispositif de traitement des gaz d'echappement par catalyse.
WO2014147305A1 (fr) * 2013-02-21 2014-09-25 Renault S.A.S. Dispositif de traitement des gaz d'echappement par catalyse
WO2015144277A1 (de) * 2014-03-28 2015-10-01 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
EP3415732A1 (de) * 2017-06-16 2018-12-19 IFP Energies nouvelles Katalytisches system zur aufbereitung von abgas eines hybridfahrzeugs, das wärmespeichermittel umfasst
FR3067756A1 (fr) * 2017-06-16 2018-12-21 IFP Energies Nouvelles Systeme catalytique de traitement de gaz d'echappement de vehicule hybride comportant des moyens de stockage de la chaleur
JP2019112948A (ja) * 2017-12-20 2019-07-11 株式会社豊田中央研究所 排気浄化装置
JP7159553B2 (ja) 2017-12-20 2022-10-25 株式会社豊田中央研究所 排気浄化装置
JP2020190232A (ja) * 2019-05-22 2020-11-26 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム

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