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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Abgasemission
aus einer Katalysatorvorrichtung sowie eine Katalysatorvorrichtung.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine katalytische Umwandlung
von Abgas aus dem Kraftstoffverbrauch in Motoren und insbesondere
die Beschleunigung des Einsetzens einer katalytischen Umwandlung.
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Benzinbetriebene
Kraftfahrzeuge zur Verwendung im Straßenverkehr sind im Allgemeinen
mit Katalysatoren ausgerüstet,
die Abgasemissionen behandeln. Ungefähr ein Drittel der gesamten
Abgasemissionen aus Fahrzeugen wird während der ersten dreißig Sekunden
des Betriebes nach dem Motorstart erzeugt. Da katalytisches Material
innerhalb des Katalysators erwärmt
wird, wird die Umwandlung von Abgasen beschleunigt und der Wert
an Emissionen nimmt ab.
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Die
DE 199 32 778 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Abgasen aus einer
Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse auf,
in dem vom Abgas in zueinander entgegengesetzten Richtungen durchströmte Katalysatoren
angeordnet sind. Bei einer Richtungsänderung der Abgase innerhalb
des Gehäuses
wird ein sich in Verlängerung
einer Abgaszuleitung erstreckender erster Katalysator in einer ersten
Richtung und ein mit der Abgasableitung koaxialer zweiter Katalysator in
einer zweiten Richtung durchströmt.
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Die
DE 24 01 204 A offenbart
einen katalytischen Abgasreaktor für Verbrennungsmotoren. Der Abgasreaktor
weist parallel Kanäle
für eine
aufzuwärmende
Frischluft und eine Abgasluftmischung auf. Auf dem Weg durch die
ersten Kanäle
wird die Frischluft mittels der Abgasluftmischung aufgeheizt. Das
Abgas wird mit der vorgewärmten
Frischluft gemischt und die Abgasluftmischung strömt durch
die zweiten Kanäle.
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Die
DE 102 02 005 A1 offenbart
eine Filtereinrichtung zum Entfernen von Ruß und Aschepartikeln aus dem
Abgasstrom einer Brennkraftmaschine. Der Abgasstrom wird an einer
Stirnseite eines Wabenfilters umgelenkt, so dass ein Einlass und
ein Auslass für
den Abgasstrom unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
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Die
JP 2003 – 328
736 A beschreibt eine Abgassteuervorrichtung, bei der in einem Abgasrohr
ein Katalysator angeordnet ist, um das Abgas eines Motors zu reinigen.
Innerhalb des Abgasrohrs ist ein in Richtung Unterstrom geschlossenes
Wärmespeicherrohr
angeordnet, welches seinerseits den Katalysator umgibt. Das Wärmespeicherrohr
umgibt dabei jedoch nicht nur den Katalysator, sondern erstreckt
sich vielmehr sehr weit in Richtung Oberstrom, so dass ein Abgas,
welches zunächst
den Katalysator durchströmt,
zurück
in Richtung Oberstrom geleitet wird, und zwar infolge der Ausdehnung
des Wärmespeicherrohrs
so weit von dem Katalysator weg, dass es auf dieser Strecke deutlich
abkühlen wird.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zu schaffen, mit denen der Katalysator schneller erwärmt wird,
um Abgasemissionen zu verringern.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft in einer Ausführungsform ein Verfahren zur
Reduktion von Abgasemissionen aus einer Katalysatorvorrichtung eines
Fahrzeugs, wobei die Vorrichtung zumindest einen Katalysator um fasst,
wobei jeder einen innerhalb einer vordefinierten Länge des
Fahrzeugs angeordneten Katalysator-Wabenkörper aufweist. Das Verfahren
umfasst, dass Abgas derart geleitet wird, dass es die vordefinierte
Länge durch
zumindest einen von dem zumindest einen Katalysator-Wabenkörper mehr
als einmal durchströmt.
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Die
Erfindung betrifft in einer weiteren Ausführungsform ein Verfahren zur
Reduktion von Abgasemission aus einer Katalysatorvorrichtung mit
einem Katalysator, der einen Katalysatoroberflächenbereich aufweist, dem das
Abgas ausgesetzt ist, während
es die Vorrichtung durchströmt.
Das Verfahren umfasst, dass eine Übertragung von Wärme, die in
dem Abgas verbleibt, nachdem es dem Katalysatoroberflächenbereich
ausgesetzt war, zu dem Katalysatoroberflächenbereich bewirkt wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst eine Katalysatorvorrichtung in einem Kraftfahrzeug zumindest
einen Katalysator, wobei jeder von dem zumindest einen Katalysator
einen innerhalb einer vordefinierten Länge des Fahrzeugs angeordneten Katalysator-Wabenkörper aufweist.
Die Vorrichtung umfasst auch zumindest ein Leitelelement, welches Abgas
aus dem Motor derart leitet, dass es mehr als einmal die vordefinierte
Länge durch
zumindest einen von dem zumindest einen Katalysator-Wabenkörper durchströmt.
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In
noch einer weiteren Ausführungsform
umfasst eine Katalysatorvorrichtung einen Katalysator mit einem
Katalysatoroberflächenbereich,
dem Abgas ausgesetzt ist, während
es die Vorrichtung durchströmt.
Die Vorrichtung umfasst auch zumindest ein Leitelement, das eine Übertragung
von Wärme,
die in dem Abgas nach dem Ausgesetztsein gegenüber dem Katalysatoroberflächenbereich
verbleibt, zu dem Katalysatoroberflächenbereich bewirkt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben; in diesen zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
einer Katalysatorvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
graphische Darstellung, die Abgasströmungs- und Temperaturmuster
in Bezug auf eine Ausführungsform
einer Katalysatorvorrichtung veranschaulicht;
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3 eine
Längsschnittansicht
einer Katalysatorvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform;
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4A eine
perspektivische Ansicht einer Hülse
einer Katalysatorvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform;
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4B eine
perspektivische Ansicht einer Schale einer Katalysatorvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform;
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5 eine
Längsschnittansicht
einer Katalysatorvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform;
und
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6 eine
Längsschnittansicht
einer Katalysatorvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform.
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Die
folgende Beschreibung verschiedener Ausführungsform/en der vorliegenden
Erfindung ist rein beispielhafter Natur und soll in keiner Weise
die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen einschränken. Obwohl
verschiedene Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine Unterboden-Katalysatorvorrichtung
eines Kraftfahrzeuges beschrieben sind, sollte einzusehen sein, dass
die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Erfindung kann
in Verbindung mit einem oder mehreren Katalysator/en an verschiedenen
Positionen in einem Fahrzeug mit (einem) motornahen Katalysator/en,
(einem) Katalysator/en unter der Motorraumrückwand und (einem) an der Rückseite
angeordnete/n Katalysatoren realisiert werden, ohne aber darauf
beschränkt
zu sein. Es wird auch in Erwägung
gezogen, eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in einem Fahrzeug mit einem oder mehreren Katalysator/en
zusätzlich
zu einer solchen Ausführungsform
zu realisieren.
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Eine
Ausführungsform
einer Katalysatorvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug wird allgemein durch die Bezugsziffer 100 in 1 bezeichnet.
Die Vorrichtung 100 umfasst einen Katalysator 104 mit
einem äußeren Gehäuse 108.
Das Gehäuse 108 weist einen
Einlass 112 und einen Auslass 114 auf. Eine gasundurchlässige Dichtung 118 verbindet
den Gehäuseeinlass 112 mit
einem Eintragsrohr (nicht gezeigt), das Abgas von dem Fahrzeugmotor
in die Katalysatorvorrichtung 100 hinein trägt. Eine
Dichtung 122 verbindet den Gehäuseauslass 114 mit
einem Rohr (nicht gezeigt), das Abgas von der Katalysatorvorrichtung 100 zum
letztendlichen Austrag in die Luft trägt.
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In
dem Gehäuse 108 befindet
sich ein Katalysator-Wabenkörper 126,
eine honigwabenartige Struktur mit einer Vielzahl von Durchgängen und
Flächen
(nicht gezeigt) und mit einem oder mehreren Katalysatoren wie z.
B. Platin und/oder (einem) anderen solchen Katalysator/en, der/die
im Stand der Technik bekannt ist/sind, beschichtet. Der Katalysator-Wabenkörper 126 ist
zum Beispiel für
eine Drei-Wege-Umwandlung, d. h. zur Reduktion von Kohlenstoffmonoxid-,
Kohlenwasserstoff- und Stickoxidemissionen aufgebaut. Ein oberstromiger
Abschnitt 130 des Katalysator-Wabenkörpers 126 ist mit einem
Reduktionskatalysator beschichtet und ein unterstromiger Abschnitt 134 des
Katalysator-Wabenkörpers 126 ist
mit einem Oxidationskatalysator beschichtet, wie im Stand der Technik
bekannt. Der Katalysator-Wabenkörper 126 ist
in ein metallisches, z. B. Edelstahl-Fasergewebe 138 gehüllt und
ist lose (was eine Bewegung zulässt)
mit dem Gehäuseeinlass 112 verbunden.
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Eine
Metallschale 142 ist durch Bügel 146 über einem
unterstromigen Ende 150 und einer Seitenwand 154 des
Katalysator-Wabenkörpers 126 angeordnet.
Die Schale 142 umgibt den Katalysator-Wabenkörper 126,
wobei Raum 158 zwischen dem Katalysator-Wabenkörper 126 und
der Schale 142 frei bleibt, und wobei Raum 162 zwischen
der Schale 142 und dem Gehäuse 108 freibleibt.
Eine Seitenwand 166 der Schale 142 endet derart
relativ zu einer Stirnwand 170 des Gehäuses 108, dass die Räume 158 und 162 kontinuierlich
sind. Ein optionaler Ring 174 umgibt einen Hals 180 des
Katalysators und trifft auf das Gehäuse 108, um die Abgasströmung zu
leiten wie unten stehend weiter beschrieben.
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In
Betrieb strömt
Abgas von dem Fahrzeug durch den Einlass 112, tritt in
den Katalysator-Wabenkörper 126 ein
und wird dem/den Katalysatoren, mit dem/denen der Katalysator-Wabenkörper 126 beschichtet
ist, ausgesetzt. Der Abgasstrom bewegt sich im Allgemeinen in einer
unterstromigen Richtung und tritt aus dem Katalysator-Wabenkörper aus.
Die Schale 142 leitet den Abgasstrom derart, dass er außerhalb
des Katalysator-Wabenkörpers 126 in
einer im Allgemeinen oberstromigen Richtung entlang des Katalysator-Wabenkörpers 126 und
innerhalb der Schale 142 zurück strömt. Abgas, das auf die vorstehende
Art und Weise oberstromig umgelenkt wird, wird neuerlich zum Beispiel
durch den Ring 174 und/oder eine Stirnwand des Gehäuses 108 umgelenkt.
Der umgelenkte Abgasstrom bewegt sich im Allgemeinen in der unterstromigen
Richtung, entlang und zwischen der Schale 142 und dem Gehäuse 108. Der
Abgasstrom tritt dann aus dem Gehäuse 108 über den
Auslass 114 aus.
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2 veranschaulicht
ein Strömungs-
und Temperaturmuster 200 von Abgas, das zum Beispiel die
Katalysatorvorrichtung 100 durchströmt. Es sollte allgemein angemerkt
werden, dass 2 nicht nur die in 1 gezeigte
Ausführungsform
darstellt, sondern auch weitere Ausführungsformen wie weiter unten
beschrieben darstellt. Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 1 und 2 kann
Abgas, das sich im Allgemeinen unterstromig innerhalb des Katalysator-Wabenkörpers 126 bewegt,
als sich innerhalb eines zentralen Kerns 204 bewegend dargestellt
werden und ist sehr heiß im
Vergleich mit dem Abgas, das sich durch andere Abschnitte der Katalysatorvorrichtung 100 bewegt.
Abgas, das sich im Allgemeinen oberstromig innerhalb der Schale 142 bewegt,
kann so gesehen werden, dass es in einem inneren Ring 208 um
den Kern 204 strömt.
Abgas, das sich in dem Ring 208 bewegt, neigt dazu, eine
beträchtliche
Menge an Wärme
zu tragen. Abgas, das sich im Allgemeinen unterstromig außerhalb
der Schale 142 bewegt, strömt in einem äußeren Ring 212.
Abgas in dem äußeren Ring 212 ist
kühler
als Abgas, das sich in dem zentralen Kern 204 und dem inneren
Ring 208 bewegt, neigt aber immer noch dazu, Wärme zu tragen, von
der zumindest etwas dazu neigt, zu dem inneren Ring 208 über die
Metallschale 142 übertragen
zu werden.
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Der
innere Ring 208 und der äußere Ring 212 neigen
dazu, zu Wärme
in dem zentralen Kern 204 beizutragen und diese zu erhalten.
Es kann beobachtet werden, dass Wärme, die durch Abgas in den inneren
und äußeren Ringen 208 und 212 getragen wird,
in Richtung des Kerns 204 strahlt, wodurch die in dem Kern 204 ablaufende
Katalyse beschleunigt wird.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer Katalysatorvorrichtung ist allgemein durch die Bezugsziffer 300 in 3 bezeichnet.
Die Vorrichtung 300 umfasst einen Katalysator 304 mit
einem äußeren Gehäuse 308.
Das Gehäuse 308 weist
einen Einlass 312 und einen Auslass 314 auf. Eine
gasundurchlässige
Dichtung 318 verbindet den Gehäuseeinlass 312 mit
einem Eintragsrohr (nicht gezeigt), das Abgas von dem Fahrzeugmotor
in die Katalysatorvorrichtung 300 hinein trägt. Eine
Dichtung 322 verbindet den Gehäuseauslass 314 mit
einem Rohr (nicht gezeigt), das Abgas von der Katalysatorvorrichtung 300 zum
letztendlichen Austrag in die Luft trägt.
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In
dem Gehäuse 308 befindet
sich ein Katalysator-Wabenkörper 326 mit
einer Vielzahl von Durchgängen
und Flächen
(nicht gezeigt), die mit einem oder mehreren Katalysator/en wie
z. B. Platin und/oder (einem) anderen solchen Katalysator/en beschichtet
sind. Der Katalysator-Wabenkörper 326 ist
für eine
Drei-Wege-Umwandlung in einer bidirektionalen Abgasströmung aufgebaut.
Im Speziellen ist ein oberstromiger Abschnitt 330 des Katalysator-Wabenkörpers mit
einem Reduktionskatalysator beschichtet, ein mittlerer Abschnitt 332 ist
mit einem Oxidationskatalysator beschichtet, und ein unterstromiger
Abschnitt 334 ist ebenfalls mit einem Reduktionskatalysator
beschichtet. Der Katalysator-Wabenkörper 326 ist in ein
Metall-, z. B. Edelstahl-Fasergewebe 338 eingehüllt. Eine
hohle kegelstumpfförmige Metallhülse 340 verbindet
den Gehäuseeinlass 312 fluidmäßig mit
dem Katalysator-Wabenkörper 326. Ein
oberer Rand 342 der Hülse 340 ist
zu dem Gehäuse 308 hin
abgedichtet, so dass das gesamte durch den Einlass 312 strömende Abgas
in den Katalysator-Wabenkörper 326 hinein
strömt.
Ein unterer Rand 344 der Hülse 340 ist auf das
Drahtgewebe 338 über
ein oberstromiges Ende 346 des Katalysator-Wabenkörpers 326 geschweißt. Die
Hülse 340 leitet
den Abgasstrom in Richtung eines Querschnittsbereiches 348 innerhalb
des Katalysator-Wabenkörpers 326.
Wie ersichtlich, ist die Größe eines solchen
Querschnittsbereiches durch die Größe und Form der Hülse 340 bestimmt,
die den Eintritt des Abgasstroms in den Katalysator-Wabenkörper 326 hinein
beeinflussen und somit das/die Muster der Abgasströmung innerhalb
des Katalysator-Wabenkörpers 326 beeinflussen
können.
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Eine
Metallschale 350 ist auf das Drahtgewebe 338 über ein
unterstromiges Ende 352 des Katalysator-Wabenkörpers 326 geschweißt. Die
Schale 350 bedeckt das gesamte unterstromige Ende 352, obwohl
weitere Ausführungsformen
betrachtet werden, in denen die Schale 350 das unterstromige Ende 352 nur
teilweise bedeckt.
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In
Betrieb durchströmt
Abgas von dem Fahrzeug den Einlass 312 und die Hülse 340,
tritt in den Katalysator-Wabenkörper 326 ein
und wird dem/den Katalysator/en, der/die den Katalysator-Wabenkörper 326 bedeckt/bedecken,
ausgesetzt. Der Abgasstrom bewegt sich im Allgemeinen in einer unterstromigen
Richtung in Richtung der Schale 350. Die Schale 350 leitet
den Abgasstrom innerhalb des Katalysator-Wabenkörpers 326 zurück, wo sich
der Abgasstrom im Allgemeinen in einer oberstromigen Richtung bewegt
und wieder dem/den Katalysator/en ausgesetzt ist. Abgas, das auf
die vorstehende Art und Weise oberstromig umgelenkt wurde, tritt
aus dem Katalysator-Wabenkörper 326 durch
das oberstromige Ende 346 des Katalysator-Wabenkörpers um
den unteren Rand 344 der Hülse 340 herum aus. Die
Hülse 340 und
eine Stirnwand 354 des Gehäuses 308 leiten den
Abgasstrom im Allgemeinen in der unterstromigen Richtung entlang
des Gehäuses 308. Das
Abgas tritt dann aus dem Gehäuse 308 über den Auslass 314 aus.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 und 3 kann der
relativ heiße
zentrale Kern 204 so verstanden werden, dass er Abgas darstellt,
das sich im Allgemeinen unterstromig innerhalb des Katalysator-Wabenkörpers 326 bewegt.
In der vorliegenden Ausführungsform
neigt der Kern 204 dazu, im Querschnittsbereich flächengleich
mit dem zum Beispiel durch die Größe und Form der Hülse 340 wie
oben beschrieben bestimmten Querschnittsbereich 348 zu sein.
Der innere Ring 208 kann so verstanden werden, dass er
Abgas darstellt, das sich im Allgemeinen oberstromig innerhalb des
Katalysator-Wabenkörpers 326 bewegt
und den durch den zentralen Kern 204 dargestellten Abgasstrom
umgibt. Der äußere Ring 212 kann
so verstanden werden, dass er Abgas darstellt, das sich im Allgemeinen
unterstromig außerhalb
des Katalysator-Wabenkörpers 326 bewegt. Abgas
in dem äußeren Ring 212 ist
kühler
als Abgas, das sich in dem zentralen Kern 204 und dem Ring 208 bewegt,
trägt aber
noch immer Wärme,
von der zumindest etwas zu dem inneren Ring 208 übertragen
werden kann.
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Es
kann beobachtet werden, dass Wärme, die
durch Abgas in dem äußeren Ring 212 und
dem inneren Ring 208 getragen wird, in Richtung des zentralen
Kerns 204 strahlt, wodurch die in dem Kern 204 ablaufende
Katalyse beschleunigt wird. Wärme von
dem äußeren Ring 212 wird
zu dem inneren Ring 208 übertragen, wodurch die in dem
inneren Ring 208 und dem zentralen Kern 204 ablaufende
Katalyse beschleunigt wird. Die Metallhülse 340 und die Schale 350 neigen
auch dazu, zu der Übertragung von
Wärme zu
dem zentralen Kern 204 beizutragen.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer Hülse ist
in 4A allgemein durch die Bezugsziffer 400 bezeichnet.
Die Hülse 400 weist
eine angefederte Klappe 404 auf, die in Ansprechen auf
einen Abgasdruck öffnet
oder schließt.
Somit kann sich die Klappe 404 zum Beispiel öffnen, um
einen Abgasgegendruck abzulassen. Eine weitere Ausführungsform
einer Schale ist allgemein durch die Bezugsziffer 450 in 4B bezeichnet.
Die Schale 450 weist eine angefederte Klappe 454 auf,
die in Ansprechen auf einen Abgasdruck öffnet oder schließt und sich
somit öffnen
kann, um einen Abgasgegendruck abzulassen.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer Katalysatorvorrichtung ist in 5 allgemein
durch die Bezugsziffer 500 bezeichnet. Die Vorrichtung 500 umfasst
einen Katalysator 504 mit einem äußeren Gehäuse 508. Das Gehäuse 508 weist
einen Einlass 512 und einen Auslass 514 auf. Eine
gasundurchlässige
Dichtung 518 verbindet den Gehäuseeinlass 512 mit
einem Eintragsrohr (nicht gezeigt), das Abgas von dem Fahrzeugmotor
in die Katalysatorvorrichtung 500 hinein trägt. Eine
Dichtung 522 verbindet den Gehäuseauslass 514 mit
einem Rohr (nicht gezeigt), das Abgas von der Katalysatorvorrichtung 500 zum
letztendlichen Austrag in die Luft trägt.
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Im
Inneren des Gehäuses 508 befindet
sich ein Katalysator-Wabenkörper 526 mit
einer Vielzahl von Durchgängen
und Flächen
(nicht gezeigt), die mit einem oder mehreren Katalysator/en wie
z. B. Platin und/oder (einem) anderen solchen Katalysator/en, beschichtet
sind. Der/die Katalysatoren ist/sind zum Beispiel wie vorstehend
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben angeordnet. Der
Katalysator-Wabenkörper 526 ist
in ein Metall-, z. B. Edelstahl-Fasergewebe 536 eingehüllt und
ist bündig
mit oder nahe an einer Innenwand 538 des Gehäuses 508 angeordnet.
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Eine
hohle zylinderförmige
Metallhülse 540 verbindet
den Gehäuseeinlass 512 fluidmäßig mit dem
Katalysator-Wabenkörper 526.
Ein oberer Rand 542 der Hülse 540 ist zu dem
Gehäuse 508 hin
abgedichtet, so dass sich das gesamte durch den Einlass 512 strömende Abgas
in den Katalysator-Wabenkörper 526 hinein
bewegt. Ein unteres Ende 544 der Hülse 540 ist an das
Drahtgewebe 536 über
ein oberstromiges Ende 546 des Katalysator-Wabenkörpers 526 geschweißt. Die
Hülse 540 leitet
den Abgasstrom in Richtung eines Querschnittsbereiches 548 innerhalb
des Katalysator-Wabenkörpers 526.
Es ist allgemein anzumerken, dass verschiedene Ausführungsformen
Hülsen
umfassen können,
die Formen und Abmessungen aufweisen, welche sich von den hierin
beispielhaft dargestellten unterscheiden.
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Eine
Metallschale 550 ist an einem unterstromigen Ende 552 des
Katalysator-Wabenkörpers 526 durch
Metallbügel 554 angebracht
oder kann an das Drahtgewebe 536 über ein unterstromiges Ende 556 des
Katalysator-Wabenkörpers 526 geschweißt sein. Die
Schale 550 bedeckt teilweise das unterstromige Ende 556 des
Katalysator-Wabenkörpers.
Es ist einzuse hen, dass die Schale 550 auf vielerlei Art
und Weise dimensioniert und/oder geformt sein kann und dadurch den
Strom von Abgas wie nachstehend beschrieben beeinflusst.
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In
Betrieb strömt
Abgas von dem Fahrzeug durch den Einlass 512 und die Hülse 540,
tritt in den Katalysator-Wabenkörper 526 ein
und wird dem/den Katalysator/en, mit dem/denen der Katalysator-Wabenkörper 526 beschichtet
ist, ausgesetzt. Das Abgas bewegt sich im Allgemeinen in einer unterstromigen
Richtung zu der Schale 550 hin, die Abgas innerhalb des
Katalysator-Wabenkörpers 526 zurück leitet.
Das Abgas bewegt sich im Allgemeinen in einer oberstromigen Richtung
und wird noch einmal dem/den Katalysator/en ausgesetzt. Abgas, das oberstromig
in der vorstehend beschriebenen Art und Weise umgelenkt wurde, verlässt den
Katalysator-Wabenkörper 526 durch
das oberstromige Ende 546 des Katalysator-Wabenkörpers und
um den unteren Rand 544 der Hülse 540 herum. Die
Hülse 540 und
eine Stirnwand 560 des Gehäuses 508 leiten das Abgas
im Allgemeinen unterstromig innerhalb des Katalysator-Wabenkörpers 526.
Dann tritt das Abgas aus dem Katalysator-Wabenkörper 526 um die Schale 550 herum
aus und tritt über
den Auslass 514 aus dem Gehäuse 508 aus. Somit
wird in der vorliegenden Ausführungsform
Abgas dreimal dem/den Katalysator/en ausgesetzt, bevor es aus der
Vorrichtung 500 austritt.
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Unter
Bezugnahme auf die 2 und 5 kann der
relativ heiße
zentrale Kern 204 so verstanden werden, dass er Abgas darstellt,
das sich im Allgemeinen unterstromig innerhalb des Katalysator-Wabenkörpers 526 durch
den Querschnittsbereich 548 bewegt. Der innere Ring 208 stellt
Abgas dar, das sich im Allgemeinen oberstromig innerhalb des Katalysator-Wabenkörpers 526 bewegt
und den durch den zentralen Kern 204 dargestellten Abgasstrom
umgibt. Der äußere Ring 212 stellt
Abgas dar, das sich im Allgemeinen unterstromig innerhalb des Katalysator-Wabenkörpers 526 um
das durch den inneren Ring 208 dargestellte Abgas herum
bewegt.
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Abgas,
das sich in dem den Kern 204 umgebenden inneren Ring 208 und äußeren Ring 212 bewegt,
neigt dazu, Wärme
in dem Kern 204 zu bewahren, wodurch die in dem Kern 204 und
dem inneren Ring 208 ablaufende Katalyse beschleunigt wird.
Die Metallhülse 540 und
die -schale 550 neigen auch dazu, zu der Übertragung
von Wärme
zu dem zentralen Kern 204 beizutragen.
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Eine
noch weitere Ausführungsform
einer Katalysatorvorrichtung ist allgemein in 6 durch die
Bezugsziffer 600 bezeichnet. Die Vorrichtung 600 umfasst
mehrere, z. B. zwei Katalysatoren 604 und 608.
Der Katalysator 604 umfasst ein äußeres Gehäuse 612 mit einem
Einlass 614 und einem Auslass 616. Ein Einlassrohr 618 verbindet
den Einlass 614 mit einer Reihe von Zylindern (nicht gezeigt)
des Fahrzeugmotors. Ein Auslassrohr 620 trägt Abgas von
dem Gehäuse 612 zum
letztendlichen Austrag in die Luft.
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Der
Katalysator 608 umfasst ein äußeres Gehäuse 632 mit einem
Einlass 634 und einem Auslass 636. Ein Einlassrohr 638 verbindet
den Einlass 634 mit einer Reihe von Zylindern (nicht gezeigt)
des Fahrzeugmotors. Ein Auslassrohr 640 trägt Abgas von
dem Gehäuse 632 zum
letztendlichen Austrag in die Luft. Ein jeder von den Katalysator-Wabenkörpern 644 in
den Gehäusen 604 und 608 weist
eine Vielzahl von Durchgängen
und Flächen
(nicht gezeigt) auf, die mit einem oder mehreren Katalysatoren wie
z. B. Platin und/oder (einem) anderen solchen Katalysator/en, z.
B. wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben,
beschichtet sind.
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Die
Einlassrohre 618 und 638 sind durch ein oberstromiges
Bypass-Rohr 650 verbunden. Ein unterstromiges Bypass-Rohr 654 verbindet
das Auslassrohr 620 mit dem Einlassrohr 638 unterstromig des
oberstromigen Bypass-Rohres 650. Ein Ventil 660 in
dem Auslassrohr 620 ist unterstromig von dort angeordnet,
wo das Auslassrohr 620 mit dem unterstromigen Bypass-Rohr 654 verbunden
ist. Ein Ventil 664 in dem Einlassrohr 638 ist
unterstromig von dort, wo das Einlassrohr 638 mit dem oberstromigen
Bypass-Rohr 650 verbunden ist, und oberstromig von dort,
wo das unterstromige Bypass-Rohr 654 mit dem Einlassrohr 638 verbunden
ist, angeordnet. Ein Ventil 668 in dem unterstromigen Bypass-Rohr 654 ist
unterstromig des Ventils 664 angeordnet. Die Ventile 660, 664 und/oder 668 können zum
Beispiel solenoidbetätigte
und/oder unterdruckgesteuerte Ventile wie im Stand der Technik bekannt
sein.
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Die
Ventile 660, 664 und/oder 668 sind zum Beispiel
durch ein Motorsteuergerät
(nicht gezeigt) gesteuert, um die Katalysatoren 604 und 608 zwischen
parallelem Betrieb und Reihenbetrieb zu schalten. Im Speziellen
werden für
den parallelen Betrieb die Ventile 660 und 664 in
eine offene Stellung geschaltet, während das Ventil 668 geschlossen
geschaltet wird. Abgas strömt
dann von den Motorreihen in parallelen Strömungsflüssen durch die zugehörigen Katalysatoren 604 und 608.
Für einen
Reihenbetrieb sind die Ventile 660 und 664 geschlossen geschaltet
und das Ventil 668 ist in eine offene Stellung geschaltet.
Abgas, das durch das Einlassrohr 638 strömt, wird
dann durch das oberstromige Bypass-Rohr 650 und in den
Katalysator 604 hinein geleitet. Das Abgas strömt durch
das unterstromige Bypass-Rohr 654, durch den Katalysator 608 und
durch das Auslassrohr 640.
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Die
oben stehende Schaltanordnung kann zum Beispiel in Ansprechen auf
unterschiedliche Motorlastzustände,
Motordrehzahlen, Luftansaugung und/oder andere Zustände in Bezug
z. B. auf Abgasdruck und/oder Katalysatortemperatur aktiviert werden.
Zum Beispiel neigt/neigen der/die Katalysator/en in den Katalysatoren 604 und 608 dazu,
während
eines Kaltstarts kalt zu sein, und der Abgasdruck neigt dazu, im
Vergleich mit einem Abgasdruck während
eines stationären
Motorbetriebes niedrig zu sein. Somit werden in einer Ausführungsform
die Ventile 660, 664 und/oder 668 für eine vorbestimmte Zeit,
z. B. für
etwa sechzig Sekunden, nach dem Motorstart auf Reihenbetrieb geschaltet.
Abgas strömt von
beiden den Katalysatoren 604 und 608 zugehörigen Motorreihen
in den Katalysator 604 hinein. Es ist einzusehen, dass
der Betrieb der Katalysatoren 604 und 608 in Reihe
etwa das doppelte Abgasvolumen in den Katalysator 604 hinein
zulässt,
bei etwa der doppelten Geschwindigkeit, wie es während eines parallelen Betriebes
der Katalysatoren 604 und 608 der Fall wäre. Es ist
auch einzusehen, dass Wärme von
dem Abgas bewirkt, dass der/die Katalysator/en in dem Katalysator 604 rascher
erwärmt
wird/werden, als dies während
eines parallelen Betriebes der Katalysatoren 604 und 608 der
Fall wäre.
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Wenn
z. B. der Motor warm gelaufen ist, ist/sind der/die Katalysatoren
relativ heißer
und der Motorabgasdruck ist höher
als während
eines Kaltstarts. Die Katalysatoren 604 und 608 können dann über die
Schaltanordnung auf parallelen Betrieb geschaltet werden wie vorstehend
beschrieben.
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Jede
der Katalysatorvorrichtungen 100, 300, 500 und 600 kann
als beispielhafte Veranschaulichung eines Verfahrens zur Reduktion
von Abgasemission aus einer Katalysatorvorrichtung eines Fahrzeugs
angesehen werden. Jeder Katalysator der vorstehenden Katalysatorvorrichtung
weist einen Katalysator-Wabenkörper
auf, der innerhalb einer vordefinierten Länge des Fahrzeugs angeordnet
ist. Solch ein Verfahren umfasst das derartige Leiten von Abgas,
dass es die vordefinierte Länge
durch zumindest einen von dem/den Katalysator-Wabenkörper/n mehr als
einmal durchströmt.
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Die
oben beschriebene Katalysatorvorrichtung kann die Geschwindigkeit
der Gaspartikel-Umwandlungsreaktionen beschleunigen und somit in
einem sehr raschen Anspringen des Katalysatorsystems resultieren.
Da die Gase dem Oberflächenbereich
des Katalysatormaterials für
längere
Zeitspannen ausgesetzt sind als in Katalysatoren nach dem Stand
der Technik, wird die Wärmeübertragung
zu dem Katalysatormaterial erhöht.
Diese Wärme
wäre bisher
durch ein Abgasrohr des Fahrzeuges verloren gegangen.
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Wenn
eine Ausführungsform
der obigen Katalysatorvorrichtung als ein Unterboden-Katalysator verwendet
wird, kann eine Notwendigkeit für
einen oder zwei motornahe Katalysator/en eliminiert werden. Somit
wird der Rückströmungsdruck
verringert, und die Kosten für
in solchen Katalysatoren verwendete wertvolle Metalle können eingespart
werden. Einfache Abwandlungen können
an vielen bestehenden Katalysatoren vorgenommen werden, um Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
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Zusammengefasst
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reduktion von Abgasemission
aus einer Katalysatorvorrichtung eines Fahrzeuges, wobei die Vorrichtung
zumindest einen Katalysator umfasst, wobei jeder von dem zumindest
einen Katalysator einen innerhalb einer vordefinierten Länge des
Fahrzeuges angeordneten Katalysator-Wabenkörper aufweist. Das Verfahren
umfasst, dass Abgas derart geleitet wird, dass es die vordefinierte
Länge durch
zumindest einen von dem zumindest einen Katalysator-Wabenkörper mehr
als einmal durchströmt.
Die Katalysatorvorrich tung kann die Katalysator-Umwandlungsreaktionen
beschleunigen und somit das Anspringen des Katalysatorsystems beschleunigen.