DE102008029761A1

DE102008029761A1 - Abgasreinigungskörper für eine Abgasreinigungseinrichtung, Kraftfahrzeug mit einem Abgasreinigungskörper und Verfahren zur Abgasreinigung

Info

Publication number: DE102008029761A1
Application number: DE102008029761A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Resch; Andreas Dr. Herr; Martina Dr. Gottschling; Andre Horn; Stefan Wendenburg; Arne Brömer; Harald Loeck
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2009-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgasreinigungskörper (10) für eine Abgasreinigungseinrichtung eines Abgasstrangs eines Verbrennungsmotors zur katalytischen Abgasreinigung unter Verwendung eines extern zuführbaren Reaktanten mit einer Abgaseintrittsseite (34) und einer Abgasaustrittsseite (36) und mit in einem Bereich zwischen Abgaseintrittsseite (34) und Abgasaustrittsseite (36) angeordneten Strömungskanälen (26) für das Abgas, die Reaktionszonen für das Abgas und den Rektanten aufweisen. Der Abgasreinigungskörper (20) zeichnet sich dadurch aus, dass ein oder mehrere Zufuhrkanäle (32) zur Zuführung von extern zuführbarem Reaktanten in die Strömungskanäle (26) vorgesehen sind, wobei die Zufuhrkanäle (32) mit einer Versorgungsleitung zur Versorgung mit Reaktant versehen sind und zwischen den Zufuhrkanälen (32) und zumindest einer Teilmenge der Strömungskanäle (26) Wände (44) vorgesehen sind, welche zumindest in Teilbereichen durchlässig für den Reaktanten sind und durch die Teilbereich der Wände (44) Reaktant in die genannte Teilmenge der Strömungskanäle (26) eintreten kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgasreinigungskörper für einen Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zur katalytischen Abgasreinigung, ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasreinigungskörper und ein Verfahren zur katalytischen Reinigung eines von einem Verbrennungsmotor emittierten Abgases.
Moderne Kraftfahrzeuge weisen zur Reinigung der Abgase, die von einem Verbrennungsmotor emittiert werden, im Abgasstrang eine Abgasreinigungseinrichtung auf. Die Abgasreinigungseinrichtung weist in der Regel einen katalytisch aktiven Abgasreinigungskörper auf. Aus der DE 198 26 384 A1 ist eine KFZ-Abgasanlage mit Katalysator bekannt, in der, in Strömungsrichtung des Abgases gesehen, ein erster Abgasreinigungskörper und ein zweiter Abgasreinigungskörper angeordnet sind.
Zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas kann im Abgasstrang der Abgasreinigungseinrichtung eine als SCR-Technologie (selective catalytic reduction) bezeichnete Technik eingesetzt werden. Die SCR-Technologie nutzt typischerweise Ammoniak (NH₃) als Reduktionsmittel zur Umwandlung der Stickoxide in einem Katalysator in Stickstoff und Wasserstoff. Dieser Ammoniak kann gasförmig mitgeführt werden, wird aber aufgrund seiner Toxizität üblicherweise in Form einer Vorläuferverbindung wie z. B. Harnstoff mitgeführt, aus der im Abgasstrang oder vor Eintritt in den Abgasstrang Ammoniak gewonnen wird. Harnstoff kann hierbei in fester Form, beispielsweise als Granulat oder Pellets oder in flüssiger Form als wässrige Harnstofflösung vorliegen. Bekannt ist eine hochreine, wasserklare, synthetisch hergestellte 32,5% Harnstofflösung, die unter dem Markennamen AdBlue (DIN 70070/AUS32) vermarktet und verwendet wird. Harnstoff ist geruchsfrei, ungiftig und biologisch unbedenklich. Harnstoff ist kostengünstig herstellbar, da es in großem Umfang industriell hergestellt wird und beispielsweise als Düngemittel in der Landwirtschaft oder als Feuchtigkeitsbinder in der Kosmetikindustrie eingesetzt wird.
Harnstoff wird vorzugsweise in einem Harnstoffbehälter in dem Kraftfahrzeug mitgeführt und in der Regel mittels einer Dosiervorrichtung unter Bildung eines Harnstoff-Aerosols in einen Trägergasstrom eingeleitet und auf diese Weise vor dem NO_x-Katalysator in den Abgasstrang eingebracht.
Aus der 10 2005 009 686 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, insbesondere zur Abgasreinigung, bei Dieselmotoren bekannt. Die Vorrichtung weist einen NO_x-Katalysator auf, der vom Harnstoff-SCR-Typ ist, und motornahe angeordnet ist. Der SCR-Katalysator arbeitet mit Harnstoff, bzw. mit einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel, die eine ausreichend lange Strecke vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang eingespritzt werden muss, damit eine ausreichende Durchmischung mit dem Abgas vor Eintritt in den Katalysator gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Zufuhr eines externen Reaktanten, beispielsweise Ammoniak, Wasserstoff, Sauerstoff oder Kohlenwasserstoffe, zur Abgasreinigung in den Abgasstrang eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Der erfindungsgemäße Abgasreinigungskörper für eine Abgasreinigungseinrichtung eines Abgasstrangs eines Verbrennungsmotors zur katalytischen Abgasreinigung unter Verwendung eines extern zuführbaren Reaktanten weist eine Abgaseintrittsseite und eine Abgasaustrittsseite und in einem Bereich zwischen Abgaseintrittsseite und Abgasaustrittsseite angeordnete Strömungskanäle für das Abgas auf, die Reaktionszonen für das Abgas und den Reaktanten enthalten. Der Abgasreinigungskörper zeichnet sich dadurch aus, dass ein oder mehrere Zufuhrkanäle zur Zufuhr von extern zuführbaren Reaktanten in die Strömungskanäle vorgesehen sind, wobei die Zufuhrkanäle mit einer Versorgungsleitung zur Versorgung mit Reaktant versehen sind und zwischen den Zufuhrkanälen und zumindest einer Teilmenge der Strömungskanäle Wände vorgesehen sind, welche zumindest in Teilbereichen für den Reaktanten durchlässig sind, dass durch die Teilbereiche der Wände der Reaktant in die genannte Teilmenge der Strömungskanäle eintreten kann. Der Reaktant wird durch die Versorgungsleitung in die Zufuhrkanäle eingespeist. Hierbei kann der Reaktant ein fluides, bevorzugt gasförmiges, Medium sein. Durch die für den Reaktanten durchlässigen Wände gelangt der Reaktant in die Strömungskanäle und kann sich direkt in den Strömungskanälen des Abgasreinigungskörpers mit dem Abgas vermischen. Hierdurch wird eine Zufuhr und eine Durchmischung des Reaktanten direkt in dem Abgasreinigungskörper ermöglicht, sodass im Abgasreinigungskörper die katalytische Reinigungsreaktion des Abgases erfolgen kann. Dadurch kann auf eine Durchmischungsstrecke vor dem Abgasreinigungskörper verzichtet werden und eine flexiblere Positionierung des Abgasreinigungskörpers im Abgasstrang wird ermöglicht. Außerdem können unerwünschte Nebenreaktionen, die in der Durchmischungsstrecke auftreten können, minimiert werden. Durch die Zufuhr des Reaktanten direkt in den Abgasreinigungskörper kann eine gleichförmige und gezielt strukturierte Dosierung über den Querschnitt und die Länge des Abgasreinigungskörpers erzielt werden.
In einer Ausgestaltung des Abgasreinigungskörpers ist eine Untermenge der Strömungskanäle als Zufuhrkanäle ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Abgasreinigungskörpers weisen die Kanäle der Untermenge jeweils einen in Strömungsrichtung oberen und unteren Verschluss auf, und die Versorgungsleitung weist einen Einmündungsbereich in einem Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Verschluss in den Zufuhrkanal auf. Dadurch kann ein in Strömungsrichtung gesehen abgeschlossenes Volumen des Zufuhrkanals gebildet werden, das lediglich die Zufuhröffnung aufweist. Der Zufuhrkanal weist ansonsten bevorzugt dieselbe geometrische Gestalt wie der Strömungskanal auf. Der Unterschied zwischen beiden liegt darin, dass der Zufuhrkanal in Strömungsrichtung gesehen an der Abgaseintrittsseite und der Abgasaustrittsseite verschlossen ist. Die Versorgungsleitung ist hierbei an einer von der Abgaseintrittsseite und der Abgasaustrittsseite verschiedenen Seite des Zufuhrkanals angeordnet. Die Seite an der die Zufuhröffnung angeordnet ist, liegt bevorzugt nicht an der Seitenwand zwischen dem jeweiligen Strömungskanal und dem Zufuhrkanal. Der Reaktant kann in das Volumen des Zufuhrkanals eintreten, füllt das Volumen aus und gelangt durch die Wände in die benachbarten Strömungskanäle. Die Wände sind hierbei typischerweise poröse Wände, die für fluide Reaktanten durchlässig sind – beispielsweise aus einem porösen Keramikmaterial hergestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Abgasreinigungskörpers sind die Strömungskanäle in Reihen angeordnet. Hierbei können zwischen den Reihen mit Strömungskanälen, die durchgehend sind, solche mit verschlossenen Stirnseiten angeordnet sein. Hierbei kann jeweils ein Zufuhrkanal benachbart zu zwei Strömungskanälen angeordnet sein, sodass jeder zweite oder dritte Strömungskanal ein Zufuhrkanal ist. Hierbei sind die Hälfte bzw. ein Drittel der Kanäle als Zufuhrkanäle ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Abgasreinigungskörpers ist der Einmündungsbereich als Durchbohrung oder Durchbruch der Wände der Reihe ausgebildet. Hierdurch ist eine Versorgungsleitung durchgängig für eine Reihe benachbart angeordneter Zufuhrkanäle verwendbar. Die Zufuhrkanäle stellen Zellen dar, die in einer Reihe angeordnet sind und deren Wände zumindest teilweise durchbrochen sind. Der Reaktant tritt an der mit der Versorgungsleitung verbunden Zelle in diese ein und gelangt von Zelle zu Zelle durch die jeweilige Durchbohrung. Aus jeder Zelle kann der Reaktant durch die porösen Wände in den jeweils benachbarten Strömungskanal gelangen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Abgasreinigungskörpers ist zumindest in einem Teilbereich der Strömungskanäle ein katalytisch aktives Material eingebracht. Das katalytische Material kann als Beschichtung auf die Innenwände der Strömungskanäle aufgebracht sein. Es kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Wände selbst zumindest teilweise aus einem katalytisch aktiven Material gebildet sind.
Bevorzugt ist der Abgasreinigungskörper als Wabenkörper ausgebildet, wobei die Strömungskanäle und die Zufuhrkanäle die Kanäle des Wabenkörpers sind. Zumindest ein Teil der Zwischenwände des Wabenkörpers ist für den Reaktanten durchlässig. Der Wabenkörper ist bevorzugt ein katalytisch aktiver Wabenkörper oder ein zumindest teilweise katalytisch beschichteter Wabenkörper. Hierbei sind die Wände zwischen den Strömungskanälen und der Teilmenge der Strömungskanäle, die an beiden Stirnseiten verschlossen sind, durchlässig für den Reaktanten, der in Form eines von einem Gastrom getragenen Aerosols oder einem Gasstrom vorliegt. Ein derartiges Medium wird im folgenden als fluides Medium bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Abgasreinigungskörpers ist der Abstand zwischen oberen und unteren Verschluss geringer als die Länge der Strömungskanäle. Hierbei ist das Volumen der zwischen den Verschlüssen gebildeten Zelle des jeweiligen Zufuhrkanals kleiner als das Volumen eines Strömungskanals für das Abgas. Die Zelle kann entlang des Strömungskanals an unterschiedlichen Orten längs der jeweiligen Wand verschoben angeordnet sein. Hierdurch ist der Ort des Eintritts des Reaktanten wählbar. Die Zelle kann in der Nähe des Abgaseintritts angeordnet sein. Somit ist die Durchmischung von Abgas und Reaktant in der Reaktionszone im Strömungskanal einstellbar. Bevorzugt ist die Zelle möglichst nahe an der Abgaseintrittsseite des Abgasreinigungskörpers angeordnet, damit der Reaktant möglichst nahe am Abgaseintritt in die Strömungskanäle strömen kann und eine lange Durchmischungsstrecke in den Strömungskanälen entstehen kann. Außerdem ist hierbei vorteilhaft, dass ein unkontrollierter Reaktantaustritt an der Austrittseite des Abgasreinigungskörpers vermieden werden kann.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist einen Abgasstrang auf, der einen erfindungsgemäßen Abgasreinigungskörper aufweist oder mit einem solchen versehen werden kann. Durch den erfindungsgemäßen Abgasreinigungskörper kann der Abgasstrang flexibler gestaltet werden. Beispielsweise ist eine Platzeinsparung realisierbar, da keine Durchmischungsstrecke vor dem Abgasreinigungskörper vorgesehen werden muss.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur katalytischen Reinigung eines von einem Verbrennungsmotor emittierten Abgases mit einem extern zuführbaren Reaktanten wird das Abgas durch einen in dem Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordneten Abgasreinigungskörper geleitet. Der Abgasreinigungskörper weist eine Abgaseintrittsseite und eine Abgasaustrittsseite für das Abgas und in einem Bereich zwischen Abgaseintrittsseite und Abgasaustrittsseite angeordnete Strömungskanäle mit Reaktionszonen für das Abgas und den Reaktanten auf. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass über ein oder mehrere Zufuhrkanäle ein extern zuführbarer Reaktant in die Strömungskanäle zugeführt wird, wobei die Zufuhrkanäle über eine Versorgungsleitung mit Reaktant versorgt werden, und der Reaktant tritt durch zwischen den Zufuhrkanälen und zumindest einer Teilmenge der Strömungskanäle angeordneten Wände, welche zumindest in Teilbereichen durchlässig für den Reaktanten sind, in die genannte Teilmenge der Strömungskanäle ein. Hierdurch wird der Reaktant direkt in den Abgasreinigungskörper eingeführt und durchmischt sich über eine Durchtrittsstrecke entlang der Wände zwischen den Strömungskanälen und den Zufuhrkanälen mit dem Abgas.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Zufuhrkanäle mit einer einzigen Versorgungsleitung versorgt. Die einzelnen Zufuhrleitungen sind hierbei mittels Durchbohrungen strömungstechnisch verbunden, sodass der Reaktant vom Eintritt in die mit der Versorgungsleitung verbundenen Zelle über die Durchbohrungen von Zelle zu Zelle transportiert werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Abgasreinigungskörpers und der Abgasreinigungseinrichtung, des Kraftfahrzeuges und des Verfahren zur Reinigung eines Abgases ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung näher beschrieben, aus denen sich auch unabhängig von der Zusammenfassung in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben.
1 ist eine Schnittdarstellung einer Abgasreinigungseinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Abgasreinigungskörper;
2 ist eine perspektivische, schematische Darstellung eines Wabenkörpers mit Strömungskanälen durch die Abgas hindurch strömen kann, sowie An- und Abströmseitig verschlossenen Kanälen, die eine Zufuhröffnung aufweisen;
3 ist eine perspektivische, schematische Darstellung eines Wabenkörpers in Seitenansicht mit Blick in die Zufuhröffnungen;
4 ist eine perspektivische, schematische Darstellung eines Wabenkörpers in Draufsicht;
5 ist eine perspektivische, schematische Darstellung des Wabenkörpers im Längsschnitt in der Ebene eines Strömungskanals;
6 ist eine perspektivische, schematische Darstellung in der Schnittebene längs der Erstreckungsrichtung der Strömungskanäle eines Wabenkörpers mit Blick in die Zufuhröffnungen;
7 ist eine schematische Darstellung der Strömungsverläufe von Abgas und Reaktant in einem Ausschnitt von neun Strömungskanälen aus einer Ausführungsform des Wabenkörpers wie in den 2 bis 6 dargestellt;
8 ist eine schematische Darstellung der Strömungsverläufe von Abgas und Reaktant in einem Ausschnitt von neun Strömungskanälen aus einer Ausführungsform des Wabenkörpers analog 7, wobei die abströmseitigen Verschlüsse der Zufuhrkanäle in Richtung Anströmseite verschoben sind;
9 ist eine schematische Darstellung der Strömungsverläufe von Abgas und Reaktant in einem Ausschnitt von neun Strömungskanälen aus einer Ausführungsform des Wabenkörpers analog 7, wobei die anströmseitigen Verschlüsse der Zufuhrkanäle in Richtung Abströmseite verschoben sind;
10 ist eine schematische Darstellung der Strömungsverläufe von Abgas und Reaktant in einem Ausschnitt von neun Strömungskanälen aus einer Ausführungsform des Wabenkörpers analog 7, wobei die anströmseitigen Verschlüsse der Zufuhrkanäle in Richtung Abströmseite und die abströmseitigen Verschlüsse der Zufuhrkanäle in Richtung Anströmseite verschoben sind.
1 zeigt eine schematische Darstellung als Schnittdarstellung einer Abgasreinigungseinrichtung 10. Die Abgasreinigungseinrichtung 10 weist ein Zufuhrrohr 12, ein Gehäuse 14, in dem eine Abgasreinigungskomponente 16 angeordnet ist, und ein Abfuhrrohr 18 auf. Die Abgasreinigungskomponente 16 kann einen katalytischen Abgasreinigungskörper 20 und/oder einen Partikelfilter 22 aufweisen. Hierbei kann der Abgasreinigungskörper 20 einstufig oder mehrstufig aufgebaut sein. Wenn der Abgasreinigungskörper 20 mehrstufig aufgebaut ist, können die Katalysatorstufen hintereinander in einem Gehäuse 14 oder in zwei oder mehr hintereinander angeordneten nicht dargestellten Gehäusen angeordnet sein. Optional kann auch die relative Position von Abgaskörper 20 und Partikelfilter vertauscht sein.
Abgas, das von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges abströmt, strömt durch das Zufuhrrohr 12 in den Abgasreinigungskörper 20, wird dort von schädlichen Bestandteilen gereinigt und verlässt die Abgasreinigungseinrichtung durch das Abfuhrrohr 18. Ist ein Partikelfilter 22 vorgesehen, strömt das Abgas durch den Abgasreinigungskörper 20 und den Partikelfilter 22 und verlässt die Abgasreinigungseinrichtung 10 durch das Abfuhrrohr 18.
Die Abgasreinigungseinrichtung 10 für einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs weist einen Abgasreinigungskörper 20 auf, der in 1 nicht gezeigte Strömungskanäle aufweist, durch die ein Abgas strömen kann, und der bevorzugt ferner hier ebenfalls nicht gezeigte, stirnseitig verschlossene Kanäle aufweist, die ein eingeschlossenes Volumen bilden, wobei das Volumen eine Zufuhröffnung aufweist, durch die ein Reaktant in das Volumen einleitbar ist, wobei zwischen einem Strömungskanal und einem stirnseitig verschlossenen Kanal jeweils eine nicht gezeigte für einen Reaktanten durchlässige Wand angeordnet ist.
Als Reaktant kann jedes für die Reaktion geeignete fluide Medium verwendet werden: Beispiele für einen Reaktanten sind NH₃, O₂, Luft oder Kohlenwasserstoffe.
2 zeigt einen Abgasreinigungskörper 20, der als Wabenkörper 24 ausgestaltet ist, in einer Ansicht von schräg oben. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in 1 bezeichnet. Der Wabenkörper 24 weist Strömungskanäle 26 auf, durch die das Abgas strömen kann. Die Strömungskanäle 26 sind in Reihen 28 angeordnet, sodass die Strömungskanäle 26 für Abgas in einer Dimension benachbart zueinander angeordnet sind. Typischerweise weisen die Strömungskanäle 26 eine rechteckige, insbesondere eine quadratische Querschnittsfläche 30 auf. Die Strömungskanäle 26 können aber auch eine sechseckige, kreisförmige oder ovale Querschnittsfläche aufweisen, sodass diese benachbart angeordnete Röhren bilden.
Zwischen Reihen 28 von Strömungskanälen 26 sind als Zufuhrkanäle bezeichnete Kanäle 32 angeordnet, die stirnseitig verschlossen sind. Das heißt an der dem Zufuhrrohr 16 zugewandeten Seite, die mit dem Pfeil 34 markiert ist, und der dem Abfuhrrohr 18 zugewandten Seite, die mit dem Pfeil 36 markiert ist, sind die Zufuhrkanäle 32 jeweils stirnseitig verschlossen. Die mit dem Pfeil 34 gekennzeichnete Stirnseite wird im Folgenden als Abgaszufuhrseite 34 bezeichnet und die mit dem Pfeil 36 gekennzeichnete Seite wird im Folgenden als Abgasabfuhrseite 36 bezeichnet. Die Zufuhrkanäle 32 weisen einen oberen Verschluss 38 und einen unteren Verschluss 40 auf. Hierdurch schließen die Zufuhrkanäle 32 eine Zelle ein, die ein Volumen aufweist, dessen Größe durch die Länge der Kanäle 32 und deren Querschnittsfläche 30 gegeben ist. Die Länge der Zelle und damit des Zufuhrkanals 32 kann der Länge der Strömungskanäle 26 entsprechen oder kürzer sein. Somit kann das Volumen eines Zufuhrkanals 32 gleich oder kleiner dem Volumen eines Strömungskanals 26 sein.
Die Position der Zelle kann entlang der Länge des Strömungskanals in Strömungsrichtung des Abgases gesehen unterschiedlich angeordnet sein. Siehe hierzu die Beschreibung zu den 7, 8, 9, und 10.
Die Strömungskanäle 26 können nebeneinander liegend in Reihen 28 oder Spalten angeordnet sein, wobei die Spalten und/oder Reihen 28 von Strömungskanälen 26 parallel zueinander angeordnet sind. Die stirnseitig und austrittseitig verschlossenen Kanäle 32 sind ebenfalls in Reihen 29 und/oder Spalten angeordnet, wobei die Reihen 29 und/oder Spalten von stirnseitig und austrittseitig verschlossenen Kanälen 32 jeweils zwischen den Reihen 28 und/oder Spalten der Strömungskanäle 26 angeordnet sind und jeweils durch eine durchlässige Wand 44 voneinander getrennt sind. So können beispielsweise Reihen 28 von Strömungskanälen 26 und Reihen 29 verschlossener Kanäle 32 abwechselnd angeordnet sein, oder sich beispielsweise Spalten von Strömungskanälen 26 mit Spalten von verschlossenen Kanälen 32 abwechseln.
Es sind verschiedene Positionen des oberen und des unteren Verschlusses 38, 40 vorgesehen. Der obere Verschluss 38 kann in der Nähe der Abgaseintrittsseite 34 angeordnet sein und der untere Verschluss 40 entfernt von der Abgasaustrittsseite 36. Dies hat den Vorteil, dass die Möglichkeit unkontrollierten Gasaustritts aus dem Zufuhrkanal an der Ausströmseite verringert wird und nach dem Eintritt des Reaktanten eine genügend lange Strecke bis zum Austritt des Abgases an der Abgasaustrittsseite 36 vorhanden ist. Es kann auch vorgesehen sein, sowohl den oberen Verschluss 38 als auch den unteren Verschluss 40 zu verschieben. Durch die Position der oberen und unteren Verschlüsse ergeben sich jeweils andere Ausführungsformen des Wabenkörpers 24. diese werden in den 7 bis 10 genauer beschrieben.
Die Zufuhrkanäle 32 weisen ferner eine Zufuhröffnung 42 auf, durch die Reaktanten, die mit schädlichen Komponenten des Abgases reagieren sollen, um diese aus dem Abgas zu entfernen, in die Zufuhrkanäle 32 geleitet werden kann. Die Zufuhröffnung 42 ist bevorzugt an einer seitlichen Wand 43 des Abgasreinigungskörpers 20 angeordnet. Die Zufuhrkanäle 32 sind von den Strömungskanälen 26 durch eine für den Reaktanten durchlässige Wand 44 getrennt. Hierdurch kann der Reaktant aus dem jeweiligen Zufuhrkanal 32 in die benachbart angeordneten Strömungskanäle 26 eintreten. Das Eintreten von Reaktanten kann auf der gesamten Länge des Zufuhrkanals 32 erfolgen, was zu einer guten Durchmischung des Abgases und des Reaktanten führt. Die Zufuhröffnung 42 ist mit einer nicht dargestellten Versorgungsleitung verbunden, durch die der Reaktant in den jeweiligen Zufuhrkanal 32 eingeleitet wird. Die seitliche Wand 43 und die Wand 44 sind unter einem Winkel, der bei einer quadratischen Querschnittsfläche 30 der Kanäle 26, 32 bevorzugt 90° beträgt, angeordnet und verlaufen in Strömungsrichtung des Abgases gesehen. Die Zufuhröffnungen 42 fluchten bevorzugt, sodass nur eine Versorgungsleitung vorgesehen sein muss und die einzelnen in einer Reihe 29 angeordneten Zufuhrkanäle 32 durchströmbar verbunden sind.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Wabenkörpers 24 in einer Seitenansicht mit Blick in die Zufuhröffnung 42. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 bezeichnet. Insofern wird auf die Beschreibung zu den 1 und 2 verwiesen. Es ist erkennbar, dass die Zufuhröffnungen 42 von in einer Reihe 29 angeordneten Zufuhrkanälen 32 fluchten. Die einander gegenüberliegenden Wände zwischen den Zufuhrkanälen weisen jeweils eine Durchbohrung bzw. einen Durchbruch auf.
4 zeigt eine schematische Darstellung des Wabenkörpers 24 in einer Draufsicht mit Blick von der dem Verbrennungsmotor zugewandten Anströmseite, die in den 1 bis 3 mit dem Pfeil 34 dargestellt ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in den 1 bis 3 bezeichnet. Es wird auf die Beschreibung der 1 bis 3 verwiesen. Es ist dargestellt, dass die Strömungskanäle 26 von der Anströmseite, durch die das Abgas in den Abgasreinigungskörper 20 eintritt, durchgehend bis zur Abströmseite, die in den 1 bis 3 mit dem Pfeil 36 bezeichnet ist, reichen. Ferner ist der obere Verschluss 38 in Draufsicht erkennbar. Es ist kein Blick in die Zufuhrkanäle 32 möglich, da diese durch den oberen Verschluss 38 verschlossen sind. Jedem Zufuhrkanal 32 sind zwei benachbart angeordnete Strömungskanäle 26 zugeordnet, die durch eine für den Reaktanten durchlässige Wand 44 getrennt sind. Somit wird jeder dritte Kanal für die Reaktantzufuhr verwendet. Die verbleibenden Kanäle sind offene Kanäle und werden somit als Strömungskanäle 26 verwendet. Auf Grund des gleichen Verlaufs der Zufuhrkanäle 32 und der Strömungskanäle 26 und der Tatsache, dass durch beide ein Medium strömt, können die Zufuhrkanäle 32 als eine Untermenge der Strömungskanäle 26 ausgebildet sein. Der einzige Unterschied besteht in dem oberen und dem unteren Verschluss 38, 40 der Zufuhrkanäle 32.
5 zeigt in schematischer Schnittdarstellung einen seitlich geöffneten Ausschnitt des Wabenkörpers 24. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in den 1 bis 4 bezeichnet und es wird auf die Beschreibung zu diesen Figuren verwiesen. Die Strömungskanäle 26 verlaufen durchgehend von der mit dem Pfeil 34 bezeichneten Anströmseite und der mit dem Pfeil 36 bezeichneten Abströmseite. Die Zufuhrkanäle 32 bilden eine Zelle, in die der Reaktant eingeleitet werden kann. Ferner ist die für den Reaktanten durchlässige Wand 44 gezeigt.
6 zeigt in schematischer Darstellung einen seitlich geöffneten Ausschnitt des Wabenkörpers 24. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 5 bezeichnet. Es ist erkennbar, dass die Zufuhrkanäle 32 und die Strömungskanäle 26 im Wesentlichen parallel in Strömungsrichtung des Abgases verlaufen. Ferner ist eine von einem Zufuhrkanal 32 gebildete Zelle erkennbar, die im Wesentlichen die Länge des Strömungskanals 26 aufweist. Das Volumen der Zelle ist um die mit dem Pfeil 48 bezeichnete Länge des oberen und des unteren Verschlusses 38 und 40 vermindert. Hierbei kann die als Länge bezeichnete Ausdehnung in Längsrichtung 48 für den oberen Verschluss 38 gleich dem für den unteren Verschluss 40 sein, oder auch unterschiedlich sein. Der Reaktant tritt durch die Wände 44 in den Hauptabgasstrom ein, der durch die Strömungskanäle 26 strömt.
7 zeigt in schematischer Querschnittsdarstellung eine Ausführungsform des Wabenkörpers 24 mit durchströmendem Abgas, wobei das einströmende Abgas mit den Pfeilen 50 und das abströmende Abgas mit den Pfeilen 52 bezeichnet ist. Gleiche Gegenstände sind mit gleichen Bezugsziffern wie in den 1 bis 6 bezeichnet und es wird zum Aufbau des Wabenkörpers 24 auf die Beschreibung dieser Figuren verwiesen.
Es sind neun Strömungskanäle 26, 32 dargestellt, wobei sechs von eintretendem Abgas 50 durchströmt werden, und die als Zufuhrkanäle 32 bezeichnete Untermenge der Strömungskanäle von dem Reaktanten durchströmt wird. Der Reaktant tritt durch die Zufuhröffnung 42 in den jeweiligen Zufuhrkanal 32 ein und tritt jeweils durch die für den Reaktanten durchlässige Wand 44 in die Strömungskanäle 26 ein. Die Strömungsrichtung des Reaktanten ist hierbei mit den Pfeilen 54 bezeichnet. Es ist erkennbar, dass der Reaktant an beliebigen Stellen durch die Wand 44 treten kann. Die Wand weist eine für den Durchtritt des Reaktanten ausreichend große Porosität auf. Dadurch, dass der Reaktant flächig entlang der ganzen Trennwand in den Abgasstrom treten kann, vermischt sich der Reaktant mit dem Abgas und die katalytische Reaktion kann in den Strömungskanälen 26 stattfinden.
Die Zufuhrkanäle 32 sind jeweils mit den oberen Verschlüssen 38 und den unteren Verschlüssen 40 verschlossen. Somit ist der Reaktant, der durch die Zufuhröffnung 42 in die Zufuhrkanäle 32 eintritt, gezwungen durch die Poren der Wand 44 in die Strömungskanäle 26 einzutreten.
8 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des Wabenkörpers 24 mit einer Reihe von neun Kanälen-Strömungskanäle 26 und Zufuhrkanäle 32. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den 1 bis 7 versehen. Die abströmseitigen Verschlüsse 40 sind in Richtung der mit dem Pfeil 34 bezeichneten Anströmseite verschoben. Und sind somit entfernt der Abgasaustrittsseite angeordnet. Hierdurch wird ein unkontrollierter Gasaustritt vermieden.
9 zeigt in schematischer Darstellung eine Reihe von neun Kanälen 26, 32 einer Ausführungsform des Wabenkörpers 24. Die anströmseitigen Verschlüsse 38 und die Zufuhröffnungen 42 sind in Richtung der Abströmseite 36 verschoben. Dadurch wird eine verlagerte Reaktionszone geschaffen, da der Reaktant bis kurz vor der mit dem Pfeil 36 bezeichneten Abströmseite in den Abgasstrom eintreten kann.
10 zeigt in schematischer Darstellung eine Reihe von neun Kanälen einer Ausführungsform des Wabenkörpers 24. Die anströmseitigen Verschlüsse 38 und die Zufuhröffnungen 42 sind in Richtung der Abströmseite verschoben. Die unteren Verschlüsse 40 sind in Richtung der Anströmseite 34 verschoben. Somit ist ein kleineres Volumen in den Zufuhrkanälen gebildet. Ferner ist der Ort des Eintritts des Reaktanten verlagert, verglichen mit dem der in den 7 bis 9.
Somit sind in den Ausführungsformen der Abgasreinigungskörper der 7 bis 10, in Längserstreckungsrichtung gesehen, stirnseitig verschlossene Kanäle 32 mit unterschiedlichen Volumina und Eintrittsorten des Reaktanten in den Abgasstrom vorgesehen. Die Volumina sind jeweils kleiner sind als das Volumen, das ein stirnseitig verschlossener Kanal 26, 32 mit einer Längserstreckung über eine komplette Länge der Strömungskanäle 26 beinhalteten würde.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen des Abgasreinigungskörpers 20 für die Abgasreinigungseinrichtung 10 ist vorgesehen, dass der Abgasreinigungskörper 20 Strömungskanäle 26 aufweist, durch die an einer motorseitigen Stirnseite 34 Abgas, das vom Verbrennungsmotor emittiert ist, eintreten kann, wobei zusätzliche, an einer motorseitigen Stirnseite 34 und an einer Austrittsstirnseite 36 verschlossene Kanäle 32 vorgesehen sind, die mindestens eine quer zur Längserstreckungsrichtung der Kanäle 26, 32 angeordnete Zufuhröffnung 42 für einen Reaktanten aufweisen, wobei jeweils zwischen den Strömungskanälen 26 und den stirnseitig verschlossenen Kanälen 32 eine durchlässige Wand 44 angeordnet ist, durch die der Reaktant von den stirnseitig verschlossenen Kanälen 32 in die Strömungskanäle 26 treten kann.
Das Verfahren zum Reinigen eines von einem Verbrennungsmotor emittierten Abgases, das durch eine Abgasreinigungseinrichtung 10 geleitet wird, umfasst die Schritte, dass das Abgas durch Strömungskanäle in einen Abgasreinigungskörper 20 der Abgasnachreinigungseinrichtung 10 strömt und in benachbart zu den Strömungskanälen 26 angeordneten Zufuhrkanälen 32 ein Reaktant zur Reaktion mit dem Abgas eingeleitet wird, wobei der Reaktant durch eine durchlässige Wand 44 in die Strömungskanäle 26 eintritt und die Abgasreinigungsreaktion stattfinden kann. Dadurch kann das Reduktionsmittel direkt in den Abgasreinigungskörper 20 und damit in den Katalysator eingeleitet werden und mischt sich vorteilhaft mit dem Abgas in dem Strömungskanälen 26.

10: Abgasreinigungseinrichtung
12: Abgaszufuhr, Abgaszufuhrrohr
14: Gehäuse
16: Abgasreinigungskomponente
18: Abgasabfuhr, Abgasabfuhrrohr
20: Katalysatorkörper, katalytischer Abgasreinigungskörper
22: Partikelfilter
24: Wabenkörper
26: Strömungskanal
28: Reihe von Strömungskanälen
29: Reihe von Zufuhrkanälen 32
30: Querschnittsfläche eines Strömungskanals 26
32: Zufuhrkanal
34: Abgaseintrittsseite, Pfeil, der die Abgaseintrittsseite bezeichnet
36: Abgasaustrittsseite, Pfeil, der die Abgaseintrittsseite bezeichnet
38: oberer Verschluss
40: unterer Verschluss
42: Zufuhröffnung des Zufuhrkanals 32, Einmündungsbereich
43: Seitenwand des Wabenkörpers, in der die Zufuhröffnung 42 liegt
44: durchlässiger Wände
48: Länge des Verschlusses 38 und/oder 40
50: Pfeil, der den Abgaseintrittsstrom bezeichnet
52: Pfeil, der den Abgasaustrittsstrom bezeichnet
54: Pfeil, der den Reaktantstrom durch eine Wand 44 bezeichnet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19826384 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN 70070/AUS32 [0003]

Claims

Abgasreinigungskörper für eine Abgasreinigungseinrichtung (10) eines Abgasstrangs eines Verbrennungsmotors zur katalytischen Abgasreinigung unter Verwendung eines extern zuführbaren Reaktanten mit einer Abgaseintrittsseite (34) und einer Abgasaustrittsseite (36) und mit in einem Bereich zwischen Abgaseintrittsseite (34) und Abgasaustrittsseite (36) angeordneten Strömungskanälen (26) für das Abgas, die Reaktionszonen für das Abgas und den Reaktanten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Zufuhrkanäle (32) zur Zuführung von extern zuführbarem Reaktanten in die Strömungskanäle (26) vorgesehen sind, wobei die Zufuhrkanäle (32) mit einer Versorgungsleitung zur Versorgung mit Reaktenten versehen sind und zwischen den Zufuhrkanälen (32) und zumindest einer Teilmenge der Strömungskanäle (26) Wände (44) vorgesehen sind, welche zumindest in Teilbereichen durchlässig für den Reaktanten sind, sodass der Reaktant durch die Teilbereiche der Wände (44) in die genannte Teilmenge der Strömungskanäle (26) eintreten kann.
Abgasreinigungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Untermenge der Strömungskanäle (26) als Zufuhrkanäle (32) ausgebildet ist.
Abgasreinigungskörper nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (32) der Untermenge jeweils einen in Strömungsrichtung oberen (38) und unteren (40) Verschluss aufweisen und die Versorgungsleitung einen Einmündungsbereich (42) in den Zufuhrkanal (32) in einem Bereich zwischen dem oberen (38) und dem unteren (40) Verschluss aufweist.
Abgasreinigungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (26) in Reihen (28) angeordnet sind.
Abgasreinigungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrkanäle (32) der Strömungskanäle in einer Reihe (29) liegen.
Abgasreinigungskörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einmündungsbereich (42) als Durchbohrung der Reihe (29) der Zufuhrkanäle (32) ausgebildet ist.
Abgasreinigungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (26) als Matrix mit Reihen (28) und dazwischen liegenden Reihen (29) von Zufuhrkanälen (32) angeordnet sind, wobei die Strömungskanäle (26, 32) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.
Abgasreinigungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (26) und die Zufuhrkanäle (32) als Wabenkörper (24) ausgebildet sind, wobei die Strömungskanäle (26) und die Zufuhrkanäle (32) Kanäle des Wabenkörpers (24) sind.
Abgasreinigungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in Teilbereichen der Strömungskanäle (26) ein katalytisch aktives Material angeordnet ist.
Abgasreinigungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem oberen (38) und dem unteren (40) Verschluss gegebenenfalls eine kleinere Abmessung – in Strömungsrichtung des Abgases gesehen- aufweist als die Länge der Strömungskanäle (26).
Kraftfahrzeug mit einem Abgasstrang, der einen Abgasreinigungskörper (20) nach einem der vorhergehen Patentansprüche aufweist oder in dem ein Abgasreinigungskörper nach einem der vorherigen Patentansprüche anordenbar ist.
Verfahren zur katalytischen Reinigung eines von einem Verbrennungsmotor emittierten Abgas mit einem extern zuführbaren Reaktanten, wobei das Abgas durch einen in dem Abgasstrang des Verbrennungsmotors angeordneten Abgasreinigungskörper (20) geleitet wird, welcher eine Abgaseintrittsseite und eine Abgasaustrittsseite für das Abgas und in einem Bereich zwischen der Abgaseintrittsseite und der Abgasaustrittsseite angeordnete Strömungskanälen (26) mit Reaktionszonen für das Abgas und den Reaktenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über ein oder mehrere Zufuhrkanäle (32) ein extern zuführbarer Reaktant in die Strömungskanäle (26) zugeführt wird, wobei die Zufuhrkanäle (32) über eine Versorgungsleitung mit Reaktant versorgt werden, und der Reaktant durch zwischen den Zufuhrkanälen (32) und zumindest einer Teilmenge der Strömungskanälen (26) angeordneten Wänden (44), welche zumindest in Teilbereichen durchlässig für den Reaktanten sind, in die genannte Teilmenge der Strömungskanäle (26) eintritt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhrkanäle (32) durch mehrere oder eine gemeinsame Versorgungsleitung versorgt werden.