DE102011078295A1 - Housing structure made of ceramic or metal, for catalytic-converter or exhaust gas particulate filter of internal combustion engine, has several exhaust gas flow channels which are arranged in parallel to the direction of flow - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft einen Katalysator oder einen Abgaspartikelfilter, vorzugsweise aus Keramik oder Metall, für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a catalyst or an exhaust gas particulate filter, preferably made of ceramic or metal, for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Im Zusammenhang mit der Erfindung werden Katalysatoren und Abgaspartikelfilter unter dem Oberbegriff „Körper“ zusammengefasst. In der Abgasnachbehandlung werden üblicherweise Katalysatoren eingesetzt die einen keramischen oder metallischen Körper nach einer aus der
Der Durchmesser des Körpers ist häufig größer als der Durchmesser der Abgasrohre. Dadurch ist vor dem Katalysator eine Aufweitung des Abgasrohres in Form eines Konus notwendig. Damit sich in diesem sogenannten Diffusor die Strömung nicht ablöst, sind kleine Öffnungswinkel (< 7°) notwendig. Daraus resultiert eine große Baulänge des Diffusors. In realen Abgasanlagen ist es aus Platzgründen nicht möglich, ablösungsfreie Diffusoren einzusetzen. Somit kommt es kommt es zu einer ungleichmäßigen Anströmung des Körpers und in Folge dessen zu einer ungleichmäßigen Ausnutzung und Belastung des Katalysators.The diameter of the body is often larger than the diameter of the exhaust pipes. As a result, a widening of the exhaust pipe in the form of a cone is necessary in front of the catalyst. So that the flow does not detach in this so-called diffuser, small opening angles (<7 °) are necessary. This results in a large length of the diffuser. In real exhaust systems, it is not possible due to space limitations to use separation-free diffusers. Thus, it comes to a non-uniform flow of the body and as a result, to an uneven utilization and stress of the catalyst.
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch einen Körper nach Anspruch 1 gelöst. Grundgedanke der Erfindung ist dabei, den Körper so zu gestalten, dass eine Vergleichmäßigung der Raumgeschwindigkeit innerhalb des Katalysators erreicht wird, auch wenn der Körper außermittig angeströmt wird. The problem underlying the invention is solved by a body according to claim 1. The basic idea of the invention is to make the body so that a homogenization of the space velocity within the catalyst is achieved, even if the body is flowed off-center.
Die Erfindung ermöglicht eine Anströmung bzw. Durchströmung des Katalysators oder Abgaspartikelfilters mit einem über den Strömungsquerschnitt homogenen Geschwindigkeitsprofil. Dadurch verringert sich die maximale Raumgeschwindigkeit des Abgases im Katalysator bzw. im Abgaspartikelfilter, so dass die Umwandlungsrate bzw. die Abscheiderate erhöht wird. Außerdem wird die Spreizung der Raumgeschwindigkeit des Abgases im Katalysator bzw. im Abgaspartikelfilter verringert, so dass eine gleichmäßigere Auslastung des Katalysators bzw. des Abgaspartikelfilters erreicht wird.The invention enables a flow or flow through the catalyst or exhaust gas particulate filter with a homogeneous over the flow cross section velocity profile. This reduces the maximum space velocity of the exhaust gas in the catalyst or in the exhaust gas particulate filter, so that the conversion rate or the deposition rate is increased. In addition, the spread of the space velocity of the exhaust gas in the catalyst or in the exhaust gas particulate filter is reduced, so that a more uniform utilization of the catalyst or the exhaust gas particulate filter is achieved.
Die Raumgeschwindigkeit ist der Volumenstrom eines Fluides, bezogen auf das Volumen des Körpers. Sie stellt also den Reziprokwert der Verweilzeit dar. Eine Verringerung der maximalen Raumgeschwindigkeit führt also zu einer Erhöhung der minimalen Verweilzeit, so dass ein höherer Umsatz erzielt wird bzw. bei gleichem Umsatz das Katalysatorvolumen verringert werden kann. Insbesondere bei edelmetallhaltigen Katalysatoren werden so signifikant Kosten gesenkt.The space velocity is the volume flow of a fluid, based on the volume of the body. Thus, it represents the reciprocal of the residence time. A reduction in the maximum space velocity therefore leads to an increase in the minimum residence time, so that a higher conversion is achieved or, with the same conversion, the catalyst volume can be reduced. Especially in the case of noble metal-containing catalysts, costs are significantly reduced.
Durch die homogene Durchströmung ist die Temperaturverteilung im Katalysator ebenfalls gleichförmiger, wodurch sich der Umsatz in den sonst kälteren Bereichen zusätzlich erhöht. Somit kann bei gleichbleibendem Umsatz die Katalysatormenge und damit die Kosten reduziert werden.Due to the homogeneous flow, the temperature distribution in the catalyst is also more uniform, which additionally increases the conversion in the otherwise colder areas. Thus, with constant sales, the amount of catalyst and thus the costs can be reduced.
Eine gleichförmige Durchströmung des Katalysator- oder Abgaspartikelfilterkörpers wird dadurch erreicht, dass die Strömungskanäle in Bereichen mit der höchsten Strömungsgeschwindigkeit länger ausgeführt sind, als Strömungskanäle in Bereich mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit. Dadurch steigt der Strömungswiderstand in den längeren Strömungskanälen relativ zu den kürzeren Strömungskanälen und die Strömung weicht auf die kürzeren Strömungskanäle aus. Auf diese Weise herrscht in allen Strömungskanälen annähernd die gleiche Raumgeschwindigkeit.A uniform flow through the catalyst or exhaust particulate filter body is achieved in that the flow channels are designed to be longer in areas with the highest flow velocity, as flow channels in the region of lower flow velocity. This increases the flow resistance in the longer flow channels relative to the shorter flow channels and the flow deviates from the shorter flow channels. In this way, almost the same space velocity prevails in all flow channels.
Häufig wird der Körper des Katalysators oder Abgaspartikelfilter außermittig senkrecht zur Stirnfläche angeströmt. Dabei ergibt sich ein Geschwindigkeitsprofil, bei dem die Geschwindigkeit von einem Maximum außerhalb der Mitte des Abgasrohres kontinuierlich bis auf null (
Grundsätzlich ist es möglich, die Länge der Strömungskanäle eintrittseitig oder austrittseitig des Körpers an die Raumgeschwindigkeit des Abgases am Eintritt anzupassen. Es hängt vor allem von dem zur Verfügung stehenden Bauraum ab, auf welcher Seite des Katalysators oder Abgaspartikelfilters die von der planen Fläche abweichende Stirnfläche des Körpers angeordnet ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, beide Stirnflächen gekrümmt auszubilden. In principle, it is possible to adapt the length of the flow channels on the inlet side or outlet side of the body to the space velocity of the exhaust gas at the inlet. It depends above all on the available installation space, on which side of the catalyst or exhaust gas particle filter the deviating from the flat surface end face of the body is arranged. Of course, it is also possible to form curved curved both end faces.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Körpers sieht vor, dass die Anpassung der Länge der Strömungskanäle bei einem konstanten Volumen des keramischen Körpers erfolgt. Durch die Verlängerung der Strömungskanäle an der Stelle des Querschnitts an der die Strömungsgeschwindigkeit am größten ist, kommt es insgesamt zu einer Volumenzunahme. Um diese zu kompensieren kann der Körper des Katalysators oder des Abgaspartikelfilters insgesamt kürzer ausfallen um das Volumen konstant zu halten. Das hat den Vorteil, dass die absolute Länge der Strömungskanäle abnimmt und in Folge dessen auch der Druckverlust kleiner wird. Außerdem kann durch die verkürzten Körper das Gehäuse kleiner gewählt werden, wodurch Bauraum und Materialkosten eingespart werden.An advantageous embodiment of the body according to the invention provides that the adjustment of the length of the flow channels takes place at a constant volume of the ceramic body. By extending the flow channels at the location of the cross section at which the flow velocity is greatest, there is an overall increase in volume. To compensate for this, the body of the catalytic converter or the exhaust gas particulate filter can be shorter overall in order to keep the volume constant. This has the advantage that the absolute length of the flow channels decreases and as a result, the pressure loss is smaller. In addition, the housing can be made smaller by the shortened body, which space and material costs can be saved.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Leitlinien eines Diffusors den Leitlinien der Stirnfläche des Körpers angepasst sind. Durch Anpassung einer Kontur des Diffusors an die Kontur der Stirnfläche des Körpers wird die Geschwindigkeitsverteilung optimal homogenisiert so dass hier eine weitere Kostenersparnis durch reduzierten Druckverlust und gesteigerten Umsatz entsteht.A further advantageous embodiment provides that the guidelines of a diffuser are adapted to the guidelines of the end face of the body. By adjusting a contour of the diffuser to the contour of the end face of the body, the velocity distribution is optimally homogenized so that there is a further cost savings through reduced pressure loss and increased sales.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.
Vorab ist anzumerken, dass funktionsäquivalente Elemente in allen Figuren der Zeichnung jeweils mit den gleichen Ziffern gekennzeichnet und nicht jedes Mal erneut beschrieben sind.It should be noted in advance that functionally equivalent elements in all figures of the drawing are each marked with the same numbers and are not described again each time.
Es zeigen:Show it:
Eine Brennkraftmaschine trägt in
Der Katalysator
Der Abgaspartikelfilter
Für eine optimale Funktionsweise des Katalysators
Die
Ein Geschwindigkeitsprofil
Um im Körper
Die Anpassung der Länge der Strömungskanäle
Eine Verlängerung der Strömungskanäle
In den
Eine weitere, geometrische Ausprägung, dargestellt in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10130338 A1 [0002] DE 10130338 A1 [0002]
- DE 10021166 A1 [0004] DE 10021166 A1 [0004]
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- 2011-06-29 DE DE102011078295A patent/DE102011078295A1/en not_active Withdrawn
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