DE102018208924A1 - Device for exhaust aftertreatment with heat insulation - Google Patents

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Abstract

Abgasnachbehandlungsvorrichtung (1), welche eine erste Katalysatoreinrichtung (2) und eine sich anschließende zweite Katalysatoreinrichtung (3) umfasst, wobei die erste und die zweite Katalysatoreinrichtung räumlich aneinander angrenzend angeordnet sind. Die erste Katalysatoreinrichtung (2) umfasst einen ersten und einen zweiten Strömungskanal (11, 12) und die erste Katalysatoreinrichtung (2) ist dazu ausgelegt, Abgas in einer ersten Strömungsrichtung (17) durch den ersten Strömungskanal (11) zu leiten und anschließend in einer zweiten, entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsrichtung (18) durch den zweiten Strömungskanal (12) zu leiten. Die zweite Katalysatoreinrichtung (3) umfasst einen dritten Strömungskanal (13), wobei der zweite Strömungskanal (12) der ersten Katalysatoreinrichtung (2) räumlich und strömungstechnisch zwischen dem ersten Strömungskanal (11) der ersten Katalysatoreinrichtung (2) und dem dritten Strömungskanal (13) der zweiten Katalysatoreinrichtung (3) angeordnet ist, und die zweite Katalysatoreinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, Abgas nach dem Verlassen des zweiten Strömungskanals (12) der ersten Katalysatoreinrichtung (2) in einer entgegengesetzt zur zweiten Strömungsrichtung verlaufenden, dritten Strömungsrichtung (19) durch den dritten Strömungskanal (13) zu leiten. Mindestens ein Mittel zur Wärmeisolierung (10, 20, 30, 40) ist räumlich zwischen der ersten Katalysatoreinrichtung (2) und der zweiten Katalysatoreinrichtung (3) angeordnet.

Figure DE102018208924A1_0000
Exhaust after-treatment device (1) comprising a first catalyst device (2) and a subsequent second catalyst device (3), wherein the first and the second catalyst device are arranged spatially adjacent to each other. The first catalyst device (2) comprises a first and a second flow channel (11, 12) and the first catalyst device (2) is adapted to pass exhaust gas in a first flow direction (17) through the first flow channel (11) and then in a second, opposite to the first flow direction extending flow direction (18) through the second flow channel (12) to conduct. The second catalyst device (3) comprises a third flow channel (13), wherein the second flow channel (12) of the first catalyst device (2) spatially and fluidically between the first flow channel (11) of the first catalyst device (2) and the third flow channel (13) the second catalytic converter device (3) is arranged, and the second catalytic converter device (3) is designed to pass exhaust gas after leaving the second flow duct (12) of the first catalytic converter (2) in a third flow direction (19) running counter to the second flow direction to guide the third flow channel (13). At least one means for thermal insulation (10, 20, 30, 40) is arranged spatially between the first catalyst device (2) and the second catalyst device (3).
Figure DE102018208924A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung und ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to an apparatus for exhaust gas aftertreatment, a method for operating an apparatus for exhaust gas aftertreatment and a motor vehicle.

Im Zusammenhang mit der Nachbehandlung von Abgas von Kraftfahrzeugen wird versucht entsprechende Katalysatoren möglichst platzsparend anzuordnen. Dazu werden üblicherweise Strömungskanäle mit Rückströmungsbereichen vorgesehen. Das Abgas strömt also zunächst in einer ersten Strömungsrichtung und wird dann in eine in eine zur ersten Strömungsrichtung entgegengesetzt verlaufende zweite Strömungsrichtung umgelenkt. Auf diese Weise werden in kompakten Katalysatoranwendungen mindestens zwei Katalysatoreinrichtungen oder Substrate parallel zueinander auf engstem Raum nebeneinander angeordnet.In connection with the aftertreatment of exhaust gas from motor vehicles, it is attempted to arrange appropriate catalysts as space-saving as possible. For this purpose, flow channels with return flow areas are usually provided. Thus, the exhaust gas initially flows in a first flow direction and is then deflected into a second flow direction running in the opposite direction to the first flow direction. In this way, in compact catalyst applications, at least two catalyst devices or substrates are arranged side by side in parallel in a confined space.

In dem Fall, dass eine der Katalysatoreinrichtungen oder Substrate einen Dieselpartikelfilter umfasst, ist es erforderlich, dass in regelmäßigen Abständen Regenerationszyklen erforderlich sind. Während diesen Regenerationszyklen treten sehr hohe Gastemperaturen auf und es werden Temperaturen der Komponenten über 700°C erreicht. Sind zwei Katalysatoreinrichtungen oder Substrate in einem gemeinsamen Gehäuse sehr eng beieinander angeordnet, tritt während der Regenerationszyklen eine asymmetrische Wärmeverteilung durch Wärmestrahlung oder Wärmeströmung bzw. Konvektionen von der ersten Katalysatoreinrichtung auf die zweite Katalysatoreinrichtung oder umgekehrt auf. Diese Temperaturverteilung kann zum Auftreten von hohen Temperaturgradienten und thermischen Spannungen in dem Substrat führen. Derartige Spannungen können die Anwendungsmöglichkeiten des Substrats beschränken, insbesondere im Zusammenhang mit Dieselpartikelfilteranwendungen.In the event that one of the catalyst devices or substrates comprises a diesel particulate filter, regeneration cycles are required at regular intervals. During these regeneration cycles, very high gas temperatures occur and temperatures of the components above 700 ° C are reached. If two catalyst devices or substrates in a common housing arranged very close to each other, occurs during the regeneration cycles an asymmetric heat distribution by heat radiation or heat flow or convection from the first catalyst device to the second catalyst device or vice versa. This temperature distribution can lead to the occurrence of high temperature gradients and thermal stresses in the substrate. Such stresses may limit the applications of the substrate, particularly in the context of diesel particulate filter applications.

Katalysatoreinheiten mit Wärmedämmschichten sind beispielsweise in den Dokumenten US 2017/0122180 A1 und US 5,589,144 offenbart. In dem Dokument US 7,611,561 B2 ist um einen Filterblock herum eine isolierende Luftschicht beschrieben.Catalyst units with thermal barrier coatings are for example in the documents US 2017/0122180 A1 and US 5,589,144 disclosed. In the document US 7,611,561 B2 an insulating air layer is described around a filter block.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vorteilhafte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zur Verfügung zu stellen, welche die oben beschriebenen Schwierigkeiten im Zusammenhang mit hohen Temperaturdifferenzen verringert.Object of the present invention is to provide an advantageous device for exhaust aftertreatment available, which reduces the difficulties described above in connection with high temperature differences.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung gemäß Patentanspruch 11 und ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.This object is achieved by a device for exhaust aftertreatment according to claim 1, a method for operating an apparatus for exhaust aftertreatment according to claim 11 and a motor vehicle according to claim 12. The dependent claims contain further advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung umfasst eine erste Katalysatoreinrichtung und eine sich in Strömungsrichtung des Abgases an die erste Katalysatoreinrichtung anschließende zweite Katalysatoreinrichtung. Die erste und die zweite Katalysatoreinrichtung sind räumlich aneinander angrenzend angeordnet, zum Beispiel nebeneinander angeordnet. Die erste Katalysatoreinrichtung umfasst einen ersten Strömungskanal und einen zweiten Strömungskanal. Die erste Katalysatoreinrichtung ist dazu ausgelegt, Abgas in einer ersten Strömungsrichtung durch den ersten Strömungskanal zu leiten und anschließend in einer zweiten, entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsrichtung durch den zweiten Strömungskanal zu leiten. Die zweite Katalysatoreinrichtung umfasst einen dritten Strömungskanal. Der zweite Strömungskanal der ersten Katalysatoreinrichtung ist räumlich und strömungstechnisch zwischen dem ersten Strömungskanal der ersten Katalysatoreinrichtung und dem dritten Strömungskanal der zweiten Katalysatoreinrichtung angeordnet. Die zweite Katalysatoreinrichtung ist dazu ausgelegt, Abgas nach dem Verlassen des zweiten Strömungskanals der ersten Katalysatoreinrichtung in einer dritten, entgegengesetzt zur zweiten Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsrichtung durch die zweite Katalysatoreinrichtung zu leiten. Die dritte Strömungsrichtung kann beispielsweise parallel zur ersten Strömungsrichtung verlaufenden. Mindestens ein Mittel zur Wärmeisolierung ist räumlich zwischen der ersten Katalysatoreinrichtung und der zweiten Katalysatoreinrichtung angeordnet. Das Mittel zur Wärmeisolierung ist bevorzugt räumlich zwischen dem zweiten Strömungskanal und dem dritten Strömungskanal angeordnet.The device according to the invention for exhaust aftertreatment comprises a first catalyst device and a second catalyst device which adjoins the first catalyst device in the flow direction of the exhaust gas. The first and the second catalyst device are arranged spatially adjacent to one another, for example arranged next to one another. The first catalyst device comprises a first flow channel and a second flow channel. The first catalyst device is designed to guide exhaust gas through the first flow channel in a first flow direction and then to conduct it through the second flow channel in a second flow direction that runs in opposite directions to the first flow direction. The second catalyst device comprises a third flow channel. The second flow channel of the first catalyst device is arranged spatially and fluidically between the first flow channel of the first catalyst device and the third flow channel of the second catalyst device. The second catalyst device is designed to guide exhaust gas through the second catalyst device after leaving the second flow channel of the first catalyst device in a third flow direction, which runs in the opposite direction to the second flow direction. The third flow direction can, for example, extend parallel to the first flow direction. At least one means for thermal insulation is arranged spatially between the first catalyst device and the second catalyst device. The means for thermal insulation is preferably arranged spatially between the second flow channel and the third flow channel.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass insbesondere im Rahmen von Regenerationsprozessen auftretende hohe Temperaturen in der ersten Katalysatoreinrichtung oder in der zweiten Katalysatoreinrichtung die jeweils andere Katalysatoreinrichtung in verringertem Maße durch Wärmestrahlung oder Wärmeströmung beeinflussen. Die eingangs beschriebenen unerwünschten Temperaturgradienten werden auf diese Weise verringert.The device according to the invention has the advantage that, in particular in the context of regeneration processes occurring high temperatures in the first catalyst device or in the second catalyst device affect the other catalyst device to a reduced extent by heat radiation or heat flow. The unwanted temperature gradients described above are reduced in this way.

In einer bevorzugten Variante sind die erste Katalysatoreinrichtung und die zweite Katalysatoreinrichtung innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet. Die erste Katalysatoreinrichtung kann eine Mittelachse umfassen und die zweite Katalysatoreinrichtung kann eine Mittelachse umfassen, wobei die Mittelachsen parallel zueinander verlaufen können. In einer weiteren Variante kann der erste Strömungskanal der ersten Katalysatoreinrichtung eine Mittelachse umfassen und der zweite Strömungskanal kann radial außerhalb des ersten Strömungskanals angeordnet sein. Er kann den ersten Strömungskanal insbesondere radial umschließen.In a preferred variant, the first catalyst device and the second catalyst device are arranged within a common housing. The first catalyst means may comprise a central axis and the second catalyst means may comprise a central axis, wherein the central axes may be parallel to each other. In a further variant, the first flow channel of the first catalyst device may comprise a central axis and the second Flow channel may be arranged radially outside of the first flow channel. It can enclose the first flow channel in particular radially.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet ein zueinander entgegengesetztes Verlaufen von Strömungsrichtungen, dass die entsprechenden Strömungskanäle jeweils Mittelachsen aufweisen, die einen Winkel von 135 Grad (135°) bis 180 Grad (180°) bzw. von 0 Grad (0°) bis 45 Grad (45°) einschließen. In einer vorteilhaften Variante umfasst der erste Strömungskanal eine Mittelachse und/oder der zweite Strömungskanal umfasst eine Mittelachse und/oder der dritte Strömungskanal umfasst eine Mittelachse. Die Mittelachsen können jeweils einen Winkel von 0 Grad (0°) bis 45 Grad (45°) einschließen.In the context of the present invention, a flow direction that is opposite to one another means that the corresponding flow channels each have central axes which are at an angle of 135 degrees (135 degrees) to 180 degrees (180 degrees) or 0 degrees (0 degrees) to 45 degrees Include degrees (45 °). In an advantageous variant of the first flow channel comprises a central axis and / or the second flow channel comprises a central axis and / or the third flow channel comprises a central axis. The center axes may each enclose an angle of 0 degrees (0 °) to 45 degrees (45 °).

Die erste Strömungsrichtung und die zweite Strömungsrichtung und/oder die zweite Strömungsrichtung und die dritte Strömungsrichtung können einen Winkel von 135 Grad bis 225 Grad einschließen. Die genannten Mittelachsen können jeweils die Strömungsrichtung in dem jeweiligen Strömungskanal festlegen. Die Mittelachse des ersten Strömungskanals kann zum Beispiel die erste Strömungsrichtung festlegen, die Mittelachse des zweiten Strömungskanals kann die zweite Strömungsrichtung festlegen und die Mittelachse des dritten Strömungskanals kann die dritte Strömungsrichtung festlegen.The first flow direction and the second flow direction and / or the second flow direction and the third flow direction may include an angle of 135 degrees to 225 degrees. The named center axes can each define the flow direction in the respective flow channel. For example, the center axis of the first flow channel may define the first flow direction, the center axis of the second flow channel may define the second flow direction, and the center axis of the third flow channel may define the third flow direction.

Die erste Katalysatoreinrichtung kann eine Außenwand umfassen, die zweite Katalysatoreinrichtung kann eine Außenwand umfassen und das mindestens eine Mittel zur Wärmeisolierung kann zwischen der Außenwand der ersten Katalysatoreinrichtung und der Außenwand der zweiten Katalysatoreinrichtung angeordnet sein. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Außenwände der ersten und zweiten Katalysatoreinrichtung nicht vollständig isoliert werden müssen und damit die im Zusammenhang mit einer solchen Lösung anfallenden Kosten eingespart werden können.The first catalyst device may include an outer wall, the second catalyst device may include an outer wall, and the at least one thermal isolation means may be disposed between the outer wall of the first catalyst device and the outer wall of the second catalyst device. This arrangement has the advantage that the outer walls of the first and second catalyst device need not be completely isolated and thus the costs associated with such a solution can be saved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung kann mehr als zwei Katalysatoreinrichtungen umfassen, die in der beschriebenen Weise räumlich und strömungstechnisch aneinander angrenzen, beispielsweise nebeneinander, angeordnet sein können. Mindestens eine der Katalysatoreinrichtungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann einen Dieselpartikelfilter umfassen.The device according to the invention for exhaust aftertreatment may comprise more than two catalyst devices, which in the manner described spatially and fluidically adjoin one another, for example next to each other, may be arranged. At least one of the catalyst devices of the device according to the invention may comprise a diesel particulate filter.

Das Mittel zur Wärmeisolierung kann eine Matte umfassen, insbesondere als Matte ausgestaltet sein. Dabei kann die Matte wärmeisolierende Eigenschaften aufweisen, zum Beispiel wärmeisolierendes Material umfassen oder aus wärmeisolierendem Material bestehen. Ein Beispiel hierfür ist in den 1 und 2 gezeigt.The means for thermal insulation may comprise a mat, in particular be designed as a mat. In this case, the mat may have heat-insulating properties, for example comprise heat-insulating material or consist of heat-insulating material. An example of this is in the 1 and 2 shown.

Als geeignete Materialien und Anwendungsformen zur Isolation extrem heißer Bauteile können zum Beispiel E-Glasfasergewebe/ -matten, Silikat Fasergewebe/ -matten oder Mineralfasermatten Anwendung finden. Der Isolationswirkungsgrad abhängig von der Dicke des Gewebes/ der Matten, bzw. der Anzahl der verwendeten Lagen.As suitable materials and applications for the insulation of extremely hot components, for example, E-glass fiber fabrics / mats, silicate fiber fabrics / mats or mineral fiber mats can be used. The insulation efficiency depends on the thickness of the fabric / mats or the number of layers used.

In einer weiteren Variante kann das Mittel zur Wärmeisolierung eine Beschichtung umfassen, insbesondere als Beschichtung ausgestaltet sein. Hierbei kann bevorzugt eine wärmeisolierende Schicht auf einem Oberflächenbereich der Außenwand der ersten und/oder der zweiten Katalysatoreinrichtung vorhanden sein. Dabei ist vorteilhafterweise der Bereich der Außenwand beschichtet, der an die Außenwand der jeweils anderen Katalysatoreinrichtung angrenzt oder zu dieser benachbart angeordnet ist. Der Vorteil einer nur teilweisen Beschichtung der Außenoberfläche einer oder beider Katalysatoreinrichtungen besteht darin, dass nur eine geringe Fläche beschichtet werden muss und somit Kosten für eine vollständige Beschichtung eingespart werden können.In a further variant, the means for thermal insulation may comprise a coating, in particular be designed as a coating. In this case, a heat-insulating layer may preferably be present on a surface region of the outer wall of the first and / or the second catalyst device. In this case, advantageously, the region of the outer wall is coated, which is adjacent to the outer wall of the respective other catalyst device or adjacent thereto. The advantage of only partially coating the outer surface of one or both of the catalyst devices is that only a small area has to be coated and thus costs for a complete coating can be saved.

In einer weiteren Variante kann das Mittel zur Wärmeisolierung mindestens einen abgeschlossenen Hohlraum umfassen. Der Hohlraum kann zum Beispiel mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sein oder Vakuum beinhalten. Vorzugsweise ist zwischen der ersten Katalysatoreinrichtung und der zweiten Katalysatoreinrichtung eine abgeschlossene Luftschicht vorhanden. Der abgeschlossene Hohlraum kann zum Beispiel dadurch realisiert werden, dass ein durch Metallwände, zum Beispiel Metallplatten, abgeschlossenes Luftvolumen erzeugt wird.In a further variant, the means for thermal insulation may comprise at least one closed cavity. The cavity may, for example, be filled with air or another gas or contain vacuum. Preferably, a closed air layer is present between the first catalyst device and the second catalyst device. The closed cavity can be realized, for example, by creating a volume of air sealed off by metal walls, for example metal plates.

In einer vorteilhaften Variante umfasst das Mittel zur Wärmeisolierung eine Anzahl an Strömungskanälen. Zum Beispiel können Luftströmungskanäle zwischen der ersten Katalysatoreinrichtung und der zweiten Katalysatoreinrichtung vorgesehen sein, insbesondere mindestens ein Strömungskanal mit einem Lufteinlass und einem Luftauslass, wobei durch den mindestens einen Strömungskanal Luft zur Kühlung strömen kann. Es können die Außenwände der Katalysatoreinrichtungen Wandbereiche der Strömungskanäle, insbesondere des mindestens einen Luftströmungskanals, bilden. Auf diese Weise wird ein passives Kühlen realisiert. Ein Beispiel hierfür ist in den 7 und 8 gezeigt.In an advantageous variant, the means for thermal insulation comprises a number of flow channels. For example, air flow channels can be provided between the first catalyst device and the second catalyst device, in particular at least one flow channel having an air inlet and an air outlet, wherein air can flow through the at least one flow channel for cooling. The outer walls of the catalyst devices may form wall regions of the flow channels, in particular of the at least one air flow channel. In this way, a passive cooling is realized. An example of this is in the 7 and 8th shown.

In einer weiteren Variante ist zwischen der ersten Katalysatoreinrichtung und der zweiten Katalysatoreinrichtung, insbesondere zwischen der Außenwand der ersten Katalysatoreinrichtung und der Außenwand der zweiten Katalysatoreinrichtung, mindestens ein Strömungskanal, beispielsweise eine Anzahl an Strömungskanälen, angeordnet, wobei der mindestens eine Strömungskanal dazu ausgelegt ist, von einem Fluid, insbesondere einem Kühlfluid, durchströmt zu werden. Der mindestens eine Strömungskanal kann einen Einlass und einen Auslass umfassen. Durch den Strömungskanal kann ein Kühlfluid, zum Beispiel ein Gas, wie insbesondere Luft, oder eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Öl, geleitet werden. Hierdurch wird eine aktive Kühlung ermöglicht. Ein Beispiel hierfür ist in den 9 und 10 gezeigt.In a further variant, at least one flow channel, for example a number of flow channels, is arranged between the first catalyst device and the second catalyst device, in particular between the outer wall of the first catalyst device and the outer wall of the second catalyst device, wherein the at least one flow channel is designed to a fluid, in particular a cooling fluid, to be flown through. The at least one flow channel may include an inlet and an outlet. Through the flow channel, a cooling fluid, for example a gas, such as in particular air, or a liquid, such as water or oil, are passed. This allows active cooling. An example of this is in the 9 and 10 shown.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, welche als Mittel zur Wärmeisolierung eine Anzahl an Strömungskanälen umfasst, wird ein Fluid, vorzugsweise ein Kühlfluid, wie zum Beispiel Luft, Wasser oder Öl, durch mindestens einen der Strömungskanäle geleitet, zum Beispiel gepumpt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung genannten Vorteile. Es hat insbesondere den Vorteil, dass eine aktive Kühlung ermöglicht wird, die an die jeweils auftretenden Temperauren flexibel angepasst werden kann. Beispielsweise kann im Fall einer Regeneration einer der Katalysatoreinrichtungen Kühlfluid mit einer bestimmten Durchflussrate durch den mindestens einen Strömungskanal geleitet werden. Auf diese Weise steht eine effiziente Kühlung zur Verfügung, die insofern besonders effizient ist, da sie bedarfsgesteuert zur Anwendung kommen kann.In the context of the method according to the invention for operating a device for exhaust aftertreatment, which comprises a number of flow channels as a means for heat insulation, a fluid, preferably a cooling fluid, such as air, water or oil, passed through at least one of the flow channels, for example, pumped , The inventive method has the advantages mentioned in connection with the device according to the invention. In particular, it has the advantage that an active cooling is made possible, which can be flexibly adapted to the particular temperatures occurring. For example, in the case of a regeneration of one of the catalyst devices, cooling fluid can be conducted at a certain flow rate through the at least one flow channel. In this way, efficient cooling is available, which is particularly efficient in that it can be used on demand.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine oben beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung. Es hat die in diesem Zusammenhang bereits genannten Eigenschaften und Vorteile. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen oder ein Motorrad handeln.The motor vehicle according to the invention comprises a device according to the invention for exhaust aftertreatment described above. It has the features and benefits already mentioned in this context. The motor vehicle may be a passenger car, a truck or a motorcycle.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

  • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen Ansicht.
  • 2 zeigt schematisch die in der 1 gezeigte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen und geschnittenen Ansicht.
  • 3 zeigt schematisch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen Ansicht.
  • 4 zeigt schematisch die in der 3 gezeigte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen und geschnittenen Ansicht.
  • 5 zeigt schematisch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen Ansicht.
  • 6 zeigt schematisch die in der 5 gezeigte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen und geschnittenen Ansicht.
  • 7 zeigt schematisch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen Ansicht.
  • 8 zeigt schematisch die in der 7 gezeigte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen und geschnittenen Ansicht.
  • 9 zeigt schematisch eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen Ansicht.
  • 10 zeigt schematisch die in der 9 gezeigte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung in einer perspektivischen und geschnittenen Ansicht.
  • 11 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments with reference to the accompanying figures. Although the invention is further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
  • 1 shows schematically a device according to the invention for exhaust aftertreatment in a perspective view.
  • 2 schematically shows the in the 1 shown device for exhaust aftertreatment in a perspective and sectional view.
  • 3 schematically shows a further variant of a device according to the invention for exhaust aftertreatment in a perspective view.
  • 4 schematically shows the in the 3 shown device for exhaust aftertreatment in a perspective and sectional view.
  • 5 schematically shows a further variant of a device according to the invention for exhaust aftertreatment in a perspective view.
  • 6 schematically shows the in the 5 shown device for exhaust aftertreatment in a perspective and sectional view.
  • 7 schematically shows a further variant of a device according to the invention for exhaust aftertreatment in a perspective view.
  • 8th schematically shows the in the 7 shown device for exhaust aftertreatment in a perspective and sectional view.
  • 9 schematically shows a further variant of a device according to the invention for exhaust aftertreatment in a perspective view.
  • 10 schematically shows the in the 9 shown device for exhaust aftertreatment in a perspective and sectional view.
  • 11 schematically shows a motor vehicle according to the invention.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 1 in einer perspektivischen Ansicht. Die 2 zeigt schematisch die in der 1 gezeigte Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 1 in einer perspektivischen und geschnittenen Ansicht.The 1 shows an inventive device for exhaust aftertreatment 1 in a perspective view. The 2 schematically shows the in the 1 shown device for exhaust aftertreatment 1 in a perspective and cut view.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 1 umfasst eine erste Katalysatoreinrichtung 2 und eine zweite Katalysatoreinrichtung 3. Die erste Katalysatoreinrichtung 2 umfasst einen Abgaseinlass 4 und einen Abgasauslass 5. Sie zweite Katalysatoreinrichtung 3 umfasst einen Abgaseinlass 6, welcher mit dem Abgasauslass 5 der ersten Katalysatoreinrichtung verbunden ist, und einen Abgasauslass 7. Die erste Katalysatoreinrichtung 2 umfasst eine Außenwand 8. Die zweite Katalysatoreinrichtung 3 umfasst eine Außenwand 9. Zwischen der Außenwand 8 und der Außenwand 9 ist in der gezeigten Variante ein Mittel zur Wärmeisolierung in Form einer wärmeisolierende Matte 10 angeordnet.The inventive device for exhaust aftertreatment 1 includes a first catalyst device 2 and a second catalyst device 3 , The first catalyst device 2 includes an exhaust inlet 4 and an exhaust outlet 5 , You second catalyst device 3 includes an exhaust inlet 6 , which with the exhaust outlet 5 the first catalyst device is connected, and an exhaust gas outlet 7 , The first catalyst device 2 includes an outer wall 8th , The second catalyst device 3 includes an outer wall 9 , Between the outer wall 8th and the outer wall 9 is in the variant shown a means for heat insulation in the form of a heat-insulating mat 10 arranged.

Die erste Katalysatoreinrichtung 2 umfasst einen ersten Strömungskanal 11 und einen zweiten Strömungskanal 12. Die zweite Katalysatoreinrichtung 3 umfasst einen dritten Strömungskanal 13. Der zweite Strömungskanal 12 ist stromabwärts des ersten Strömungskanals 11 angeordnet. Der dritte Strömungskanal 13 ist stromabwärts des zweiten Strömungskanals 12 angeordnet. Der zweite Strömungskanal 12 ist räumlich zwischen dem ersten Strömungskanal 11 und dem dritten Strömungskanal 13 angeordnet.The first catalyst device 2 includes a first flow channel 11 and a second flow channel 12 , The second catalyst device 3 includes a third flow channel 13 , The second flow channel 12 is downstream of the first flow channel 11 arranged. The third flow channel 13 is downstream of the second flow channel 12 arranged. The second flow channel 12 is spatially between the first flow channel 11 and the third flow channel 13 arranged.

Der erste Strömungskanal 11 umfasst eine Mittelachse 14. Der zweite Strömungskanal 12 umfasst eine Mittelachse 15. Der dritte Strömungskanal 13 umfasst eine Mittelachse 16. In der gezeigten Variante sind die Mittelachsen 14, 15 und 16 parallel zueinander angeordnet. Der zweite Strömungskanal 12 ist in der gezeigten Variante radial außerhalb des ersten Strömungskanals 11 angeordnet. Die Mittelachsen legen gleichzeitig die Strömungsrichtung in den jeweiligen Strömungskanälen fest.The first flow channel 11 includes a central axis 14 , The second flow channel 12 includes a central axis 15 , The third flow channel 13 includes a central axis 16 , In the variant shown, the central axes 14 . 15 and 16 arranged parallel to each other. The second flow channel 12 is in the variant shown radially outside the first flow channel 11 arranged. The central axes simultaneously determine the flow direction in the respective flow channels.

Abgas durchströmt den ersten Strömungskanal 11 in Strömungsrichtung 17. Strömungsrichtung 17 verläuft parallel zur Mittelachse 14. Anschließend durchströmt das Abgas den zweiten Strömungskanal 12 in Strömungsrichtung 18. Dabei verläuft die Strömungsrichtung 18 parallel zur Mittelachse 15 und entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 17. Mit anderen Worten schließen in der gezeigten Variante die Strömungsrichtungen 17 und 18 einen Winkel von 180° ein. Nach dem Verlassen des zweiten Strömungskanals 12 durchströmt das Abgas den dritten Strömungskanal 13 in Strömungsrichtung 19. Dabei verläuft die Strömungsrichtung 19 parallel zur Mittelachse 16 und entgegengesetzt zur Strömungsrichtung 18. Die Strömungsrichtungen 18 und 19 schließen in der gezeigten Variante also einen Winkel von 180° ein. Weiterhin verlaufen in der gezeigten Variante die Strömungsrichtungen 17 und 19 parallel zueinander. Hiervon abweichende Ausgestaltungen sind ebenfalls möglich. So können die Strömungsrichtungen 17 und 18 und/oder die Strömungsrichtungen 18 und 19 jeweils Winkel zwischen 135° und 180° einschließen.Exhaust gas flows through the first flow channel 11 in the flow direction 17 , flow direction 17 runs parallel to the central axis 14 , Subsequently, the exhaust gas flows through the second flow channel 12 in the flow direction 18 , The flow direction runs 18 parallel to the central axis 15 and opposite to the flow direction 17 , In other words, in the variant shown, the flow directions close 17 and 18 an angle of 180 °. After leaving the second flow channel 12 the exhaust gas flows through the third flow channel 13 in the flow direction 19 , The flow direction runs 19 parallel to the central axis 16 and opposite to the flow direction 18 , The flow directions 18 and 19 So close in the variant shown an angle of 180 °. Furthermore, in the variant shown, the flow directions run 17 and 19 parallel to each other. Deviating embodiments thereof are also possible. So can the flow directions 17 and 18 and / or the flow directions 18 and 19 each include angles between 135 ° and 180 °.

In der in den 3 und 4 gezeigten Variante ist an der Außenwand 9 der zweiten Katalysatoreinrichtung 3 eine Beschichtung 20 aus einem wärmeisolierenden Material aufgebracht. Alternativ dazu kann die Beschichtung 20 auch an der Außenwand 8 der ersten Katalysatoreinrichtung 2 oder an den Außenwänden beider Katalysatoreinrichtungen 2 und 3 aufgebracht sein. In der gezeigten Variante ist die Beschichtung nur in dem Bereich der Außenwand 9 aufgebracht, an welchem die Außenwände 8 und 9 beider Katalysatoreinrichtungen 2 und 3 aneinander anliegen.In the in the 3 and 4 shown variant is on the outer wall 9 the second catalyst device 3 a coating 20 applied from a thermally insulating material. Alternatively, the coating 20 also on the outside wall 8th the first catalyst device 2 or on the outer walls of both catalyst devices 2 and 3 be upset. In the variant shown, the coating is only in the area of the outer wall 9 applied, on which the outer walls 8th and 9 both catalyst devices 2 and 3 abut each other.

In der in den 5 und 6 gezeigten Variante ist zwischen der Außenwand der ersten Katalysatoreinrichtung und der Außenwand der zweiten Katalysatoreinrichtung ein abgeschlossener Hohlraum 30 vorhanden. Dieser Hohlraum 30 ist beispielsweise mit Luft gefüllt. Alternativ dazu kann er mit einem Gas, zum Beispiel Luft, mit einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks oder mit Vakuum befüllt sein. Auf diese Weise wird eine effiziente Kühlschicht zwischen den Katalysatoreinrichtungen 2 und 3 erzielt. Die Außenwände 8 und 9 können teilweise auch die Wände des Hohlraumes 30 bilden.In the in the 5 and 6 variant shown between the outer wall of the first catalyst device and the outer wall of the second catalyst device is a closed cavity 30 available. This cavity 30 is filled with air, for example. Alternatively, it may be filled with a gas, for example air, at a pressure below atmospheric pressure or with a vacuum. In this way, an efficient cooling layer between the catalyst devices 2 and 3 achieved. The outer walls 8th and 9 can also partially the walls of the cavity 30 form.

In der in den 7 und 8 gezeigten Variante ist zwischen der Außenwand 8 der ersten Katalysatoreinrichtung 2 und der Außenwand 9 der zweiten Katalysatoreinrichtung 3 ein Strömungskanal 40 in Form eines Hohlraums mit einer Anzahl an Öffnungen 41 vorgesehen. Durch die Öffnungen 41 kann Luft von außen durch den Hohlraum 40 hindurchströmen und so eine Kühlung der Außenwände 8 und 9 bewirken.In the in the 7 and 8th shown variant is between the outer wall 8th the first catalyst device 2 and the outer wall 9 the second catalyst device 3 a flow channel 40 in the form of a cavity with a number of openings 41 intended. Through the openings 41 can air from the outside through the cavity 40 flow through and so cooling the outer walls 8th and 9 cause.

In der in den 9 und 10 gezeigten Variante ist zwischen den Außenwänden 8 und 9 der Katalysatoreinrichtungen 2 und 3 mindestens ein Strömungskanal 40 vorgesehen. Der Strömungskanal 40 umfasst einen Einlass 43 und einen Auslass 44. Durch den Einlass 43 kann ein Kühlfluid, zum Beispiel ein Gas oder eine Flüssigkeit, insbesondere Luft, Wasser oder Öl, durch den Strömungskanal 40 zu dem Auslass 44 geleitet werden. Auf diese Weise wird eine aktive Kühlung der Außenflächen 8 und 9 ermöglicht.In the in the 9 and 10 shown variant is between the outer walls 8th and 9 the catalyst devices 2 and 3 at least one flow channel 40 intended. The flow channel 40 includes an inlet 43 and an outlet 44 , Through the inlet 43 For example, a cooling fluid, for example a gas or a liquid, in particular air, water or oil, can flow through the flow channel 40 to the outlet 44 be directed. In this way, an active cooling of the outer surfaces 8th and 9 allows.

Die 11 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 45. Es umfasst eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung 1.The 11 schematically shows a motor vehicle according to the invention 45 , It comprises a previously described device according to the invention for exhaust aftertreatment 1 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung zur AbgasnachbehandlungDevice for exhaust aftertreatment
22
erste Katalysatoreinrichtungfirst catalyst device
33
zweite Katalysatoreinrichtungsecond catalyst device
44
Abgaseinlassexhaust inlet
55
Abgasauslassexhaust outlet
66
Abgaseinlassexhaust inlet
77
Abgasauslassexhaust outlet
88th
Außenwandouter wall
99
Außenwandouter wall
1010
wärmeisolierende Matteheat insulating mat
1111
erster Strömungskanalfirst flow channel
1212
zweiter Strömungskanalsecond flow channel
1313
dritter Strömungskanalthird flow channel
1414
Mittelachsecentral axis
1515
Mittelachsecentral axis
1616
Mittelachsecentral axis
17 17
Strömungsrichtungflow direction
1818
Strömungsrichtungflow direction
1919
Strömungsrichtungflow direction
2020
Beschichtungcoating
3030
abgeschlossener Hohlraumclosed cavity
4040
Strömungskanalflow channel
4141
Öffnungopening
4242
Strömungsrichtungflow direction
4343
Einlassinlet
4444
Auslassoutlet
4545
Kraftfahrzeugmotor vehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2017/0122180 A1 [0004]US 2017/0122180 A1 [0004]
  • US 5589144 [0004]US 5589144 [0004]
  • US 7611561 B2 [0004]US 7611561 B2 [0004]

Claims (12)

Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung (1), welche eine erste Katalysatoreinrichtung (2) und eine sich in Strömungsrichtung (17, 18) des Abgases an die erste Katalysatoreinrichtung (2) anschließende zweite Katalysatoreinrichtung (3) umfasst, wobei die erste und die zweite Katalysatoreinrichtung räumlich aneinander angrenzend angeordnet sind, die erste Katalysatoreinrichtung (2) einen ersten Strömungskanal (11) und einen zweiten Strömungskanal (12) umfasst und die erste Katalysatoreinrichtung (2) dazu ausgelegt ist, Abgas in einer ersten Strömungsrichtung (17) durch den ersten Strömungskanal (11) zu leiten und anschließend in einer zweiten, entgegengesetzt zur ersten Strömungsrichtung verlaufenden Strömungsrichtung (18) durch den zweiten Strömungskanal (12) zu leiten, die zweite Katalysatoreinrichtung (3) einen dritten Strömungskanal (13) umfasst, wobei der zweite Strömungskanal (12) der ersten Katalysatoreinrichtung (2) räumlich und strömungstechnisch zwischen dem ersten Strömungskanal (11) der ersten Katalysatoreinrichtung (2) und dem dritten Strömungskanal (13) der zweiten Katalysatoreinrichtung (3) angeordnet ist, und die zweite Katalysatoreinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, Abgas nach dem Verlassen des zweiten Strömungskanals (12) der ersten Katalysatoreinrichtung (2) in einer entgegengesetzt zur zweiten Strömungsrichtung verlaufenden, dritten Strömungsrichtung (19) durch den dritten Strömungskanal (13) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel zur Wärmeisolierung (10, 20, 30, 40) räumlich zwischen der ersten Katalysatoreinrichtung (2) und der zweiten Katalysatoreinrichtung (3) angeordnet ist.A device for exhaust gas aftertreatment (1), which comprises a first catalyst device (2) and a second catalyst device (3) adjoining the first catalyst device (2) in the flow direction (17, 18) of the exhaust gas, wherein the first and the second catalyst device are spatially adjacent to one another are arranged adjacent, the first catalyst device (2) comprises a first flow channel (11) and a second flow channel (12) and the first catalyst device (2) is adapted exhaust gas in a first flow direction (17) through the first flow channel (11). The second catalyst device (3) comprises a third flow channel (13), wherein the second flow channel (12) of the first Catalyst device (2) spatially and fluidically between the first St and the second catalyst device (3) is adapted to exhaust gas after leaving the second flow channel (12) of the first catalytic converter device (11) of the first catalyst device (2) and the third flow channel (13) of the second catalyst device (3) (2) in a direction opposite to the second flow direction, to flow third flow direction (19) through the third flow channel (13), characterized in that at least one means for thermal insulation (10, 20, 30, 40) spatially between the first catalyst device ( 2) and the second catalyst device (3) is arranged. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Wärmeisolierung (10, 20, 30, 40) räumlich zwischen dem zweiten Strömungskanal (12) und dem dritten Strömungskanal (13) angeordnet ist.Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the means for thermal insulation (10, 20, 30, 40) is arranged spatially between the second flow channel (12) and the third flow channel (13). Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Katalysatoreinrichtung (2) und die zweite Katalysatoreinrichtung (3) jeweils eine Außenwand (8, 9) umfassen und das Mittel zur Wärmeisolierung (10, 20, 30, 40) zwischen der Außenwand (8) der ersten Katalysatoreinrichtung (2) und der Außenwand (9) der zweiten Katalysatoreinrichtung (3) angeordnet ist.Device (1) according to Claim 1 or Claim 2 characterized in that the first catalyst means (2) and the second catalyst means (3) each comprise an outer wall (8, 9) and the thermal insulation means (10, 20, 30, 40) between the outer wall (8) of the first catalyst means (2) and the outer wall (9) of the second catalyst device (3) is arranged. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (11) eine Mittelachse (14) umfasst und/oder der zweite Strömungskanal (12) eine Mittelachse (15) umfasst und/oder der dritte Strömungskanal (13) eine Mittelachse (16) umfasst und die Mittelachsen jeweils einen Winkel von 0 Grad bis 45 Grad einschließen.Device (1) according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the first flow channel (11) comprises a central axis (14) and / or the second flow channel (12) comprises a central axis (15) and / or the third flow channel (13) comprises a central axis (16) and the central axes each include an angle of 0 degrees to 45 degrees. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strömungsrichtung (17) und die zweite Strömungsrichtung (18) und/oder die zweite Strömungsrichtung (18) und die dritte Strömungsrichtung (19) einen Winkel von 135 Grad bis 225 Grad einschließen.Device (1) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the first flow direction (17) and the second flow direction (18) and / or the second flow direction (18) and the third flow direction (19) form an angle of 135 degrees to 225 degrees. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Katalysatoreinrichtungen (2, 3) einen Dieselpartikelfilter umfasst.Device (1) according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that at least one of the catalyst devices (2, 3) comprises a diesel particulate filter. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Wärmeisolierung eine Matte (10) umfasst.Device (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the means for thermal insulation comprises a mat (10). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Wärmeisolierung eine Beschichtung (20) umfasst.Device (1) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the means for thermal insulation comprises a coating (20). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Wärmeisolierung mindestens einen abgeschlossenen Hohlraum (30) umfasst.Device (1) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the means for thermal insulation comprises at least one sealed cavity (30). Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Wärmeisolierung eine Anzahl an Strömungskanälen (40) umfasst.Device (1) according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the means for thermal insulation comprises a number of flow channels (40). Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluid durch mindestens einen der Strömungskanäle (40) geleitet wird.Method for operating an apparatus for exhaust aftertreatment (1) according to Claim 10 , characterized in that a fluid is passed through at least one of the flow channels (40). Kraftfahrzeug (45), welches eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.Motor vehicle (45), which is a device for exhaust aftertreatment (1) according to one of Claims 1 to 10 includes.
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