WO2001057371A1 - Verbund aus wabenkörper und wärmespeicher und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

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honeycomb body
heat
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accumulator
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Rolf BRÜCK
Kait ALTHÖFER
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a honeycomb body with at least one heat accumulator with the features according to the preamble of claim 1 and a method for its operation.
  • honeycomb bodies are preferably used in exhaust systems of internal combustion engines, in particular in automobile construction.
  • Exhaust systems currently used in automotive engineering preferably have a catalytic converter, which is intended to reduce pollutant emissions.
  • the catalytic converter is usually designed as a honeycomb body. This is characterized in that an exhaust gas can flow through it and has a large catalytically active surface. Through the contact of the exhaust gas with the
  • Carbon monoxides and hydrocarbons in the exhaust gas are oxidized to carbon dioxide and water on the surface of the catalytic converter.
  • Nitrogen oxides are also reduced to nitrogen and oxygen. This
  • a shortening of the time before the start of the conversion can also be achieved in that at least components of an exhaust system are thermally insulated in such a way that when the engine is restarted there are sufficient temperatures for effective pollutant reduction.
  • exhaust systems are known which are equipped with jacket-like insulation. Maintaining the reaction temperature in a catalytic
  • converter is only possible for a very limited period of time. The reason for this is the large area of this jacket-like insulation, which is in heat-conducting contact with the significantly cooler environment and thus becomes one
  • Time span of well over 12 hours is reached, so that at least the automobiles are recorded, which are only used as a means of transport to
  • the heat store in the catalytic converter according to US patent 5,477,676 is designed as a solid cylinder. It is further proposed that the heat accumulator contain a phase change material, which is characterized in that it changes its state of matter in a range of the operating temperature of the catalytic converter. In a temperature range above the melting point, this material absorbs a great deal of thermal energy without causing its own temperature to rise significantly above the melting point. If the environment of a heat storage device made of phase change material is cooler, it begins the heat accumulator to release the thermal energy to the environment. It should be noted that the thermal conductivity of the phase change material decreases with falling temperatures. This can have the consequence that, in the case of a cylindrical heat accumulator, the outer surface cools rapidly and prevents heat transfer from the interior of the heat accumulator to the surroundings.
  • the object of the present invention is to improve the cold start behavior of a catalytic converter by maintaining the operating temperatures for an effective reduction of the pollutants in the exhaust gas over a significantly longer period of time.
  • the focus is on the arrangement and design of heat stores, with which an effective exchange of thermal energy with a surrounding honeycomb body is possible.
  • a honeycomb body has at least one heat store in its interior.
  • the honeycomb body can be flowed through for a fluid in a preferred flow direction and is particularly suitable as a catalyst carrier body for a catalytic converter.
  • the honeycomb body can be written on by means of its extension along the preferred flow direction of the exhaust gas.
  • the at least one heat store has a length, a surface and a predeterminable volume.
  • the surface is preferably the lateral surface.
  • the end faces of the heat accumulator point in the direction of the extension of the honeycomb body are mostly negligible in terms of amount compared to the outer surface and are therefore not suitable for heat transfer very relevant.
  • the predeterminable volume always refers to the total number of heat stores. If the honeycomb body is designed with several heat stores, the individual volumes are added up to the predeterminable volume.
  • the heat accumulator is designed in such a way that it has a larger surface area than a cylindrical heat accumulator with the same volume and length, equal to the extension of the catalytic converter.
  • a larger surface in relation to the predeterminable volume supports the heat exchange between the heat accumulator and the honeycomb body.
  • the heat accumulator is heated and cooled more uniformly and can consequently store more thermal energy and release it to its surroundings. A thermal blockage due to low thermal conductivity due to rapidly cooled radially far-lying areas can be prevented in this way.
  • An increase in the surface to volume ratio can be achieved in that the surface is at least partially structured. Such structuring can be achieved, for example, in the form of nubs, waves or similar elevations on the surface.
  • a surface is preferred which corresponds to at least 1.5 times the surface of a cylindrical heat accumulator with the same volume and a length equal to the extension of the honeycomb body.
  • the honeycomb body is designed with at least two heat stores.
  • the distribution of a fixed volume over several heat stores also increases the surface to volume ratio.
  • a major advantage is that such heat stores can better deliver the heat energy stored inside to the surrounding honeycomb body. This results from the fact that the heat storage is above one Cool the cross section relatively evenly and thus the thermal conductivity is almost constant over the cross section.
  • honeycomb body It is particularly advantageous to arrange a plurality of heat stores in the honeycomb body in such a way that they are at approximately the same distance from one another. In this way, when the honeycomb body cools, heat is uniformly introduced over a cross section of the honeycomb body and prevents local cold spots which lead to poorer cold start behavior of the exhaust system.
  • the honeycomb body is preferably designed with at least one receptacle.
  • the at least one receptacle is used to fix a heat store in the honeycomb body. It is particularly advantageous to carry out the recording as a passage. In this way, heat accumulators can be used which are arranged axially over the entire extent of the honeycomb body and thus also ensure uniform heat input in a longitudinal section of the honeycomb body.
  • the composite is characterized in that the heat accumulator and the honeycomb body are connected in a heat-conducting manner. This can be achieved, for example, in that the heat storage device is pressed in the honeycomb body. In this way it is ensured that a sufficient contact area between the heat accumulator and the honeycomb body is realized. The largest possible contact area supports the heat exchange.
  • the composite of heat accumulator and honeycomb body it is also possible for the composite of heat accumulator and honeycomb body to be implemented by means of a joint connection.
  • the combination of heat accumulator and honeycomb body for an exhaust system is exposed to high dynamic loads.
  • the exhaust system also usually has a direct connection to the internal combustion engine. For these reasons it is of particular importance that a permanent connection between the heat accumulator and the honeycomb body is carried out.
  • the heat accumulator is characterized by a higher average thermal conductivity per
  • Area unit as an equal area unit of the honeycomb body.
  • Area unit of the heat accumulator is a certain dimension on the area
  • Thermal conductivity is averaged over the total of all surface units of the heat accumulator. In this way, the effects of material-related inhomogeneities or particularly pronounced temperature fields on the thermal conductivity are eliminated.
  • a high thermal conductivity has
  • Cooling can be given to the honeycomb body.
  • the volume of the honeycomb body is made up of a basic body and empty spaces.
  • the percentage of empty spaces can be specified in relation to the volume of the honeycomb body.
  • a volume unit of the honeycomb body is to be understood as a volume unit which has a similar percentage of empty spaces as the entire honeycomb body.
  • the heat accumulator is designed with a higher average heat capacity per unit volume than the same unit volume of the honeycomb body.
  • the heat capacity is averaged over the entire volume of the honeycomb body or the heat store.
  • the higher heat capacity of the heat store means that it absorbs or releases more thermal energy than the honeycomb body at a certain temperature profile over time. Since the honeycomb body is arranged in the immediate vicinity of the heat accumulator, rapid cooling of the honeycomb body can be prevented.
  • the heat accumulator is preferably designed with phase change material.
  • Phase change material is characterized in that a phase change in a temperature range between 250 ° C and 600 ° C, preferably between
  • This temperature range is close to an operating temperature of a catalytic converter in an exhaust system.
  • Phase change has a significant increase in the heat capacity of the
  • a heat accumulator designed in this way can thus absorb a great deal of thermal energy.
  • the phase change material is therefore to be selected so that the phase change temperature is in a temperature range which is effective for an effective reduction of the pollutants in the exhaust gas
  • phase change material which is characterized by a phase change from solid to liquid or liquid to solid.
  • Phase change materials which carry out such a phase change in the above-mentioned temperature range are particularly suitable as high-temperature heat stores. This type of phase change also enables a very significant increase in the heat capacity.
  • the heat store is designed with a solid / solid phase change material.
  • the phase change in these materials is to be understood as restructuring in the lattice structure.
  • the advantage of a phase change material designed in this way is that it is in a solid state of aggregation at every point in time of operation and therefore no additional safety precautions need to be taken which would otherwise have to be present under extreme operating conditions in order to maintain the external shape of the heat accumulator.
  • the heat accumulator is annular. This means that the heat accumulator has a radially outer and a radially inner surface. In this way, the heat accumulator emits thermal energy to radially outer and radially inner regions.
  • the heat accumulator is designed in the form of a band.
  • the band-shaped heat accumulator is arranged in the honeycomb body in accordance with the recordings. For this purpose, it may be necessary for the band-shaped heat accumulator to be twisted, wound or stacked. A relatively large surface area can thus be achieved for a certain volume.
  • the heat accumulator is wire-shaped.
  • wire-shaped means that the heat accumulator has a greater axial length than the axial extension of the honeycomb body without twisting, tangling or stacking.
  • the spatial arrangement of a wire-shaped heat accumulator in a honeycomb body is possible, for example, in such a way that it is arranged in a corresponding receptacle of the honeycomb body, similar to a helix. It is also conceivable that the honeycomb body has a plurality of passages through which a wire-shaped heat store is passed. Such an embodiment of the heat accumulator provides a large surface for heat conduction.
  • the honeycomb body is preferably made of metal and has at least partially structured sheet metal layers. These sheet metal layers are produced by stacking and / or winding. Because of this structure, an exhaust gas can flow through the honeycomb body. Due to the stacking and / or winding, the sheet metal layers have a specific course in a cross section of the honeycomb body perpendicular to a preferred flow direction. According to one embodiment, the heat accumulator is arranged such that it at least partially follows the course of the sheet metal layers. This enables one Composite of honeycomb body and heat storage, in which the structure of the honeycomb body is not interrupted due to bores, grooves, etc. and is therefore particularly stable.
  • the honeycomb body has partially structured sheet metal layers with winding holes produced by stacking and / or winding.
  • winding holes are to be understood as cutouts which result from the sheet metal layers being rotated by means of a winding mandrel. After the sheet metal layers have been wound, the mandrels are removed and the above-mentioned cutouts remain in the honeycomb body.
  • These winding holes are usually characterized by the fact that they are arranged near a region of the sheet metal layers which have the smallest radius of curvature. Based on the arrangement of heat stores in these winding holes, the additional configuration of receptacles can be dispensed with. In addition, the stability of the sheets is not impaired by the subsequent insertion of recordings.
  • the heat accumulator is designed to be electrically heatable.
  • an electrical conductor which is surrounded by electrical insulation, is arranged on or in the heat store.
  • the electrical conductor can be fastened by a joining connection.
  • wrapping the heat accumulator with the electrical conductor is also possible.
  • a limit temperature is defined which lies above the temperature range in the cold start phase and when the temperature falls below this, the heat accumulator is heated electrically.
  • the definition of the limit temperature has the advantage that the energy source for the electrical conductor is only loaded when heating the heat accumulator is required.
  • the honeycomb body is designed with a catalytically active surface. This has the advantage that the catalytic reactions are carried out in a region of the exhaust system which, because of the arrangement of the heat stores, has suitable temperatures for a particularly long period after the exhaust system has been deactivated. This means that pollutant emissions can be reduced or even avoided when the exhaust system is reactivated.
  • the honeycomb body is at least partially enclosed by a tubular casing.
  • the heat store inside the honeycomb body is connected to the casing tube.
  • the honeycomb body usually has very delicate structures and channels through which exhaust gas can flow. In connection with the high dynamic load, it seems appropriate that the heat accumulator is not or not only attached to the filigree structures of the honeycomb body.
  • a permanent arrangement of the heat accumulators in the honeycomb body can be achieved by connecting the heat accumulator to the casing tube.
  • the heat store is connected to the casing tube by means of at least one fixing element.
  • Fixing elements are on the one hand attached to the casing tube and on the other hand fix the heat accumulator in a predefined position.
  • Fixing element can be designed, for example, as a coarse-mesh grid outside an end face of the honeycomb body and have a plurality of connection points with the heat store. It is also possible that each heat accumulator with a single fixing element with the
  • Jacket tube is connected.
  • Fixing elements that are connected to the front of the heat accumulator also have the possibility that the fixing elements are connected to the honeycomb body through inner regions of the honeycomb body.
  • the at least one fixing element is preferably at least partially made of a thermally insulating material. In this way it can be avoided that the thermal energy collected in the heat accumulator is transported via the fixing elements into areas that lie outside the honeycomb body.
  • the fixing elements can, for example, consist at least partially of ceramic.
  • the heat store is connected directly to the casing tube.
  • the heat accumulator has a connection area on its surface which corresponds to less than a quarter of its surface.
  • the major part of the surface of the heat accumulator is arranged inside the honeycomb body.
  • This embodiment is particularly advantageous in connection with one or more band-shaped heat stores which follow the course of the sheet metal layers. There is thus the possibility that the heat accumulator is deformed together with the sheet metal layers and then connected to the casing tube at a narrow connecting area, similar to the sheet metal layers. Additional fixing elements can thus be dispensed with and the desired stability can nevertheless be achieved. Due to a particularly high requirement for the stability of the composite, additional fixing elements are still conceivable.
  • the composite is characterized in that the honeycomb body is divided into different segments by the arrangement or configuration of the at least one heat store. Due to the filigree structures of the honeycomb body, it makes sense to design the at least one heat store as the load-bearing element of this composite. This usually has a larger mass than the honeycomb body, which has the consequence that, under dynamic loading, relatively large forces act on the connection between the honeycomb body and the heat accumulator. Accordingly, it is advantageous that this composite, for example in an exhaust system, is fixed radially external areas of the heat accumulator. It is therefore possible to place the honeycomb body in the exhaust system only via a bond with the heat accumulator.
  • a preferred embodiment has a centrally arranged annular heat accumulator with radially outwardly directed band-shaped heat accumulators arranged in the manner of spokes.
  • the annular heat accumulator can also be used, for example, as a receptacle for the honeycomb structure.
  • the heat accumulators arranged in a spoke-like manner divide the honeycomb body into segments of approximately the same size. In this way, very good heat input into the honeycomb body is possible.
  • the radially outer areas of the band-shaped heat accumulator can be connected, for example, with a jacket tube.
  • the heat stores can be connected to each other, which increases the stability of the composite. It is particularly advantageous to produce this shape of the heat accumulator from one piece, that is to say without subsequent joining processes.
  • this last-described configuration of the heat store is supplemented by a jacket tube, which is also designed as a heat store.
  • the individual segments are therefore surrounded by heat stores and the temperatures required for a catalytic reaction can be maintained for a long time.
  • this structure offers a special stability in the manner of a wagon wheel.
  • the production of such a heat store by means of joining connections or, if possible, in one piece offers advantages with regard to the stability of the composite of honeycomb body and heat store.
  • a method for operating a catalytically active honeycomb body with at least one heat store is proposed.
  • the catalytically active honeycomb body is flowed through by an exhaust gas to be cleaned with a preferred flow direction. It is particularly advantageous that the exhaust gas is guided in the preferred flow direction along a heat accumulator arranged inside the honeycomb body. An exhaust gas recirculation then takes place, the exhaust gas again being guided along the heat store. Due to the catalytic reactions on the catalytically active surface of the honeycomb body, the temperature of the exhaust gas after it first emerges from the honeycomb body can be significantly higher than when entering the honeycomb body. The renewed flow along the hotter exhaust gas at the heat accumulator makes greater thermal energy available to it, which the heat accumulator can release again when the honeycomb body cools down.
  • the heat store is preferably designed in a ring with a channel.
  • the exhaust gas flows radially outward along the heat accumulator with the preferred flow direction. After exiting the honeycomb body, the exhaust gas is diverted and passed through the duct again in the opposite direction.
  • a channel in the interior of the heat accumulator has the advantage that the recirculated exhaust gas exits on a limited area of the end face of the honeycomb body and is simply passed on with suitable devices.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a honeycomb body with heat stores
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a composite of honeycomb body and heat store
  • FIG. 3 shows an embodiment of a honeycomb body
  • Figure 4 shows another embodiment of a honeycomb body
  • Figure 5 shows another arrangement of a heat accumulator in one
  • FIG. 6 shows an end view of a honeycomb body with a heat store
  • Figure 7 schematically shows the flow of an exhaust gas through a
  • Figure 1 shows schematically and in a perspective view a honeycomb body 1, in the interior of which a plurality of heat accumulators 2 are arranged.
  • the heat accumulators 2 penetrate the honeycomb body 1 over its entire axial extent.
  • the heat accumulators 2 are evenly distributed over a cross section 3 of the honeycomb body 1.
  • Adjacent heat accumulators 2 have a predeterminable distance a from one another in order to ensure uniform heat input into the honeycomb body.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a honeycomb body 1 with a heat accumulator 2, the length L of which is equal to the axial extent E of the honeycomb body 1.
  • the heat accumulator 2 is arranged in the center of the honeycomb body 1 and has an annular shape. Due to the annular embodiment, the surface O is enlarged compared to a single cylindrical heat accumulator 2, the volume V being constant.
  • a volume element VE and a surface element FE of honeycomb body 1 and heat accumulator 2 are shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows a schematic and perspective illustration of a honeycomb body 1, the different recording options of the honeycomb body 1 being shown.
  • the receptacle 4 for a heat accumulator 2 is designed as a type of hole. This means that the receptacle 4 is not listed over the entire axial extent E of the honeycomb body 1. Such receptacles 4 can be arranged as desired to the direction of flow.
  • FIG. 3 shows a passage 5 as a receiving option for a heat storage device 2.
  • a passage 5 has the advantage that, in contrast to the receiving device 4, there are no areas of the honeycomb body 1 which cannot be exhausted by an exhaust gas.
  • a honeycomb body 1 with a wire-shaped heat accumulator 2 is shown in perspective in FIG.
  • the wire-shaped heat accumulator 2 has a length L, which is significantly greater than the axial extent E of the honeycomb body 1.
  • the heat accumulator 2 designed in this way is bent several times and arranged in the interior of the honeycomb body 1.
  • the heat accumulator 2 is provided with an electrical heater 6.
  • FIG. 1 A still further embodiment of a wire-shaped heat store 2 with an electrical heater 6 is shown schematically in FIG.
  • the wire-shaped heat accumulator 2 is arranged helically in a passage 5 of a honeycomb body 1, not shown.
  • FIG. 6 shows an end view of a further embodiment of a honeycomb body 1 with heat accumulators 2.
  • the honeycomb body 1 has at least partially structured sheet metal layers 14, which are produced by winding and or stacking and through which an exhaust gas can flow. Due to the winding of the sheet metal layers 14 during the manufacturing process of the honeycomb body 1, this has winding holes 8.
  • the sheet metal layers 14 of the honeycomb body 1 have a catalytically active surface 9.
  • the sheet metal layers 14 are enclosed by a casing tube 10.
  • the band-shaped heat accumulators 2 follow a course 7 of the sheet metal layers 14. They are evenly distributed in the honeycomb body 1 and spaced apart from one another with a freely selectable distance a.
  • the heat accumulators 2 shown are fastened on the one hand to the casing tube 10 at a connection area 11.
  • the illustrated embodiment has fixing elements 12 for a further increase in the stability of the combination of honeycomb body 1 and heat accumulator 2.
  • Fixing elements 12 are rod-shaped and fastened to the casing tube 10. At the points where the fixing elements 12 and the heat accumulator 2 cross, a connection between the fixing element 12 and the heat accumulator 2 is carried out. In this way, the stability of the composite of heat accumulator 2 and honeycomb body 1 is increased.
  • FIG. 7 schematically shows the flow of the exhaust gas according to a method according to the invention for operating a composite of honeycomb body 1 and heat accumulator 2.
  • the heat accumulator 2 is designed in a ring with a channel 13 and is arranged inside the honeycomb body 1.
  • the exhaust gas is first passed through the honeycomb body 1 in a preferred flow direction 15 outside the annular heat accumulator 2.
  • a flow reversal then takes place by means not shown.
  • the exhaust gas is then guided in the opposite flow direction 16 through inner regions of the heat accumulator 2 and brought into thermal contact therewith. In this way, a particularly large amount of thermal energy is made available to the heat accumulator 2.
  • FIG. 8 shows a perspective illustration of yet another embodiment of a heat accumulator 2 in the interior of a honeycomb body 1.
  • a particularly good heat input into the honeycomb body 1 is achieved in this embodiment in that the heat accumulator 2 is designed in the manner of a wagon wheel.
  • the heat accumulator 2 divides the honeycomb body 1 into segments 17 of approximately the same size.
  • such a combination of heat accumulator 2 and honeycomb body 1 is particularly stable, even with high dynamic loads.

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Abstract

Verbund aus einem für ein Abgas in einer bevorzugten Strömungsrichtung (15) durchströmbaren Wabenkörper (1) mit einer Erstreckung (E) in bevorzugter Strömungsrichtung (15) und mindestens einem im Inneren des Wabenkörpers (1) angeordneten Wärmespeicher (2), wobei der mindestens eine Wärmespeicher (2) ein vorgebbares Volumen (V) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) eine Oberfläche (O) hat, die größer ist als die Oberfläche (O) eines einzelnen zylinderförmigen Wärmespeichers (2) gleichen Volumens (V) und einer Länge (L) gleich der Erstreckung (E) des Wabenkörpers (2). Derart ausgeführte Wabenkörper werden insbesondere in Abgasanlagen eingesetzt und bewahren die Temperaturen, welche für eine effektive katalytische Reduzierung der Schadstoffe im Abgas benötigt werden, über einen deutlich längeren Zeitraum. Dadurch wird das Kaltstartverhalten eines katalytischen Konverters verbessert.

Description

Verbund aus Wabenkörper und Wärmespeicher und Verfahren zu dessen
Betrieb
Die Erfindung betrifft einen Wabenkörper mit mindestens einem Wärmespeicher mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb. Derartige Wabenkörper werden bevorzugt in Abgassystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere im Automobilbau, eingesetzt.
Derzeit bestehende Abgassysteme im Automobilbau weisen bevorzugt einen katalytischen Konverter auf, welcher den Schadstoffausstoß reduzieren soll. Dabei ist der katalytische Konverter meist als Wabenkörper ausgeführt. Dieser zeichnet sich dadurch aus, daß er für ein Abgas durchströmbar ist und eine große katalytisch aktive Oberfläche aufweist. Durch den Kontakt des Abgases mit der
Oberfläche des katalytischen Konverters werden im Abgas befindliche Kohlenmonoxide und Kohlenwasserstoffe zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert.
Weiterhin werden Stickoxide zu Stickstoff und Sauerstoff reduziert. Diese
Reaktionen laufen bevorzugt bei hohen Temperaturen ab. Erfolgen diese
Reaktionen bei einer Umgebungstemperatur über 250 °C eliminieren bekannte katalytische Konverter mehr als 95 % der Kohlenmonoxide und Kohlenwasserstoffe im Abgas. Im Gegensatz dazu ist bei niedrigeren
Temperaturen ein deutlicher Anstieg schädlicher Bestandteile im Abgas zu verzeichnen. Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit viele Versuche unternommen, die Zeitspanne zwischen Aktivieren eines Verbrennungsmotors und Erreichen der bestmöglichen katalytischen Bedingungen zu verkürzen.
Eine Verkürzung der Zeit vor Beginn der Konvertierung kann auch dadurch erreicht werden, daß zumindest Komponenten eines Abgassystems derart thermisch isoliert werden, daß bei einem erneuten Start des Motors noch ausreichende Temperaturen für eine effektive Schadstoffreduktion vorliegen. Zu diesem Zweck sind Abgassysteme bekannt, die mit einer mantelartigen Isolation ausgerüstet sind. Eine Erhaltung der Reaktionstemperatur in einem katalytischen Konverter ist aber nur für einen sehr begrenzten Zeitraum möglich. Die Ursache dafür ist die großen Fläche dieser mantelartigen Isolierung, welche mit der deutlich kühleren Umwelt in wärmeleitendem Kontakt ist und somit zu einem
Auskühlen führt. Nach einer Studie der U.S. Environmental Protection Agency (EPA) von 1993 wurde festgestellt, daß ein Wiederstart eines Automobils zu 98% innerhalb 24 Stunden erfolgt. Dies weist darauf hin, daß für eine deutliche
Reduzierung der Umweltbelastung eine Isolierung des Abgassystems etwa über einen solchen Zeitraum erfolgen muß. Es erscheint zumindest sinnvoll, daß eine
Zeitspanne von deutlich über 12 Stunden erreicht wird, damit wenigstens die Automobile erfaßt werden, welche lediglich als Beförderungsmittel zum
Arbeitsplatz dienen.
In der U.S. -Patentschrift 5,477,676 ist ein Abgassystem beschrieben, welches die katalytischen Bedingungen nach dem Deaktivieren möglichst lange aufrechterhalten soll. Zu diesem Zweck ist das Abgassystem von einem Vakuum umgeben und weist Warmespeicher auf, die ein Abkühlen des katalytischen Konverters verlangsamen sollen. Neben der thermischen Isolierung gegenüber einer radial außenliegenden Umgebung, weist eine Ausführungsform einen Wärmespeicher im Zentrum des katalytischen Konverters auf. Während des Betriebes des Abgassystems nimmt dieser Wärmespeicher thermische Energie aus seiner Umgebung auf und gibt diese nach dem Deaktivieren des Abgassystems wieder ab.
Der Wärmespeicher in dem katalytischen Konverter gemäß U.S. -Patent 5,477,676 ist als massiver Zylinder ausgeführt. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der Wärmespeicher ein Phasenwechselmaterial enthält, welches sich dadurch auszeichnet, daß es in einem Bereich der Betriebstemperatur des katalytischen Konverters seinen Aggregatzustand ändert. In einem Temperaturbereich oberhalb des Schmelzpunktes nimmt dieses Material sehr viel thermische Energie auf, ohne seine eigene Temperatur deutlich über den Schmelzpunkt ansteigen zu lassen. Ist die Umgebung eines Wärmespeichers aus Phasenwechselmaterial kühler, beginnt der Wärmespeicher, die thermische Energie an die Umgebung abzugeben. Dabei ist festzustellen, daß die Wärmeleitfähigkeit des Phasenwechselmaterials mit sinkenden Temperaturen abnimmt. Das kann zur Folge haben, daß bei einem zylinderförmig ausgebildeten Wärmespeicher die Mantelfläche schnell abkühlt und einen Wärmetransport aus dem Inneren des Wärmespeichers an die Umgebung verhindert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Kaltstartverhalten eines katalytischen Konverters dadurch zu verbessern, daß die Betriebstemperaturen für eine effektive Reduzierung der Schadstoffe im Abgas über einen deutlich längeren Zeitraum beibehalten werden. Insbesondere steht dabei die Anordnung und Ausführung von Wärmespeichern im Vordergrund, mit denen ein wirkungsvoller Austausch von thermischer Energie mit einem umgebenden Wabenkörper möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbund von einem Wabenkörper und mindestens einem Wärmespeicher im Inneren des Wabenkörpers mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren zu dessen Betrieb mit den Merkmalen gemäß Anspruch 28 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung weist ein Wabenkörper in seinem Inneren mindestens einen Wärmespeicher auf. Der Wabenkörper ist für ein Fluid in einer bevorzugten Strömungsrichtung durchströmbar und besonders als Katalysatorträgerkörper für einen katalytischen Konverter geeignet. Der Wabenkörper ist mittels seiner Erstreckung längs der bevorzugten Strömungsrichtung des Abgases beschreibbar. Der mindestens eine Wärmespeicher hat eine Länge, eine Oberfläche und ein vorgebbares Volumen. Mit der Oberfläche ist in diesem Fall bevorzugt die Mantelfläche gemeint. Die Stirnflächen des Wärmespeichers weisen in Richtung der Erstreckung des Wabenkörpers, sind zumeist betragsmäßig gegenüber der Mantelfläche zu vernachlässigen und sind somit für eine Wärmeübertragung nicht sehr relevant. Das vorgebbare Volumen bezieht sich stets auf die gesamte Anzahl der Wärmespeicher. Ist der Wabenkörper mit mehreren Wärmespeichern ausgeführt, so werden die einzelnen Volumina zum vorgebbaren Volumen aufaddiert.
Gemäß dem erfinderischen Gedanken ist der Wärmespeicher derart ausgeführt, daß dieser eine größere Oberfläche aufweist, als ein zylinderförmiger Wärmespeicher mit betragsmäßig gleichem Volumen und einer Länge, gleich der Erstreckung des katalytischen Konverters ist. Eine größere Oberfläche im Verhältnis zum vorgebbaren Volumen unterstützt den Wärmeaustausch zwischen Wärmespeicher und Wabenkörper. Weiterhin wird dadurch der Wärmespeicher gleichmäßiger aufgeheizt und abkühlt und kann folglich mehr thermische Energie speichern und an seine Umgebung abgeben. Eine thermische Blockade aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeit durch rasch abgekühlte radial weit außenliegende Bereiche kann auf diese Weise verhindert werden.
Eine Vergrößerung des Verhältnisses Oberfläche zu Volumen kann dadurch erreicht werden, daß die Oberfläche wenigstens teilweise eine Strukturierung aufweist. Derartige Strukturierungen sind beispielsweise in Form von Noppen, Wellen oder ähnlichen Erhebungen auf der Oberfläche zu erreichen. Bevorzugt ist eine Oberfläche, die mindestens dem 1,5-fachen der Oberfläche eines zylinderfbrmigen Wärmespeichers mit gleichem Volumen und einer Länge gleich der Erstreckung des Wabenkörpers entspricht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Wabenkörper mit mindestens zwei Wärmespeichern ausgeführt. Die Verteilung eines festgelegten Volumens auf mehrere Wärmespeicher erhöht ebenfalls das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß solche Wärmespeicher die im Inneren gespeicherte Wärmeenergie besser an den umgebenden Wabenkörper abgeben können. Das resultiert daraus, daß die Wärmespeicher über einem Querschnitt relativ gleichmäßig auskühlen und somit die Wärmeleitfähigkeit über dem Querschnitt nahezu konstant ist.
Besonders vorteilhaft ist es, mehrere Wärmespeicher derart in dem Wabenkörper anzuordnen, daß diese etwa einen gleichen Abstand zueinander haben. Beim Abkühlen des Wabenkörpers erfolgt auf diese Weise eine gleichmäßige Wärmeeinbringung über einem Querschnitt des Wabenkörpers und verhindert lokale Kaltstellen, die zu einem schlechteren Kaltstartverhalten des Abgassystems führen.
Vorzugsweise ist der Wabenkörper mit mindestens einer Aufnahme ausgeführt. Die mindestens eine Aufnahme dient der Fixierung eines Wärmespeichers in dem Wabenkörper. Besonders vorteilhaft ist es, die Aufnahme als Durchgang auszuführen. Auf diese Weise können Wärmespeicher verwendet werden, die axial über die gesamte Erstreckung des Wabenkörpers angeordnet sind und somit auch in einem Längsschnitt des Wabenkörpers für eine gleichmäßige Wärmeeinbringung sorgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zeichnet sich der Verbund dadurch aus, daß Wärmespeicher und Wabenkörper wärmeleitend verbunden sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß der Warmespeicher in dem Wabenkörper gepreßt ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß eine ausreichende Kontaktfläche zwischen dem Wärmespeicher und dem Wabenkörper verwirklicht ist. Eine möglichst große Kontaktfläche unterstützt den Wärmeaustausch.
Es ist jedoch gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch möglich, daß der Verbund aus Wärmespeicher und Wabenkörper mittels einer fugetechnischen Verbindung ausgeführt ist. Der Verbund aus Wärmespeicher und Wabenkörper für ein Abgassystem, wie es bevorzugt im Automobilbau eingesetzt wird, ist einer hohen dynamischen Beanspruchung ausgesetzt. Das Abgassystem weist zudem meist eine direkte Verbindung zur Brennkraftmaschine auf. Aus diesen Gründen ist es von besonderer Bedeutung, daß eine dauerhafte Verbindung zwischen Wärmespeicher und Wabenkörper ausgeführt ist.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel zeichnet sich der Wärmespeicher durch eine höhere gemittelte Wärmeleitfähigkeit pro
Flächeneinheit als eine gleiche Flächeneinheit des Wabenkörpers aus. Mit einer
Flächeneinheit des Wärmespeichers ist eine Fläche bestimmten Abmaßes auf der
Oberfläche beziehungsweise auf einem Radius im Inneren gemeint. Die
Wärmeleitfähigkeit wird über die Summe aller Flächeneinheiten des Wärmespeichers gemittelt. Auf diese Weise werden die Auswirkungen werkstoffseitiger Inhomogenitäten oder besonders ausgeprägter Temperaturfelder auf die Wärmeleitfähigkeit eliminiert. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat zur
Folge, daß die gespeicherte Wärme im Inneren des Wärmespeichers beim
Abkühlen an den Wabenkörper abgegeben werden kann.
Das Volumen des Wabenkörpers setzt sich aus einem Grundkörper und Leerräumen zusammen. Der Anteil der Leerräume kann in Bezug auf das Volumen des Wabenkörpers prozentual angegeben werden. Unter einer Volumeneinheit des Wabenkörpers ist im Folgenden eine Volumeneinheit zu verstehen, welche einen ähnlichen prozentualen Anteil von Leerräumen aufweist wie der gesamte Wabenkörper.
Gemäß einem weiteren Ausfuhrungsbeispiel ist der Wärmespeicher mit einer höheren gemittelten Wärmekapazität pro Volumeneinheit als eine gleiche Volumeneinheit des Wabenkörpers ausgeführt. Die Wärmekapazität wird über das gesamte Volumen des Wabenkörpers bzw. des Wärmespeichers gemittelt. Die höhere Wärmekapazität des Wärmespeichers hat zur Folge, daß dieser bei einen bestimmten zeitlichen Temperaturverlauf mehr thermische Energie aufnimmt bzw. abgibt als der Wabenkörper. Da der Wabenkörper in direkter Umgebung des Wärmespeichers angeordnet ist, kann ein schnelles Auskühlen des Wabenkörpers verhindert werden. Vorzugsweise ist der Wärmespeicher mit Phasenwechselmaterial ausgeführt. Das
Phasenwechselmaterial zeichnet sich dadurch aus, daß ein Phasenwechsel in einem Temperaturbereich zwischen 250 °C und 600 °C, bevorzugt zwischen
350 °C und 500 °C erfolgt. Dieser Temperaturbereich liegt nahe einer Betriebstemperatur eines katalytischen Konverters in einem Abgassystem. Der
Phasenwechsel hat einen deutlichen Anstieg der Wärmekapazität des
Wärmespeichers zur Folge. Während des normalen Betriebs des katalytischen
Konverters kann ein derart ausgeführter Wärmespeicher somit sehr viel thermische Energie aufnehmen. Beim Abkühlen des Wabenkörpers unter die Phasenwechseltemperatur des Wärmespeichers beginnt dieser mit der
Wärmeübertragung an den Wabenkörper. Das Phasenwechselmaterial ist demnach so zu wählen, daß die Phasenwechseltemperatur in einem Temperaturbereich liegt, der für eine effektive Reduzierung der Schadstoffe im Abgas für einen
Wabenkörper benötigt wird.
Besonders vorteilhaft ist es, den Wärmespeicher aus einem Phasenwechselmaterial auszuführen, welches sich durch einen Phasenwechsel von fest nach flüssig bzw. flüssig nach fest auszeichnet. Phasenwechselmaterialien, die in dem oben genannten Temperaturbereich einen derartigen Phasenwechsel vollführen, sind besonders als Hochtemperaturwärmespeicher geeignet. Diese Art des Phasenwechsels ermöglicht weiterhin eine sehr deutliche Anhebung der Wärmekapazität.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher mit einem fest/fest-Phasenwechselmaterial ausgeführt. Der Phasenwechsel ist bei diesen Materialien als Umstrukturierung in der Gitterstruktur zu verstehen. Der Vorteil eines derart ausgeführten Phasenwechselmaterials besteht darin, daß dieses zu jedem Betriebszeitpunkt in einem festen Aggregatzustand vorliegt und somit keine zusätzlichen Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssen, die sonst unter extremen Betriebsbedingungen für die Beibehaltung der äußeren Gestalt des Wärmespeichers vorhanden sein müssen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher ringförmig ausgebildet. Das bedeutet, daß der Wärmespeicher eine radial außenliegende und eine radial innenliegende Oberfläche aufweist. Auf diese Weise gibt der Wärmespeicher zu radial außenliegenden sowie radial innenliegenden Bereichen Wärmeenergie ab.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher bandförmig ausgebildet. Der bandförmige Wärmespeicher wird entsprechend den Aufnahmen in dem Wabenkörper angeordnet. Zu diesem Zweck kann es notwendig sein, daß der bandförmige Wärmespeicher verdreht, gewickelt oder gestapelt wird. Somit läßt sich für ein bestimmtes Volumen eine relativ große Oberfläche verwirklichen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher drahtförmig ausgebildet. Drahtförmig heißt in diesem Zusammenhang, daß der Wärmespeicher ohne Verdrehungen, Verwicklungen oder Stapelungen eine größere axiale Länge aufweist als die axiale Erstreckung des Wabenkörpers. Die räumliche Anordnung eines drahtförmigen Wärmespeichers in einem Wabenkörper ist beispielsweise derart möglich, daß dieser ähnlich einer Wendel in einer entsprechenden Aufnahme des Wabenkörpers angeordnet ist. Es ist ebenfalls denkbar, daß der Wabenkörper mehrere Durchgänge aufweist, durch die ein drahtförmiger Wärmespeicher hindurchgeführt ist. Eine derartige Ausführungsform des Wärmespeichers stellt eine große Oberfläche für die Wärmeleitung zur Verfügung.
Vorzugsweise ist der Wabenkörper aus Metall und weist zumindest teilweise strukturierte Blechlagen auf. Diese Blechlagen werden durch Stapeln und/oder Wickeln erzeugt. Aufgrund dieser Struktur ist der Wabenkörper für ein Abgas durchströmbar. Durch das Stapeln und/oder Wickeln weisen die Blechlagen in einem Querschnitt des Wabenkörpers senkrecht zu einer bevorzugten Durchströmungsrichtung einen bestimmten Verlauf auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher derart angeordnet, daß dieser wenigstens teilweise dem Verlauf der Blechlagen folgt. Dies ermöglicht einen Verbundes aus Wabenkörper und Wärmespeicher, bei dem die Struktur des Wabenkörpers nicht aufgrund von Bohrungen, Nuten etc. unterbrochen ist und somit besonders stabil ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Wabenkörper durch Stapeln und/oder Wickeln erzeugte, teilweise strukturierte Blechlagen mit Wickellöchern auf. Unter Wickellöchern sind in diesem Zusammenhang Aussparungen zu verstehen, die dadurch entstehen, daß die Blechlagen mittels eines Wickeldorns verdreht werden. Nach dem Wickeln der Blechlagen werden die Wickeldorne entfernt, und die oben erwähnten Aussparungen bleiben in dem Wabenkörper bestehen. Diese Wickellöcher zeichnen sich zumeist dadurch aus, daß sie nahe einem Bereich der Blechlagen angeordnet sind, welche den kleinsten Krümmungsradius aufweisen. Anhand der Anordnung von Wärmespeichern in diesen Wickellöchern kann auf die zusätzliche Ausgestaltung von Aufnahmen verzichtet werden. Zusätzlich werden die Bleche nicht in ihrer Stabilität durch das nachträgliche Einbringen von Aufnahmen beeinträchtigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Wärmespeicher elektrisch heizbar ausgeführt. Das bedeutet beispielsweise, daß ein elektrischer Leiter, der von einer elektrischen Isolierung umgeben ist, an oder in dem Wärmespeicher angeordnet ist. Eine Befestigung des elektrischen Leiters kann durch eine fügetechnische Verbindung hergestellt werden. Eine Umwicklung des Wärmespeichers mit dem elektrischen Leiter ist alternativ ebenfalls möglich. Um ein Auskühlen des Wabenkörpers unter eine bestimmte Temperatur zu verhindern, erscheint es zweckmäßig, daß eine Grenztemperatur definiert wird, die oberhalb des Temperaturbereichs in der Kaltstartphase liegt und bei deren Unterschreitung der Wärmespeicher elektrisch beheizt wird. Die Definition der Grenztemperatur hat den Vorteil, daß die Energiequelle für den elektrischen Leiter nur dann belastet wird, wenn ein Heizen des Wärmespeichers erforderlich ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wabenkörper mit einer katalytisch aktiven Fläche ausgeführt. Das hat den Vorteil, daß die katalytischen Reaktionen in einem Bereich des Abgassystems vollzogen werden, der aufgrund der Anordnung der Wärmespeicher für einen besonders langen Zeitraum nach dem Deaktivieren des Abgassystems geeignete Temperaturen aufweist. Somit kann der Schadstoffausstoß bei erneuter Aktivierung des Abgassystems reduziert oder sogar vermieden werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wabenkörper von einem Mantelrohr wenigstens teilweise umschlossen. Der Wärmespeicher im Inneren des Wabenkörpers ist dabei mit dem Mantelrohr verbunden. Der Wabenkörper hat zumeist sehr filigrane Strukturen und von Abgas durchströmbare Kanäle. Im Zusammenhang mit der hohen dynamischen Belastung erscheint es zweckmäßig, daß der Wärmespeicher nicht bzw. nicht nur an den filigranen Stukturen des Wabenkörpers befestigt ist. Durch eine Verbindung des Wärmespeichers mit dem Mantelrohr kann eine dauerhafte Anordnung der Wärmespeicher im Wabenkörper verwirklicht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher mittels mindestens einem Fixierungselement mit dem Mantelrohr verbunden. Diese
Fixierungselemente sind zum einen an dem Mantelrohr befestigt und fixieren andererseits den Wärmespeicher in einer vordefinierten Lage. Das
Fixierungselement kann dabei beispielsweise als grobmaschiges Gitter außerhalb einer Stirnfläche des Wabenkörpers ausgeführt sein und mehrere Verbindungsstellen mit dem Wärmespeicher aufweisen. Es ist ebenfalls möglich, daß jeder Wärmespeicher mit einem einzelnen Fixierungselement mit dem
Mantelrohr verbunden ist. Neben der Befestigung des Wärmespeichers durch
Fixierungselemente, die stirnseitig mit dem Wärmespeicher verbunden sind, besteht ebenfalls die Möglichkeit, daß die Fixierungselemente durch innere Bereiche des Wabenkörpers hindurch mit dem Wabenkörper verbunden sind. Vorzugsweise ist das mindestens eine Fixierungselement wenigstens teilweise aus einem thermisch isolierenden Material. Auf diese Weise kann vermieden werden, daß die im Wärmespeicher gesammelte thermische Energie über die Fixierungselemente in Bereiche transportiert wird, die außerhalb des Wabenkörpers liegen. Zu diesem Zweck können die Fixierungselemente zum Beispiel zumindest teilweise aus Keramik bestehen.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Wärmespeicher unmittelbar mit dem Mantelrohr verbunden. In diesem Fall weist der Wärmespeicher einen Verbindungsbereich auf seiner Oberfläche auf, der weniger als ein Viertel seiner Oberfläche entspricht. Das hat zur Folge, daß der überwiegende Anteil der Oberfläche des Wärmespeichers im Inneren des Wabenkörpers angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführung in Verbindung mit einem oder mehreren bandförmigen Wärmespeichern, die dem Verlauf der Blechlagen folgen. Es bietet sich somit die Möglichkeit, daß der Wärmespeicher gemeinsam mit den Blechlagen verformt und anschließend ähnlich den Blechlagen an einem schmalen Verbindungsbereich mit dem Mantelrohr verbunden wird. Somit kann auf zusätzliche Fixierungselemente verzichtet werden und dennoch die gewünschte Stabilität erreicht werden. Aufgrund einer besonders hohen Anforderung an die Stabilität des Verbundes sind zusätzliche Fixierungelementen dennoch vorstellbar.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zeichnet sich der Verbund dadurch aus, daß der Wabenkörper durch die Anordnung oder Ausgestaltung des mindestens einen Wärmespeichers in verschiedene Segmente geteilt ist. Aufgrund der filigranen Strukturen des Wabenkörpers ist es sinnvoll, den mindestens einen Wärmespeicher als tragendes Element dieses Verbundes auszuführen. Dieser hat zumeist eine größere Masse als der Wabenkörper, was zur Folge hat, daß bei einer dynamischen Belastung relativ große Kräfte auf die Verbindung zwischen Wabenkörper und Wärmespeicher wirken. Demnach ist es vorteilhaft, daß eine Fixierung dieses Verbundes, beispielsweise in einem Abgassystem, über radial außenliegende Bereiche des Wärmespeichers erfolgt. Es besteht dadurch die Möglichkeit, den Wabenkörper nur über einen Verbund mit dem Wärmespeicher im Abgassystem zu plazieren.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist einen zentral angeordneten ringförmigen Wärmespeicher mit speichenartig angeordneten, radial nach außen gerichteten bandförmigen Wärmespeichern auf. Der ringförmige Wärmespeicher kann dabei beispielsweise auch als Aufnahme für die Wabenstruktur verwendet werden. Die speichenartig angeordneten Wärmespeicher teilen den Wabenkörper in möglichst etwa gleich große Segmente. Auf diese Weise ist eine sehr gute Wärmeeinbringung in den Wabenkörper möglich. Zusätzlich können die radial außenliegenden Bereiche der bandförmigen Wärmespeicher mit beispielsweise einem Mantelrohr verbunden werden. Die Wärmespeicher können miteinander verbunden werden, wodurch die Stabilität des Verbundes erhöht wird. Besonders vorteilhaft ist es, diese Gestalt des Wärmespeichers aus einem Stück, daß heißt ohne nachträgliche Fügeprozesse, herzustellen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese zuletzt beschriebene Ausgestaltung des Wärmespeichers durch ein Mantelrohr ergänzt wird, wobei dieses ebenfalls als Warmespeicher ausgeführt ist. Die einzelnen Segmente sind somit von Wärmespeichern umgeben und die benötigten Temperaturen für eine katalytische Reaktion können lange aufrecht erhalten werden. Zudem bietet diese Struktur nach Art eines Wagenrades eine besondere Stabilität. Insbesondere die Herstellung eines solchen Wärmespeichers durch fügetechnische Verbindungen oder möglichst aus einem Stück bietet in Bezug auf die Stabilität des Verbundes aus Wabenkörper und Wärmespeicher Vorteile.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines katalytisch wirksamen Wabenkörpers mit mindestens einem Wärmespeicher vorgeschlagen. Der katalytisch wirksame Wabenkörper wird im Betrieb durch ein zu reinigendes Abgas mit einer bevorzugten Strömungsrichtung durchströmt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, daß das Abgas einmal in der bevorzugten Strömungsrichtung an einem im Inneren des Wabenkörpers angeordneten Wärmespeicher entlanggeführt wird. Anschließend erfolgt eine Abgasrückführung, wobei das Abgas erneut an dem Wärmespeicher entlanggeführt wird. Aufgrund der katalytischen Reaktionen an der katalytisch wirksamen Fläche des Wabenkörpers kann die Temperatur des Abgases nach dem erstmaligen Austreten aus dem Wabenkörper deutlich höher sein als beim Eintritt in den Wabenkörper. Das erneute Entlangströmen des heißeren Abgases an dem Wärmespeicher stellt diesem eine größere thermische Energie zur Verfügung, die der Wärmespeicher beim Abkühlen des Wabenkörpers wieder freigeben kann.
Vorzugsweise ist der Wärmespeicher im Zusammenhang mit einer Abgasrückführung ringförmig mit einem Kanal ausgeführt. Während des Betriebes des Abgassystems strömt das Abgas mit der bevorzugten Strömungsrichtung radial außen an dem Wärmespeicher entlang. Nach Austritt aus dem Wabenkörper wird das Abgas umgeleitet und in entgegengesetzte Richtung erneut durch den Kanal geführt. Ein Kanal im Inneren des Wärmespeichers hat den Vorteil, daß das rückgeführte Abgas auf einem begrenzten Bereich der Stirnseite des Wabenkörpers austritt und mit geeigneten Vorrichtungen einfach weitergeleitet wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert, wobei
Figur 1 eine Ausführungsform eines Wabenkörpers mit Wärmespeichern,
Figur 2 eine weitere Ausfuhrungsform eines Verbundes aus Wabenkörper und Wärmespeicher,
Figur 3 eine Ausführungsform eines Wabenkörpers, Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines Wabenkörpers mit
Wärmespeicher und Heizung,
Figur 5 eine weitere Anordnung von einem Wärmespeicher in einem
Wabenkörper,
Figur 6 eine stirnseitige Ansicht eines Wabenkörpers mit Wärmespeicher,
Figur 7 schematisch den Strömungsverlauf eines Abgases durch eine
Ausführungsform des Wabenkörpers und
Figur 8 eine noch weitere Ausführungsform von Wabenkörper mit
Wärmespeichern zeigt.
Figur 1 zeigt schematisch und in einer perspektivischen Darstellung einen Wabenkörper 1, in dessen Inneren mehrere Wärmespeicher 2 angeordnet sind. Die Wärmespeicher 2 durchdringen den Wabenkörper 1 über dessen gesamte axiale Erstreckung. Die Wärmespeicher 2 sind auf einen Querschnitt 3 des Wabenkörpers 1 gleichmäßig verteilt. Benachbarte Wärmespeicher 2 haben einen vorgebbaren Abstand a voneinander, um eine gleichmäßige Wärmeeinbringung in den Wabenkörper zu gewährleisten.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines Wabenkörpers 1 mit einem Wärmespeicher 2, dessen Länge L gleich der axialen Erstreckung E des Wabenkörpers 1 ist. Der Wärmespeicher 2 ist im Zentrum des Wabenkörpers 1 angeordnet und ringförmig ausgebildet. Aufgrund der ringförmigen Ausführungsform wird die Oberfläche O gegenüber einem einzelnen zylinderformigen Wärmespeicher 2 vergrößert, wobei das Volumen V konstant ist. Zusätzlich sind in Figur 2 jeweils ein Volumenelement VE und ein Flächenelement FE von Wabenkörper 1 und Wärmespeicher 2 dargestellt. Figur 3 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung eines Wabenkörpers 1, wobei die unterschiedlichen Aufnahmemöglichkeiten des Wabenkörpers 1 gezeigt sind. Die Aufnahme 4 für einen Wärmespeicher 2 ist als eine Art Bohrung ausgeführt. Das bedeutet, daß die Aufnahme 4 nicht über die komplette axiale Erstreckung E des Wabenkörpers 1 aufgeführt ist. Derartig ausgebildete Aufnahmen 4 können beliebig zur Strömungsrichtung angeordnet sein.
Weiterhin zeigt Figur 3 einen Durchgang 5 als Aufnahmemöglichkeit für einen Wärmespeicher 2. Ein Durchgang 5 hat den Vorteil, daß im Gegensatz zur Aufnahme 4 keine Bereiche des Wabenkörpers 1 vorhanden sind, welche nicht von einem Abgas durchströmbar sind.
In Figur 4 ist perspektivisch ein Wabenkörper 1 mit einem drahtförmigen Wärmespeicher 2 dargestellt. Der drahtförmige Wärmespeicher 2 hat eine Länge L, die deutlich größer ist als die axiale Erstreckung E des Wabenkörpers 1. Der so ausgeführte Wärmespeicher 2 ist mehrfach gebogen und im Inneren des Wabenkörpers 1 angeordnet. Der Wärmespeicher 2 ist mit einer elektrischen Heizung 6 versehen.
Eine noch weitere Ausführungsform eines drahtförmigen Wärmespeichers 2 mit elektrischer Heizung 6 ist schematisch in Figur 5 dargestellt. Der drahtförmige Wärmespeicher 2 ist wendeiförmig in einem Durchgang 5 eines nicht dargestellten Wabenkörpers 1 angeordnet.
Figur 6 zeigt eine stirnseitige Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Wabenkörpers 1 mit Wärmespeichern 2. Der Wabenkörper 1 hat durch Wickeln und oder Stapeln erzeugte, wenigstens teilweise strukturierte Blechlagen 14, die für ein Abgas durchströmbar sind. Aufgrund des Wickeins der Blechlagen 14 beim Herstellungsprozeß des Wabenkörpers 1 , weist dieser Wickellöcher 8 auf. Die Blechlagen 14 des Wabenkörpers 1 weisen eine katalytisch aktive Fläche 9 auf. Die Blechlagen 14 sind von einem Mantelrohr 10 umschlossen.
Die bandförmigen Wärmespeicher 2 folgen einem Verlauf 7 der Blechlagen 14. Sie sind gleichmäßig in dem Wabenkörper 1 verteilt und mit einem frei wählbaren Abstand a voneinander beabstandet.
Eine Befestigung der dargestellten Wärmespeicher 2 erfolgt einerseits an dem Mantelrohr 10 an einem Verbindungsbereich 11. Für eine weitere Erhöhung der Stabilität des Verbundes aus Wabenkörper 1 und Wärmespeicher 2 weist die dargestellte Ausführungsform Fixierungselemente 12 auf. Die
Fixierungselemente 12 sind stabförmig ausgeführt und an dem Mantelrohr 10 befestigt. An den Stellen, an denen sich die Fixierungselemente 12 und die Wärmespeicher 2 kreuzen ist eine Verbindung zwischen Fixierungselement 12 und Wärmespeicher 2 ausgeführt. Auf diese Weise wird die Stabilität des Verbundes aus Wärmespeicher 2 und Wabenkörper 1 erhöht.
Figur 7 zeigt schematisch den Strömungsverlauf des Abgases entsprechend einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Verbundes aus Wabenkörper 1 und Wärmespeicher 2. Der Wärmespeicher 2 ist ringförmig mit einem Kanal 13 ausgeführt und im inneren des Wabenkörpers 1 angeordnet. Gemäß dem beschriebenen Verfahren wird das Abgas zuerst in einer bevorzugten Strömungsrichtung 15 außerhalb des ringförmigen Wärmespeichers 2 durch den Wabenkörper 1 geführt. Anschließend erfolgt durch nicht dargestellte Mittel eine Srömungsumkehrung. Anschließend wird das Abgas in entgegengesetzter Strömungsrichtung 16 durch innenliegende Bereiche des Wärmespeichers 2 geführt und derat mit diesem in Wärmekontakt gebracht. Auf diese Weise wird dem Wärmespeicher 2 besonders viel thermische Energie zur Verfügung gestellt.
Figur 8 zeigt eine perspektivische Darstellung einer noch weiteren Ausführungsform eines Wärmespeichers 2 im Inneren eines Wabenkörpers 1. Eine besonders gute Wärmeeinbringung in den Wabenkörper 1 wird bei dieser Ausführungsform dadurch erreicht, daß der Wärmespeicher 2 nach Art eines Wagenrades ausgeführt ist. Der Wärmespeicher 2 unterteilt dabei den Wabenkörper 1 in etwa gleich große Segmente 17. Zusätzlich ist eine derartiger Verbund aus Warmespeicher 2 und Wabenkörper 1 besonders stabil, auch bei hoher dynamischer Beanspruchung.
Bezugszeichenliste
1 Wabenkörper
2 Wärmespeicher
3 Querschnitt
4 Aufnahme
5 Durchgang
6 elektrische Heizung
7 Verlauf
8 Wickelloch
9 Fläche
10 Mantelrohr
11 Verbindungsbereich
12 Fixierungselement
13 Kanal
14 Blechlagen
15 bevorzugte Strömungsrichtung
16 entgegengesetzte Strömungsrichtung
17 Segment
E Erstreckung
L Länge
O Oberfläche
V Volumen a Abstand
FE Flächeneinheit
VE Volumeneinheit

Claims

Patentansprüche
1. Verbund aus einem für ein Abgas in einer bevorzugten Strömungsrichtung (15) durchströmbaren Wabenkörper (1) mit einer Erstreckung (E) in bevorzugter Strömungsrichtung (15) und mindestens einem im Inneren des
Wabenkörpers (1) angeordneten Wärmespeicher (2), wobei der mindestens eine Wärmespeicher (2) ein vorgebbares Volumen (V) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) eine Oberfläche (O) hat, die größer ist als die Oberfläche (O) eines einzelnen zylinderförmigen Wärmespeichers (2) gleichen Volumens (V) und einer Länge (L) gleich der
Erstreckung (E) des Wabenkörpers (2).
2. Verbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) eine Oberfläche (O) hat, die mindestens dem l,5fachen der Oberfläche (O) eines einzelnen zylinderförmigen Wärmespeichers (2) gleichen Volumens (V) und einer Länge (L) gleich der Erstreckung (E) des Wabenkörpers (2) entspricht.
3. Verbund nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (1) mindestens zwei Wärmespeicher (2) hat.
4. Verbund nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicher (2) derart in dem Wabenkörper (1) angeordnet sind, daß diese etwa einen gleichen Abstand (a) zueinander haben und somit über einem Querschnitt (3) des Wabenkörpers (1) eine relativ gleichmäßige Wärmeeinbringung erfolgt.
5. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (1) mindestens eine Aufnahme (4) hat, in welcher der mindestens eine Wärmespeicher (2) angeordnet ist.
6. Verbund nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Aufnahme (4) als Durchgang (5) ausgeführt ist.
7. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) und der Wabenkörper (1) wärmeleitend verbunden sind.
8. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) und der Wabenkörper (1) fügetechnisch verbunden sind.
9. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) eine höhere gemittelte Wärmeleitfähigkeit pro Flächeneinheit (FE) hat als eine gleiche Flächeneinheit (FE) des Wabenkörpers (1).
10. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) eine höhere gemittelte Wärmekapazität pro Volumeneinheit (VE) als eine gleiche Volumeneinheit (VE) des Wabenkörpers (1) aufweist.
11. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) mit Phasenwechselmaterial ausgeführt ist, bei dem ein Phasenwechsel in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 600°C, bevorzugt zwischen 350°C und 500°C, erfolgt.
12. Verbund nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) mit einem „fest-flüssig"- Phasenwechselmaterial ausgeführt ist.
13. Verbund nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens Wärmespeicher (2) mit einem „fest-fest"- Phasenwechselmaterial ausgeführt ist.
14. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) ringförmig ausgebildet ist.
15. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) bandförmig ausgebildet ist.
16. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) drahtförmig ausgebildet ist, wobei die Länge (L) des mindestens einen Wärmespeichers (2) größer ist als die Erstreckung (E) des Wabenkorpers (1).
17. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 16 mit einem Wabenkörper (1) aus Metall, der durch Stapeln und/oder Wickeln erzeugten, teilweise strukturierten Blechlagen (14) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) derart angeordnet ist, daß dieser wenigstens teilweise einem Verlauf (7) der Blechlagen ( 14) folgt.
18. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 17 mit einem Wabenkörper (1) aus Metall, der durch Stapeln und/oder Wickeln erzeugte, teilweise strukturierte Blechlagen (14) aufweist und mindestens ein Wickelloch (8) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) in mindestens einen Wickelloch (8) angeordnet ist.
19. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 18 dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) elektrisch heizbar (6) ausgeführt ist.
20. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper (1) wenigstens teilweise eine katalytisch aktive Fläche (9) hat.
21. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei der Wabenkörper (1) von einem Mantelrohr (10) wenigstens teilweise umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) mit dem Mantelrohr (10) verbunden ist.
22. Verbund nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) mittels mindestens einem Fixierungselement (12) mit dem
Mantelrohr (10) verbunden ist.
23. Verbund nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Fixierungselement (12) wenigstens teilweise aus einem thermisch isolierenden Material besteht.
24. Verbund nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) einen Verbindungsbereich (11) hat, der weniger als einem Viertel seiner Oberfläche (O) entspricht, und mit dem der Wärmespeicher (2) mit dem Mantelrohr (10) unmittelbar verbunden ist.
25. Verbund nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) den Wabenkörper (1) in zwei oder mehr Segmente (17) unterteilt.
26. Verbund nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) mit speichenartigen, von innen nach außen verlaufenden, vorzugsweise bandförmigen Wärmespeichern ausgeführt ist.
27. Verbund nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Wärmespeicher (2) mit einem Mantelrohr (10) verbunden ist, wobei das Mantelrohr (10) aus dem Material des Wärmespeichers (2) ist.
28. Verfahren zum Betrieb eines für ein Abgas in einer bevorzugten Strömungsrichtung (15) durchströmbaren Wabenkörpers (1) mit einer Erstreckung (E) in bevorzugter Strömungsrichtung (15) und mit mindestens einem in seinem Inneren angeordneten Wärmespeicher (2), wobei der mindestens eine Wärmespeicher (2) ein vorgebbares Volumen (V) hat und der mindestens eine Wärmespeicher (2) eine Oberfläche (O) hat, die größer ist als die Oberfläche (O) eines einzelnen zylinderförmigen Wärmespeichers (2) gleichen Volumens (V) und einer Länge (L) gleich der Erstreckung (E) des Wabenkörpers (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas einmal in der bevorzugten Strömungsrichtung (15) an dem Wärmespeicher (2) entlang geführt, dann umgeleitet und schließlich in entgegengesetzter
Strömungsrichtung (16) an dem Wärmespeicher (2) in wärmeleitenden Kontakt gebracht wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (2) ringförmig mit mindestens einem Kanal (13) ausgebildet ist und das Abgas mit der bevorzugten Strömungsrichtung (15) radial außen an dem Wärmespeicher (2) entlang geleitet wird und in entgegengesetzter
Strömungsrichtung (16) durch den Kanal (13) geleitet wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3002278A1 (fr) * 2013-02-21 2014-08-22 Renault Sa Dispositif de traitement des gaz d'echappement par catalyse.

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3889698B2 (ja) * 2002-11-22 2007-03-07 本田技研工業株式会社 蓄熱装置
JP2006515401A (ja) * 2003-01-14 2006-05-25 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング 入れ子式に位置する往流領域及び還流領域を備え同じ側で排ガスの流出入を行う省スペース形排ガス後処理装置
JP4205450B2 (ja) * 2003-02-19 2009-01-07 本田技研工業株式会社 蓄熱装置用エレメント及び蓄熱装置の製造方法
DE102004052106B4 (de) * 2004-10-26 2008-01-10 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Kombination eines Katalysators mit einem Wärmespeicher
DE102005031068A1 (de) * 2005-06-23 2006-12-28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Katalysatorvorrichtung zur Gasreinigung und Verfahren zur Temperierung einer Katalysatorstruktur
DE102008032348A1 (de) * 2008-07-09 2010-01-14 Ltg Aktiengesellschaft Luftkanal sowie dezentrale lufttechnische Anlage mit einem Luftkanal
JP2011052919A (ja) 2009-09-03 2011-03-17 Ngk Insulators Ltd 蓄熱体
DE102011117624A1 (de) * 2011-11-04 2013-05-08 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Abgasbehandlungsvorrichtung
JP5939146B2 (ja) * 2012-12-13 2016-06-22 株式会社豊田自動織機 触媒担持体及び触媒担持体の製造方法
WO2014168861A2 (en) * 2013-04-08 2014-10-16 Cowans Kenneth W Air supply concepts to improve efficiency of vcrc engines
US9181838B2 (en) * 2014-04-07 2015-11-10 Ford Global Technologies, Llc Temperature maintenance and regulation of vehicle exhaust catalyst systems with phase change materials
FR3032028B1 (fr) * 2015-01-26 2019-05-17 Valeo Systemes Thermiques Batterie thermique a materiau a changement de phase encapsule.
DE102015111689C5 (de) * 2015-07-17 2022-09-01 Türk & Hillinger GmbH Elektrisch beheizbarer Katalysator und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102016224711B4 (de) * 2016-12-12 2019-08-01 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betrieb eines elektrisch beheizbaren Katalysators
FR3067755B1 (fr) * 2017-06-16 2019-06-21 IFP Energies Nouvelles Systeme d'optimisation de la temperature de catalyseurs a reduction catalytique selective scr
FR3067756B1 (fr) * 2017-06-16 2021-03-12 Ifp Energies Now Systeme catalytique de traitement de gaz d'echappement de vehicule hybride comportant des moyens de stockage de la chaleur
DE102017124032A1 (de) * 2017-10-16 2019-04-18 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Abgas/Reaktionsmittel-Mischbaugruppe
DE102018209238B4 (de) * 2018-06-11 2021-12-30 Ford Global Technologies, Llc Abgasturboaufgeladene Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine
DE102018127092A1 (de) * 2018-10-30 2020-04-30 Faurecia Emissions Control Technologies, Germany Gmbh Katalysatorkörper, elektrisch beheizbarer Katalysator und Kraftfahrzeug mit einem Katalysator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1395960A (en) * 1971-09-13 1975-05-29 Ford Motor Co Catalytic converter
DE4132440A1 (de) * 1991-09-28 1993-05-27 Emitec Emissionstechnologie Anordnung zur aufheizung eines abgaskatalysators
EP0596854A1 (de) * 1992-11-02 1994-05-11 AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH.Prof.Dr.Dr.h.c. Hans List Katalysator
FR2698909A1 (fr) * 1992-12-04 1994-06-10 Renault Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne.
US5477676A (en) 1988-04-15 1995-12-26 Midwest Research Institute Method and apparatus for thermal management of vehicle exhaust systems

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4581285A (en) * 1983-06-07 1986-04-08 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High thermal capacitance multilayer thermal insulation
US5916530A (en) * 1994-08-29 1999-06-29 Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mbh Catalytic reactor
US6203764B1 (en) * 1999-01-15 2001-03-20 Midwest Research Institute Vacuum-insulated catalytic converter
US6875407B1 (en) * 1999-01-22 2005-04-05 Benteler Automotive Corporation Vacuum-insulated exhaust treatment device with phase change materials and thermal management system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1395960A (en) * 1971-09-13 1975-05-29 Ford Motor Co Catalytic converter
US5477676A (en) 1988-04-15 1995-12-26 Midwest Research Institute Method and apparatus for thermal management of vehicle exhaust systems
DE4132440A1 (de) * 1991-09-28 1993-05-27 Emitec Emissionstechnologie Anordnung zur aufheizung eines abgaskatalysators
EP0596854A1 (de) * 1992-11-02 1994-05-11 AVL Gesellschaft für Verbrennungskraftmaschinen und Messtechnik mbH.Prof.Dr.Dr.h.c. Hans List Katalysator
FR2698909A1 (fr) * 1992-12-04 1994-06-10 Renault Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne.

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3002278A1 (fr) * 2013-02-21 2014-08-22 Renault Sa Dispositif de traitement des gaz d'echappement par catalyse.
WO2014147305A1 (fr) * 2013-02-21 2014-09-25 Renault S.A.S. Dispositif de traitement des gaz d'echappement par catalyse

Also Published As

Publication number Publication date
DE10190344D2 (de) 2003-01-16
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DE10004545A1 (de) 2001-10-31

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