WO2018050598A1 - Abgasnachbehandlungseinheit - Google Patents

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WO2018050598A1
WO2018050598A1 PCT/EP2017/072759 EP2017072759W WO2018050598A1 WO 2018050598 A1 WO2018050598 A1 WO 2018050598A1 EP 2017072759 W EP2017072759 W EP 2017072759W WO 2018050598 A1 WO2018050598 A1 WO 2018050598A1
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treatment unit
exhaust
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Klaus MÜLLER-HAAS
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an exhaust aftertreatment unit for the reduction of pollutants in the exhaust gas of a diesel engine, with a metering unit for adding an aqueous urea solution into the exhaust gas stream, with an SCR catalyst for the conversion of nitrogen oxides into nitrogen and water and with an oxidation catalyst for the conversion of ammonia into Nitrogen and water, wherein the SCR catalyst and the oxidation catalyst are arranged within a housing and the housing can be flowed through by an exhaust gas flow from an inlet opening to an outlet opening, wherein the oxidation catalyst downstream of the SCR catalyst is arranged ⁇ .
  • Catalysts are known in a variety of structural designs on the market. There are known, inter alia catalysts on the market, comprise the ceramic support substrate ⁇ te or metallic carriers which are provided with coatings in order to achieve a targeted conversion of the harmful substances. Catalysts can be tailored to the conversion of specific pollutants or simultaneously convert a plurality of pollutants.
  • the known catalysts include, for example, oxidation catalysts, NOx storage catalysts or catalysts for selective catalytic reduction.
  • Ka gas catalytic converters In particular for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas of diesel engines SCR (selective catalytic reduction) are used Ka gas catalytic converters.
  • a urea solution is metered into the exhaust system.
  • the amount of urea solution metered in must always be matched to the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas. If too little urea solution is metered in, there is no complete conversion of the nitrogen oxides. If too much urea is metered in, the ammonia formed from the urea solution can not react completely with the nitrogen oxides and can precipitate in the exhaust aftertreatment system or even escape from it. Also stored during heating stored ammonia can be released. Freeing ammonia can lead to an odor nuisance.
  • the ammonia spread in the exhaust aftertreatment unit can lead to damage of components such as gaskets.
  • exhaust aftertreatment units which have an additional oxidation catalyst in the flow direction of the exhaust gas downstream of the SCR catalyst. This serves to convert the excess ammonia.
  • a disadvantage gene of the known in the art Vorrichtun- in particular, that the oxidation catalyst requires additional space, since an additional construction ⁇ part needs to be integrated either, or a portion of the SCR catalytic converter by a noble metal coating to an oxidation catalyst has to be converted.
  • the overall length or active area of the SCR converter must be Catalyst can be increased, making a total of ⁇ space requirement increases significantly.
  • a further disadvantage is that the catalytic coating on the oxidation catalyst in a non-uniform flow distribution and concentration of the ammonia is not optimally ⁇ uses.
  • An embodiment of the invention relates to an exhaust ⁇ post-treatment unit for the reduction of pollutants in the exhaust of a diesel engine, with a metering unit for metering an aqueous urea solution into the exhaust stream, with an SCR catalyst for the conversion of nitrogen oxides into nitrogen and water and with an oxidation catalyst for the conversion of Ammonia in nitrogen and water, wherein the SCR cata- ⁇ catalyst and the oxidation catalyst are arranged within a housing and the housing is flowed through by an exhaust gas flow from an inlet opening to an outlet opening, wherein the oxidation catalyst is arranged downstream of the SCR catalyst, wherein the Oxidationska ⁇ analyzer is arranged in the outlet opening and the flow direction of the SCR catalyst is different from the flow direction of the oxidation catalyst.
  • an oxidation catalyst is meant a catalyst for the conversion of excess ammonia in the exhaust aftertreatment unit. This is known for example as Am ⁇ ammonia (NH3) slip catalyst.
  • An SCR catalyst refers to a catalyst in which
  • the two catalysts are formed from a metalli ⁇ carrier substrate, each having suitable Materi ⁇ alkombinations and coatings that promote the aforementioned chemical transformations best possible.
  • the carrier substrates are accommodated in a housing, which is flowed through by an exhaust gas stream.
  • the oxidation catalyst is preferably not formed in one piece with the SCR catalyst and in particular not a portion of the SCR catalyst itself. It is known from the prior art that the oxidation catalyst is formed as a subregion of the SCR catalyst. In order to achieve despite the integration of the oxidation catalyst in the SCR Kata ⁇ lyst same effectiveness in nitrogen oxide conversion in the SCR catalyst, the overall length of the SCR Ka talysators must be increased or total active area can be increased. As a result, the entire Abgasnach ⁇ treatment unit is increased, whereby valuable space is claimed to ⁇ addition.
  • the oxidation catalyst is therefore according to the invention arranged downstream of the SCR catalyst and preferably arranged in the off ⁇ opening of the housing. Characterized to receive, in addition to the SCR catalyst and the oxidation catalyst, the Ge ⁇ housing with an otherwise unchanged size.
  • the flow through the SCR cata- ⁇ sators takes place along a different direction than the flow the outlet opening.
  • the oxidation catalyst is not arranged in direct extension of the SCR catalyst, but can be arranged in a different portion of the housing, without the housing must therefore be increased.
  • the SCR catalyst can be flowed through ent ⁇ long an axial direction of the housing and the outlet opening and the oxidation catalyst corresponds long can flow a radial direction.
  • the oxidation catalytic converter can be arranged in a space-saving manner in the region of the outlet opening.
  • the ammonia concentration distribution in the total exhaust gas is positively influenced and increases the utilization of the oxidation catalyst.
  • Subsequent sensors for detecting the nitrogen oxide content or the ammonia concentration thus record the existing concentrations more precisely, since there is a more uniform distribution.
  • the outlet opening has a slot-like cross-section.
  • a slot-like cross section By deviating from the circular shape cross-section, in particular a slot-like cross section, can be identical
  • a preferred embodiment is characterized gekennzeich ⁇ net, that the SCR catalyst has a plurality of first flow channels, which along the axial Managerre- ckungsraum of the housing are flowed through, wherein the oxidation catalyst has a plurality of second flow channels, which can be flowed through along a radial direction of extension of the housing.
  • the exhaust gas flow is deflected by 90 degrees after exiting the SCR catalytic converter and before entering the oxidation catalytic converter. This is advantageous in order to direct the flow through the housing along the axial extent to the outlet opening and the oxidation catalyst. Since the oxidation catalyst is preferably traversed in a radial direction, thus an optimum flow of the oxidation catalyst can he be generated ⁇ .
  • the outlet opening has a funnel-shaped extension projecting into the housing, wherein the funnel-shaped extension extends along ei ⁇ ner radial extension direction of the housing.
  • the oxidation catalyst must have a ⁇ be agreed length, in order to ensure a sufficient Encrypt ⁇ development of the ammonia.
  • Oxidation catalyst are traversed along a longer flow path with exhaust gas without having to magnification ⁇ ßern the case. Furthermore, it is advantageous if the funnel-shaped extension ⁇ set having a variable cross-section, the inlet area of the funnel-shaped extension having a long hole-like cross section and the exit region of the funnel-shaped extension has a circular cross-section. This is advantageous in order, in particular, to have a larger flow area through the slot-like cross-section, while maintaining the axial length of the housing in the same axial length. reach. As a result, the pressure loss occurring when flowing through the oxidation catalytic converter can be minimized. By merging the funnel-shaped extension to form a circular cross-section at the outlet opening , a simpler cross-section is produced at the outlet opening , which can be easily combined, in particular, with a large number of connections.
  • the oxidation catalyst may extend over the entire radial extent of the funnel-shaped extension or only over a portion of it. Also, the funnel-shaped extension over a portion of its radial extent also have a constant cross-section before it becomes variable. Thus, for example, the oxidation cation catalyst can be particularly preferably arranged in a region of the funnel-shaped extension, which has a constant slot-like cross-section. This is particularly beneficial to the resulting pressure loss in the oxidation catalyst.
  • the oxidation catalyst is arranged at the inlet region of the funnel-shaped extension and the opening cross section of the funnel-shaped Fortsat ⁇ zes at the entrance area completely covered. This avoids that the oxidation catalyst is partially flowed around by the exhaust gas. This can lead to an outflow of non-converted ⁇ ′tem ammonia out of the housing. By completely covering the opening cross-section of the trich ⁇ terförmigen extension an undesirable bypass flow can be avoided on the oxidation catalyst over.
  • a deflection element in the housing of the exhaust gas aftertreatment unit is arranged, which is out of the SCR catalyst austre- tend exhaust gas to the inlet side of the oxidation catalyst ge ⁇ deflected by the deflecting element.
  • the flow guidance in the housing can be optimized, which on the one hand reduces the pressure loss in the housing. Housing is reduced and on the other hand, the flow of the two catalysts is improved.
  • FIG. 1 shows two sectional views through an exhaust aftertreatment unit according to the prior art
  • Fig. 3 shows two sectional views through an inventive
  • FIG. 5 shows two sectional views through an alternative embodiment of an exhaust aftertreatment unit according to the invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a Abgasnachbe ⁇ treatment unit according to Figure 5.
  • FIG. 1 shows on the left a cross section through a housing 1 of an exhaust aftertreatment unit.
  • the housing 1 has a circular cross-section and the catagory arranged therein. Lysatoren 2, 3 are formed as disk-shaped substrates and inserted into the housing 1.
  • the housing 1 can be traversed along the arrow 4 from the left in an axial direction with an exhaust gas.
  • the exhaust gas flows through an inlet opening 5 into the first catalytic converter 2 and subsequently flows out of the housing 1 into the second catalytic converter 3 and, after a deflection in the housing 1, through the outlet opening 6.
  • On the housing 1 is a mounting flange indicated ⁇ 7, which extends around the outlet opening 6 around and used for connecting downstream elements in the exhaust line.
  • the first catalyst 2 is an SCR catalyst
  • the second catalyst 3 is an oxidation catalyst for decomposing unconverted ammonia.
  • FIG. 1 The configuration shown in Figure 1 corresponds to an exhaust gas post-treatment unit as ⁇ ⁇ be known from the prior art.
  • 2 shows an external perspective view of the exhaust post-treatment unit ⁇ as already shown in FIG. 1
  • FIG. 3 shows in the left part a section through an exhaust gas aftertreatment unit according to the invention.
  • a catalyst 11 is arranged, which serves as an SCR catalyst ⁇ catalyst. This is traversed along the direction 12 in an axial direction of the housing 10 with exhaust gas.
  • the exhaust gas flows through an inlet opening 13 into the SCR catalytic converter 11. After flowing through the SCR catalytic converter 11, the exhaust gas flows into a partial region 14 of the housing 10 which is located downstream of the SCR catalytic converter 11 and which is connected to the oxidation system. 15 upstream.
  • the exhaust gas is deflected due to the prevailing pressure conditions and through the inner walls of the housing 10 and leads in egg ⁇ ner radial direction 16 toward the oxidation catalyst 15 passes. After flowing through the oxidation catalytic converter, the exhaust gas flows out through the outlet opening 16 from the Gezzau ⁇ se 10th
  • FIG. 3 In the right part of Figure 3 is a section through the housing 10 at the level of the outlet opening 17 and the portion 14 in the housing 10 is shown. It can be seen in the sections of FIG. 3 that the outlet opening 17 has a long hole-like cross-section and a smaller extent in the axial direction 12 than in the radial direction transverse to the axial direction 12. This design of the outlet opening 17 results in the opening cross-section increases at gleichblei ⁇ bender axial extent of the housing 10, where ⁇ can be minimized by in particular the resulting in the flow through the oxidation ⁇ catalyst 15 pressure loss.
  • a sensor 21 which can be used, for example, to determine the nitrogen oxide concentration or the ammonia concentration.
  • the sensor 21 is arranged in such a way that it protrudes into the exhaust gas stream flowing out of the catalyst. By the deflection of the exhaust gas flow in the catalyst, a homogenization of the exhaust gas takes place, since a mixture is excited.
  • the values measured by the sensor 21 thus have a higher reliability, since the probability ⁇ is reduced that the sensor 21 measures a local concentration ⁇ maximum, which may arise in a non-homogeneous exhaust gas flow.
  • the sensor 21, as shown in Figure 3, in the same form in the embodiments of the other Figures 4, 5 and 6 are provided. It is not shown for reasons of clarity in these figures.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the housing 10 shown in FIG. 3 with the SCR catalytic converter 11 as disk-shaped substrate and the oxidation catalytic converter 15, which is inserted into the outlet opening 17 and completely fills the opening cross-section.
  • the axial extent of the housing 10 in Ver ⁇ equal to the housing 1 is substantially lower, although in both embodiments, an additional oxidation catalyst 3, 15 is arranged.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of the housing 10.
  • a funnel-shaped extension 20 is connected, which projects along the radial direction 16 in the housing 10.
  • an oxidation catalyst 18 is connected, which completely covers the inwardly directed opening cross-section of the funnel-shaped extension 20.
  • the Oxidationskata ⁇ lyst can be fully inserted into the funnel-shaped training set.
  • the gas flowing through the housing 10 exhaust is diverted as in Fi gur ⁇ 3 in the region 14 of the housing 10 and then flows through the oxidation catalyst 18 before it flows through the funnel--shaped extension 20th
  • the funnel-shaped extension has a variable cross-section. While a slot-like opening cross-section, similar to that in FIG. 3, is provided in the region of the oxidation catalytic converter 18, the cross-section of the outlet opening 19 is circular, as already shown in FIG. This is advantageous liable, since the connection of further components in the exhaust gas system can be much easier and more universal on a circular cross-section. At the same time, for the flow through the oxidation catalytic converter within the housing 10 at a given axial extent, the largest possible cross-sectional area is formed by the slot-like configuration of the funnel-shaped extension 20.
  • FIG. 6 shows a perspective external view of the housing 10 according to the embodiment according to FIG. 5.
  • FIGS. 3 to 6 have, in particular, no limiting character and serve to clarify the inventive concept.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinheit zur Reduktion von Schadstoffen im Abgas eines Dieselmotors, mit einer Dosiereinheit zur Zugabe einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrom, mit einem SCR-Katalysator (11) zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser und mit einem Oxidationskatalysator (15, 18) zur Umwandlung von Ammoniak in Stickstoff und Wasser, wobei der SCR-Katalysator (11) und der Oxidationskatalysator (15, 18) innerhalb eines Gehäuses (10) angeordnet sind und das Gehäuse (10) von einem Abgasstrom von einer Eintrittsöffnung (13) hin zu einer Austrittsöffnung (17, 19) durchströmbar ist, wobei der Oxidationskatalysator (15, 18) stromabwärts des SCR-Katalysators (11) angeordnet ist, wobei der Oxidationskatalysator (15, 18) in der Austrittsöffnung (17, 19) angeordnet ist und die Durchströmungsrichtung des SCR- Katalysators (11) verschieden von der Durchströmungsrichtung des Oxidationskatalysators (15, 18) ist.

Description

Bschreibung
Abgasnachbehandlungseinheit Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungseinheit zur Reduktion von Schadstoffen im Abgas eines Dieselmotors, mit einer Dosiereinheit zur Zugabe einer wässrigen Harnstofflö- sung in den Abgasstrom, mit einem SCR-Katalysator zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser und mit einem Oxidationskatalysator zur Umwandlung von Ammoniak in Stickstoff und Wasser, wobei der SCR-Katalysator und der Oxidationskatalysator innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind und das Gehäuse von einem Abgasstrom von einer Eintrittsöffnung hin zu einer Austrittsöffnung durchströmbar ist, wobei der Oxidationskatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators ange¬ ordnet ist. Stand der Technik
Zur Reduktion der Schadstoffe im Abgas von Verbrennungsmoto¬ ren können unterschiedliche Katalysatoren verwendet werden, die beispielswiese in einer Abgasnachbehandlungseinheit ein- gesetzt werden. Katalysatoren sind in einer Vielzahl von baulichen Gestaltungen am Markt bekannt. Es sind unter anderem Katalysatoren am Markt bekannt, die keramische Trägersubstra¬ te oder metallische Träger aufweisen, die mit Beschichtungen versehen sind, um eine zielgerichtete Umwandlung der Schad- Stoffe herbeizuführen. Katalysatoren können auf die Umwandlung spezieller Schadstoffe abgestimmt sein oder gleichzeitig eine Mehrzahl von Schadstoffen umwandeln. Zu den bekannten Katalysatoren zählen dabei beispielsweise Oxidationskatalysa- toren, NOx Speicherkatalysatoren oder Katalysatoren zur se- lektiven katalytischen Reduktion. Insbesondere zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas von Dieselmotoren werden SCR (selektive katalytische Reduktion) Ka¬ talysatoren eingesetzt. Hierzu wird eine Harnstofflösung in den Abgasstrang eindosiert. Um eine optimale Umsetzung der Stickoxide zu gewährleisten muss die Menge der eindosierten Harnstofflösung stets an die Stickoxidkonzentration im Abgas angepasst werden. Sofern zu wenig Harnstofflösung eindosiert wird, findet keine vollständige Umsetzung der Stickoxide statt. Sofern zu viel Harnstoff eindosiert wird, kann das aus der Harnstofflösung gebildete Ammoniak nicht vollständig mit den Stickoxiden reagieren und kann sich im Abgasnachbehandlungssystem niederschlagen oder sogar aus diesem austreten. Auch kann während des Aufheizens eingespeicherter Ammoniak freigesetzt werden. Frei werdender Ammoniak kann zu einer Ge- ruchsbelästigung führen. Aufgrund der korrosiven Eigenschaften kann der in der Abgasnachbehandlungseinheit verbreitete Ammoniak zu einer Beschädigung von Komponenten, wie beispielsweise Dichtungen, führen. Im Stand der Technik sind Abgasnachbehandlungseinheiten bekannt, die einen zusätzlichen Oxidationskatalysator in Strömungsrichtung des Abgases dem SCR-Katalysator nachgeschaltet aufweisen. Dieser dient zur Umwandlung des überschüssigen Ammoniaks. Es ist beispielsweise bekannt, einen Teil des SCR- Katalysators mit einer Edelmetallbeschichtung zu versehen und so einen Oxidationskatalysator zu erzeugen, um eine ausreichende Umwandlung des Ammoniaks herbeizuführen.
Nachteilig an den im Stand der Technik bekannten Vorrichtun- gen ist insbesondere, dass der Oxidationskatalysator zusätzlichen Bauraum beansprucht, da entweder ein zusätzliches Bau¬ teil integriert werden muss, oder ein Teilbereich des SCR- Katalysators durch eine Edelmetallbeschichtung zu einem Oxidationskatalysator umgewandelt werden muss. Um weiterhin eine ausreichende Funktion des SCR-Katalysators zu gewährleisten, muss die Baulänge beziehungsweise die aktive Fläche des SCR- Katalysators vergrößert werden, wodurch insgesamt der Platz¬ bedarf deutlich steigt.
Weiterhin ist nachteilig, dass die katalytische Beschichtung am Oxidationskatalysator bei ungleichförmiger Strömung und Konzentrationsverteilung des Ammoniaks nicht optimal ausge¬ nutzt wird.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Abgasnachbehandlungseinheit zu schaffen, welche einen zusätzli¬ chen Oxidationskatalysator zur Umwandlung überschüssigen Ammoniaks aufweist und dennoch möglichst kompakte Abmessungen aufweist.
Die Aufgabe hinsichtlich der Abgasnachbehandlungseinheit wird durch eine Abgasnachbehandlungseinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Abgas¬ nachbehandlungseinheit zur Reduktion von Schadstoffen im Abgas eines Dieselmotors, mit einer Dosiereinheit zur Zugabe einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrom, mit einem SCR-Katalysator zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser und mit einem Oxidationskatalysator zur Umwandlung von Ammoniak in Stickstoff und Wasser, wobei der SCR-Kataly¬ sator und der Oxidationskatalysator innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind und das Gehäuse von einem Abgasstrom von ei- ner Eintrittsöffnung hin zu einer Austrittsöffnung durchströmbar ist, wobei der Oxidationskatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist, wobei der Oxidationska¬ talysator in der Austrittsöffnung angeordnet ist und die Durchströmungsrichtung des SCR-Katalysators verschieden von der Durchströmungsrichtung des Oxidationskatalysators ist. Mit einem Oxidationskatalysator ist ein Katalysator zur Umwandlung von überschüssigem Ammoniak in der Abgasnachbehandlungseinheit gemeint. Dieser ist beispielsweise auch als Am¬ moniak (NH3) Schlupf Katalysator bekannt. Ein SCR-Katalysator bezeichnet einen Katalysator, in welchem Stickoxide unter
Einwirkung von Ammoniak, der aus einer wässrigen Harnstofflösung gewonnenen wird, zu Wasser und Stickstoff umgewandelt werden . Bevorzugt sind die beiden Katalysatoren aus einem metalli¬ schen Trägersubstrat gebildet, die jeweils geeignete Materi¬ alkombinationen und Beschichtungen aufweisen, die die vorgenannten chemischen Umwandlungen bestmöglich fördern. Die Trägersubstrate sind in einem Gehäuse aufgenommen, welches von einem Abgasstrom durchströmt wird.
Der Oxidationskatalysator ist bevorzugt nicht einteilig mit dem SCR-Katalysator ausgebildet und insbesondere nicht ein Teilbereich des SCR-Katalysators selbst. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass der Oxidationskatalysator als Teilbereich des SCR-Katalysators ausgebildet ist. Um trotz der Integration des Oxidationskatalysators in den SCR-Kata¬ lysator dieselbe Effektivität in der Stickoxidumwandlung im SCR-Katalysator zu erreichen, muss die Baulänge des SCR-Ka- talysators erhöht werden beziehungsweise insgesamt die aktive Fläche vergrößert werden. Dadurch wird die gesamte Abgasnach¬ behandlungseinheit vergrößert, wodurch wertvoller Bauraum zu¬ sätzlich beansprucht wird. Erfindungsgemäß ist daher der Oxidationskatalysator dem SCR- Katalysator nachgelagert angeordnet und bevorzugt in der Aus¬ trittsöffnung des Gehäuses angeordnet. Dadurch kann das Ge¬ häuse mit einer ansonsten unveränderten Größe zusätzlich zu dem SCR-Katalysator auch den Oxidationskatalysator aufnehmen.
Besonders bevorzugt erfolgt die Durchströmung des SCR-Kataly¬ sators entlang einer anderen Richtung als die Durchströmung der Austrittsöffnung. Dies hat zur Folge, dass insbesondere der Oxidationskatalysator nicht in direkter Verlängerung des SCR-Katalysators angeordnet ist, sondern in einem anderen Teilbereich des Gehäuses angeordnet werden kann, ohne dass das Gehäuse deswegen vergrößert werden muss.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der SCR-Katalysator ent¬ lang einer axialen Richtung des Gehäuses durchströmbar ist und die Austrittsöffnung und der Oxidationskatalysator ent- lang einer radialen Richtung durchströmbar sind.
Dies ist vorteilhaft, da die regelmäßig notwendige Umlenkung des Abgasstroms somit platzsparend innerhalb des Gehäuses stattfinden kann und der Oxidationskatalysator platzsparend im Bereich der Austrittsöffnung angeordnet werden kann. Durch eine Strömungsumlenkung wird die Ammoniakkonzentrationsverteilung im Gesamtabgas positiv beeinflusst und die Ausnutzung des Oxidationskatalysators gesteigert. Nachfolgende Sensoren zur Erfassung des Stickoxidgehalts oder der Ammoniakkonzent- ration erfassen die vorhandenen Konzentrationen somit genauer, da eine gleichmäßigere Verteilung vorliegt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnung einen langlochartigen Querschnitt aufweist. Durch eine von der kreisrunden Form abweichenden Querschnitt, wie insbesondere einem langlochartigen Querschnitt, kann bei identischer
Erstreckung des Gehäuses in axialer Richtung eine größere durchströmbare Öffnung erzeugt werden, was insbesondere vor¬ teilhaft für den im Gehäuse entstehenden Druckverlust ist. Bevorzugt verläuft die längere Seite der langlochartigen Aus¬ trittsöffnung in Umfangsrichtung des Gehäuses, so dass die kürzere Erstreckung in axialer Richtung des Gehäuses verläuft . Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeich¬ net, dass der SCR-Katalysator eine Mehrzahl von ersten Strömungskanälen aufweist, welche entlang der axialen Erstre- ckungsrichtung des Gehäuses durchströmbar sind, wobei der Oxidationskatalysator eine Mehrzahl von zweiten Strömungskanälen aufweist, welche entlang einer radialen Erstreckungs- richtung des Gehäuses durchströmbar sind.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Abgasstrom nach dem Austritt aus dem SCR-Katalysator und vor dem Eintritt in den Oxidationskatalysator um 90 Grad umgelenkt wird. Dies ist vorteilhaft, um die Durchströmung des Gehäuses entlang der axialen Erstreckung hin zur Austrittsöffnung und dem Oxidationskatalysator zu lenken. Da der Oxidationskatalysator bevorzugt in einer radialen Richtung durchströmt wird, kann somit auch eine optimale Anströmung des Oxidationskatalysators er¬ zeugt werden.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsöffnung einen in das Gehäuse hineinragenden trichterförmigen Fortsatz aufweist, wobei sich der trichterförmige Fortsatz entlang ei¬ ner radialen Erstreckungsrichtung des Gehäuses erstreckt. Dies ist vorteilhaft, wenn der Oxidationskatalysator eine be¬ stimmte Baulänge aufweisen muss, um eine ausreichende Umwand¬ lung des Ammoniaks sicherstellen zu können. Durch einen trichterförmigen Fortsatz kann praktisch ein Strömungskanal innerhalb des Gehäuses geschaffen werden, in welchen der Oxi- dationskatalysator integriert werden kann. Somit kann der
Oxidationskatalysator entlang einer längeren Strömungsstrecke mit Abgas durchströmt werden, ohne dafür das Gehäuse vergrö¬ ßern zu müssen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der trichterförmige Fort¬ satz einen veränderlichen Querschnitt aufweist, wobei der Eintrittsbereich des trichterförmigen Fortsatzes einen lang- lochartigen Querschnitt aufweist und der Austrittsbereich des trichterförmigen Fortsatzes einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Dies ist vorteilhaft, um durch den langlochartigen Querschnitt insbesondere eine größere Durchströmungsfläche bei gleichbleibender Baulänge des Gehäuses in axialer Rieh- tung zu erreichen. Dadurch kann der beim Durchströmen des Oxidationskatalysators entstehende Druckverlust minimiert werden. Durch die Zusammenführung des trichterförmigen Fortsatzes zu einem an der Austrittsöffnung kreisrunden Quer- schnitt wird ein einfacherer Querschnitt an der Austrittsöff¬ nung erzeugt, der insbesondere mit einer Vielzahl von Anschlüssen einfach kombiniert werden kann.
Der Oxidationskatalysator kann sich über die gesamte radiale Erstreckung des trichterförmigen Fortsatzes erstrecken oder auch nur über einen Teilbereich dessen. Auch kann der trichterförmige Fortsatz über einen Teil seiner radialen Erstreckung auch einen gleichbleibenden Querschnitt aufweisen, bevor dieser veränderlich wird. So kann beispielsweise der Oxi- dationskatalysator besonders bevorzugt in einem Bereich des trichterförmigen Fortsatzes angeordnet sein, welcher einen gleichbleibenden langlochartigen Querschnitt aufweist. Dies ist insbesondere dem im Oxidationskatalysator entstehenden Druckverlust zuträglich.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Oxidationskatalysator am Eintrittsbereich des trichterförmigen Fortsatzes angeordnet ist und den Öffnungsquerschnitt des trichterförmigen Fortsat¬ zes am Eintrittsbereich vollständig überdeckt. Hierdurch wird vermieden, dass der Oxidationskatalysator teilweise vom Abgas umströmt wird. Dies kann zu einem Ausströmen von nicht umge¬ wandeltem Ammoniak aus dem Gehäuse hinaus führen. Durch ein vollständiges Überdecken des Öffnungsquerschnitts des trich¬ terförmigen Fortsatzes kann eine unerwünschte Bypassströmung am Oxidationskatalysator vorbei vermieden werden.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn ein Umlenkelement im Gehäuse der Abgasnachbehandlungseinheit angeordnet ist, wobei durch das Umlenkelement das aus dem SCR-Katalysator austre- tende Abgas zur Eintrittsseite des Oxidationskatalysators ge¬ lenkt wird. Dadurch kann die Strömungsführung in dem Gehäuse optimiert werden, wodurch einerseits der Druckverlust im Ge- häuse verringert wird und andererseits die Anströmung der beiden Katalysatoren verbessert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei¬ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert er¬ läutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 zwei Schnittansichten durch eine Abgasnachbehandlungseinheit nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Abgasnachbehand¬ lungseinheit nach Figur 1,
Fig. 3 zwei Schnittansichten durch eine erfindungsgemäße
Abgasnachbehandlungseinheit ,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Abgasnachbehand¬ lungseinheit nach Figur 3,
Fig. 5 zwei Schnittansichten durch eine alternative Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit und
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Abgasnachbe¬ handlungseinheit gemäß Figur 5.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt links einen Querschnitt durch ein Gehäuse 1 einer Abgasnachbehandlungseinheit. Das Gehäuse 1 weist einen kreisrunden Querschnitt auf und die darin angeordneten Kata- lysatoren 2, 3 sind als scheibenförmige Substrate ausgebildet und in das Gehäuse 1 eingesetzt. Das Gehäuse 1 kann entlang des Pfeils 4 von links in einer axialen Richtung mit einem Abgas durchströmt werden. Dabei strömt das Abgas durch eine Eintrittsöffnung 5 in den ersten Katalysator 2 ein und strömt anschließend in den zweiten Katalysator 3 und nach einer Um- lenkung im Gehäuse 1 durch die Austrittsöffnung 6 aus dem Gehäuse 1 aus. Am Gehäuse 1 ist eine Anschlussflansch 7 ange¬ deutet, welcher um die Austrittsöffnung 6 herum verläuft und dem Anschluss nachgelagerter Elemente im Abgasstrang dient.
Der erste Katalysator 2 ist ein SCR-Katalysator und der zweite Katalysator 3 ist ein Oxidationskatalysator zur Aufspaltung von nicht umgewandeltem Ammoniak.
Im rechten Teil der Figur 1 ist ein Schnitt durch das Gehäuse 1 auf Höhe der Austrittsöffnung 6 dargestellt. Hier ist der kreisrunde Querschnitt des Gehäuses 1 und der Anschluss¬ flansch 7 zu erkennen.
Die in Figur 1 gezeigte Konfiguration entspricht einer Abgas¬ nachbehandlungseinheit wie sie aus dem Stand der Technik be¬ kannt ist. Figur 2 zeigt eine perspektivische Außenansicht der Abgas¬ nachbehandlungseinheit wie sie bereits in Figur 1 gezeigt ist .
Figur 3 zeigt im linken Teil einen Schnitt durch eine erfin- dungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit. In einem kreisrunden Gehäuse 10 ist ein Katalysator 11 angeordnet, der als SCR-Ka¬ talysator dient. Dieser wird entlang der Richtung 12 in einer axialen Richtung des Gehäuses 10 mit Abgas durchströmt. Das Abgas strömt durch eine Eintrittsöffnung 13 in den SCR-Kata- lysator 11. Nach dem Durchströmen des SCR-Katalysators 11 strömt das Abgas in einen Teilbereich 14 des Gehäuses 10 der dem SCR-Katalysator 11 nachgelagert ist und dem Oxidationska- talysator 15 vorgelagert ist. In diesem Teilbereich 14 wird das Abgas aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse und durch die Innenwandungen des Gehäuses 10 umgelenkt und in ei¬ ner radialen Richtung 16 hin zum Oxidationskatalysator 15 ge- leitet. Nach dem Durchströmen des Oxidationskatalysators strömt das Abgas durch die Austrittsöffnung 16 aus dem Gehäu¬ se 10 aus.
Im rechten Teil der Figur 3 ist ein Schnitt durch das Gehäuse 10 auf Höhe der Austrittsöffnung 17 und des Teilbereichs 14 im Gehäuse 10 dargestellt. Es ist in den Schnitten der Figur 3 zu erkennen, dass die Austrittsöffnung 17 einen langlochar- tigen Querschnitt aufweist und eine geringere Erstreckung in axialer Richtung 12 aufweist als in der radialen Richtung quer zur axialen Richtung 12. Durch diese Gestaltung der Austrittsöffnung 17 wird der Öffnungsquerschnitt bei gleichblei¬ bender axialer Erstreckung des Gehäuses 10 vergrößert, wo¬ durch insbesondere der bei der Durchströmung des Oxidations¬ katalysators 15 entstehende Druckverlust minimiert werden kann.
Im Bereich der Austrittsöffnung 17 ist ein Sensor 21 dargestellt, der beispielsweise zur Ermittlung der Stickoxidkonzentration oder der Ammoniakkonzentration verwendet werden kann. Der Sensor 21 ist dabei derart angeordnet, dass er in den aus dem Katalysator ausströmenden Abgasstrom hineinragt. Durch die Umlenkung des Abgasstroms im Katalysator findet eine Homogenisierung des Abgases statt, da eine Vermischung angeregt wird. Die von dem Sensor 21 gemessenen Werte weisen somit eine höhere Verlässlichkeit auf, da die Wahrscheinlich¬ keit reduziert wird, dass der Sensor 21 ein lokales Konzent¬ rationsmaximum misst, welches in einem nicht homogenen Abgasstrom entstehen kann. Der Sensor 21, wie er in der Figur 3 dargestellt ist, kann in gleicher Form auch in den Ausführungsbeispielen der anderen Figuren 4, 5 und 6 vorgesehen werden. Er ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in diesen Figuren nicht dargestellt.
Die Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Figur 3 gezeigten Gehäuses 10 mit dem SCR-Katalysator 11 als scheibenförmigem Substrat und dem Oxidationskatalysator 15, welcher in die Austrittsöffnung 17 eingesetzt ist und den Öffnungsquerschnitt vollständig ausfüllt. Insbesondere im Vergleich mit den Figuren 1 und 2 ist zu erkennen, dass die axiale Erstreckung des Gehäuses 10 im Ver¬ gleich zum Gehäuse 1 wesentlich geringer ist, obwohl in beiden Ausführungsformen ein zusätzlicher Oxidationskatalysator 3, 15 angeordnet ist.
Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Gehäuses 10. An der Austrittsöffnung 19, welche in Figur 5 einen kreisrunden Querschnitt aufweist, ist ein trichterförmiger Fortsatz 20 angebunden, welcher entlang der radialen Richtung 16 in das Gehäuse 10 hineinragt. An den trichterförmigen Fortsatz 20 ist ein Oxidationskatalysator 18 angeschlossen, der den nach innen gerichteten Öffnungsquerschnitt des trichterförmigen Fortsatzes 20 vollständig überdeckt. Der Oxidationskata¬ lysator kann auch vollständig in den trichterförmigen Fort- satz eingesetzt sein.
Das durch das Gehäuse 10 strömende Abgas wird wie auch in Fi¬ gur 3 im Bereich 14 des Gehäuses 10 umgelenkt und durchströmt sodann den Oxidationskatalysator 18 bevor es den trichterför- migen Fortsatz 20 durchströmt.
Im rechten Teil der Figur 5 ist zu erkennen, dass der trichterförmige Fortsatz einen veränderlichen Querschnitt aufweist. Während im Bereich des Oxidationskatalysators 18 ein langlochartiger Öffnungsquerschnitt, ähnlich dem in Figur 3, vorgesehen ist, ist der Querschnitt der Austrittsöffnung 19 kreisrund, wie bereits in Figur 1 gezeigt. Dies ist vorteil- haft, da der Anschluss weiterführenden Komponenten im Abgasstrang wesentlich einfacher und universeller an einem kreisrunden Querschnitt erfolgen kann. Gleichzeitig ist für die Durchströmung des Oxidationskatalysators innerhalb des Gehäu- ses 10 bei gegebener axialer Erstreckung eine möglichst große Querschnittfläche durch die langlochartige Gestaltung des trichterförmigen Fortsatzes 20 ausgebildet.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Außenansicht des Gehäuses 10 gemäß der Ausgestaltung nach Figur 5.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele der Figuren 3 bis 6 können auch untereinander kombiniert werden. Die Ausführungsbeispiele der Figuren 3 bis 6 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Claims

Abgasnachbehandlungseinheit zur Reduktion von Schadstof¬ fen im Abgas eines Dieselmotors, mit einer Dosiereinheit zur Zugabe einer wässrigen Harnstofflösung in den Abgasstrom, mit einem SCR-Katalysator (11) zur Umwandlung von Stickoxiden in Stickstoff und Wasser und mit einem Oxi- dationskatalysator (15, 18) zur Umwandlung von Ammoniak in Stickstoff und Wasser, wobei der SCR-Katalysator (11) und der Oxidationskatalysator (15, 18) innerhalb eines Gehäuses (10) angeordnet sind und das Gehäuse (10) von einem Abgasstrom von einer Eintrittsöffnung (13) hin zu einer Austrittsöffnung (17, 19) durchströmbar ist, wobei der Oxidationskatalysator (15, 18) stromabwärts des SCR- Katalysators (11) angeordnet ist, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , dass der Oxidationskatalysator (15, 18) in der Austrittsöffnung (17, 19) angeordnet ist und die Durchströmungsrichtung des SCR-Katalysators (11) verschieden von der Durchströmungsrichtung des Oxidati- onskatalysators (15, 18) ist.
Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 1, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der SCR-Ka¬ talysator (11) entlang einer axialen Richtung (12) des Gehäuses (10) durchströmbar ist und die Austrittsöffnung (17, 19) und der Oxidationskatalysator (15, 18) entlang einer radialen Richtung (16) durchströmbar sind.
Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Austrittsöffnung (17) einen langloch- artigen Querschnitt aufweist.
Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der SCR-Katalysator (11) eine Mehrzahl von ersten Strömungskanälen aufweist, welche entlang der axialen Erstreckungsrichtung (12) des Gehäuses (10) durchströmbar sind, wobei der Oxidationskatalysator (15, 18) eine Mehrzahl von zweiten Strömungskanälen aufweist, welche entlang einer radialen Erstreckungsrichtung (16) des Gehäuses (10) durchströmbar sind.
Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abgasstrom nach dem Austritt aus dem SCR-Katalysator (11) und vor dem Eintritt in den Oxida¬ tionskatalysator (15, 18) um 90 Grad umgelenkt wird.
Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Austrittsöffnung (19 einen in das Gehäuse (10) hineinragenden trichterförmigen Fortsatz (20) aufweist, wobei sich der trichterförmige Fortsatz (20) entlang einer radialen Erstreckungsrichtung (16) des Gehäuses (10) erstreckt.
Abgasnachbehandlungseinheit nach Anspruch 6, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der trich¬ terförmige Fortsatz (20) einen veränderlichen Querschnitt aufweist, wobei der Eintrittsbereich des trichterförmigen Fortsatzes (20) einen langlochartigen Querschnitt aufweist und der Austrittsbereich (19) des trichterförmigen Fortsatzes (20) einen kreisrunden Querschnitt aufweist.
Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Oxidationskatalysator (18) am Eintrittsbereich des trichterförmigen Fortsatzes (20) angeordnet ist und den Öffnungsquerschnitt des trichter¬ förmigen Fortsatzes (20) am Eintrittsbereich vollständig überdeckt . Abgasnachbehandlungseinheit nach einem der vorhergehen¬ den Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Umlenkelement im Gehäuse (10) der Ab¬ gasnachbehandlungseinheit angeordnet ist, wobei durch das Umlenkelement das aus dem SCR-Katalysator (11) aus¬ tretende Abgas zur Eintrittsseite des Oxidationskataly- sators (15, 18) gelenkt wird.
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