WO2020260337A1 - Vorrichtung zur abgasnachbehandlung - Google Patents

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WO2020260337A1
WO2020260337A1 PCT/EP2020/067594 EP2020067594W WO2020260337A1 WO 2020260337 A1 WO2020260337 A1 WO 2020260337A1 EP 2020067594 W EP2020067594 W EP 2020067594W WO 2020260337 A1 WO2020260337 A1 WO 2020260337A1
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exhaust gas
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metal foils
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Rolf BRÜCK
Peter Hirth
Sven Schepers
David Odenthal
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Vitesco Technologies GmbH
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for exhaust gas aftertreatment, in particular a ring catalytic converter, with a first tubular flow path, with a deflection chamber and with a second annular flow path, the tubular flow path being delimited outward in the radial direction by an inner tube and the second annular flow path in the radial direction is limited to the inside by the inner tube and to the outside by an outer tube and the deflection chamber is designed to deflect the exhaust gas flow from the tubular flow path into the annular flow path.
  • catalytic converters are advantageously arranged close to the source of the exhaust gases in order to generate high exhaust gas temperatures as quickly as possible, and thus also high temperatures on the catalytic converters themselves.
  • electrically heated components can be used to increase the exhaust gas temperature through the electrical auxiliary heating.
  • One embodiment of the invention relates to a device for exhaust gas aftertreatment, in particular a ring catalytic converter, with a first tubular flow path, with a deflection chamber and with a second annular flow path, the tubular flow path being delimited outward in the radial direction by an inner tube and the second annular
  • the flow path is delimited in the radial direction inward by the inner tube and outward by an outer tube and the deflection chamber is designed to deflect the exhaust gas flow from the tubular flow path into the annular flow path
  • the ring catalyst having at least one annular support body which is coated with a catalytically active coating is acted upon and is arranged in the annular flow path.
  • the basic structure of a ring catalyst is known from the prior art.
  • the main features are the tubular flow path in the Center of the ring catalytic converter, which in particular enables improved mixing of the exhaust gas flow.
  • this flow path can be used, for example, to mix the exhaust gas with a vaporized urea solution in order to subsequently enable a more uniform application of the catalytically active carrier bodies of the catalytic converters arranged in the ring catalytic converter.
  • the exhaust gas flows out of the tubular flow path through a deflection chamber in which the exhaust gas is deflected radially outward and finally flows through the annular flow path in a flow direction opposite to the flow in the tubular flow path.
  • Ring catalytic converters are characterized in particular by their short overall length compared to the actual length of the flow path inside.
  • a wide variety of catalytic converters can be arranged in the flow paths, which are designed to convert different components of the exhaust gas, depending on the type of exhaust gas.
  • the carrier bodies of the catalysts can, for example, be metallic and be formed from stacked and wound metal foils.
  • the use of coated ceramic materials is also possible.
  • the carrier body is produced from a plurality of metal foils and a plurality of flow channels is formed between the metal foils through which flow can flow along the direction of flow.
  • the plurality of flow channels is advantageous in order to generate as large an active surface as possible over which the exhaust gas can flow.
  • the metal foils have cutouts, as a result of which overflow passages are formed between flow channels that are adjacent to one another.
  • Recesses can, for example, be perforations in the metal foils. Stamped shapes and profiles can also be provided on the edges of the recesses, which promote an overflow of the exhaust gas between flow channels adjacent to one another.
  • the cutouts also substantially reduce the thermal mass of the carrier body, as a result of which heating of the carrier body to the light-off temperature is accelerated.
  • a preferred embodiment is characterized in that the carrier body is formed from at least partially structured metal foils and smooth metal foils, which are stacked on top of one another and wound up. This is advantageous because the production of support bodies in this way is widely known and a large number of different support bodies that are tailored to the respective application can thus be produced in a simple manner.
  • the recesses in the metal foils are arranged on the end region of the carrier body facing the deflection chamber. This is advantageous because, particularly in the area of the carrier body where the exhaust gas flows into the flow channels, a low thermal capacity leads to rapid heating. This ensures that the light-off temperature is reached as quickly as possible.
  • the heating disk can, for example, also be a metallic carrier body which is formed from metal foils.
  • the heating panel has one or more electrical conductors which are connected to a voltage source and can thus contribute to heating the carrier body by utilizing the electrical resistance.
  • the electrical conductors can be wound between the metal foils of the carrier body or, for example, attached to the inflow side of the heating disk.
  • the electrically heatable heating panel is located in front of the carrier body in the direction of flow of the exhaust gas. This is advantageous in order to achieve a temperature increase in the flowing exhaust gas, if possible before the catalytically active carrier body.
  • the outer tube of the ring catalytic converter or the jacket in which the outer tube is received has a heating element.
  • a heating element is used in particular to close the ring catalytic converter from the outside heat and transfer energy from the jacket and / or the outer tube to the exhaust gas through the thermal radiation.
  • the heating element is formed by a heating coil which is wound around the jacket or the outer tube.
  • a heating coil can advantageously be formed by a current-carrying conductor that is wound around the outer tube or the jacket. In this way, the outer tube or the jacket can be heated in a targeted manner as required and the heat can be given off to the flowing exhaust gas and / or the carrier body via the thermal radiation and the thermal conduction inside
  • the heating element is formed by a plurality of heating devices which are arranged distributed along the circumference of the jacket or the outer tube.
  • PTC heating elements can be provided, which are arranged distributed on the outer tube or the jacket and thus generate heating of the respective structure.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a ring catalytic converter, the carrier body having a perforation in the ring-shaped flow path on its inflow side,
  • FIG. 2 shows a sectional view through a ring catalytic converter, with a heating disk in front of the annular support body, viewed in the direction of flow, and FIG. Preferred embodiment of the invention
  • FIG. 1 shows a sectional view through a ring catalytic converter 1, the carrier body 3 arranged in the ring-shaped flow path 2 having a plurality of recesses 5 on its gas inflow side 4.
  • the recesses 5 which are introduced into the individual metal foils from which the carrier body 3 is formed, for example, the heat capacity of the carrier body 3 can be reduced, which enables faster heating and thus faster reaching of the light-off temperature.
  • FIG. 2 shows a ring catalytic converter 1 of the type already shown in FIG.
  • an electrically heatable heating disk 7 is positioned in front of the carrier body 6.
  • the heating disk 7 can be arranged completely in the annular flow path 2, or else a little in front of it in the deflection chamber and, through its own structure, extend both the tubular flow path 8 and the annular flow path 2.
  • the heating disk 7 can have an electrical contact (not shown) with a
  • Voltage source are connected and so electrically heated.
  • FIG. 3 shows a ring catalytic converter 1 as in the preceding FIGS. 1 and 2, a heating coil 9 now being wound around the outer tube or the outer jacket of the ring catalytic converter 1.
  • This heating coil 9 can be formed, for example, by a heating conductor.
  • the heating coil 9 can be arranged along the entire axial extent of the annular flow path 2, so that heating from the outside is achieved over the entire length.
  • the heating coil can wrap around only a part of the area.
  • the gas inlet side of the carrier body 3 is wrapped in such a case.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, insbesondere ein Ringkatalysator (1), mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke (8), mit einer Umlenkkammer und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke (2), wobei die rohrförmige Strömungsstrecke (8) in radialer Richtung nach außen durch ein Innenrohr begrenzt ist und die zweite ringförmige Strömungsstrecke (2) in radialer Richtung nach innen durch das Innenrohr und nach außen durch ein Außenrohr begrenzt ist und die Umlenkkammer zur Umlenkung des Abgasstroms aus der rohrförmigen Strömungsstrecke (8) in die ringförmige Strömungsstrecke (2) ausgebildet ist, wobei der Ringkatalysator (1) zumindest einen ringförmigen Trägerkörper (3, 6) aufweist, welcher mit einer katalytisch aktiven Beschichtung beaufschlagt ist und in der ringförmigen Strömungsstrecke (2) angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, insbesondere ein Ringkatalysator, mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke, mit einer Umlenkkammer und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke in radialer Richtung nach außen durch ein Innenrohr begrenzt ist und die zweite ringförmige Strömungsstrecke in radialer Richtung nach innen durch das Innenrohr und nach außen durch ein Außenrohr begrenzt ist und die Umlenkkammer zur Umlenkung des Abgasstroms aus der rohrförmigen Strömungsstrecke in die ringförmige Strömungsstrecke ausgebildet ist.
Stand der Technik
Um eine möglichst schnelle und effiziente Abgasnachbehandlung sicherzustellen ist es notwendig die sogenannte Light-Off Temperatur, ab welcher die katalytisch aktiven Beschichtungen auf den Trägerkörpern von Katalysatoren ihre volle Wirkung entfalten, schnellstmöglich zu erreichen. Die chemische Umsetzung der jeweiligen Schadstoffe aus den Abgasen eines Verbrennungsmotors an den Katalysatoren kann erst beginnen, wenn diese Temperatur erreicht ist. Daher werden Katalysatoren vorteilhafterweise nahe an der Quelle der Abgase angeordnet, um möglichst schnell hohe Abgastemperaturen, und damit auch hohe Temperaturen an den Katalysatoren selbst zu erzeugen.
Alternativ zur nahen Positionierung an der Abgasquelle, beispielsweise direkt hinter einem Turbolader, welcher durch das Abgas eines Verbrennungsmotors ange- trieben wird, oder zusätzlich dazu, können elektrisch beheizte Komponenten eingesetzt werden, um die Abgastemperatur durch die elektrische Zuheizung zu erhöhen.
Nachteilig bei der Anordnung von Katalysatoren direkt hinter einem Turbolader ist insbesondere, dass die Strömungsverteilung über den Querschnitt der vom Abgas durchströmten Strecke unmittelbar hinter einem Turbolader nicht optimal ist, wodurch auch die Abgasnachbehandlung in einem nachfolgenden Katalysator nicht optimal sein kann.
Insbesondre bei Verwendung eines sogenannten Ringkatalysators, welcher zuerst eine rohrförmige Strömungsstrecke aufweist, gefolgt von einer Umlenkkammer und anschließend eine ringförmigen Strömungsstrecke aufweist, kommt es zu einer weiteren Temperaturabsenkung zumindest im Bereich der rohrförmigen Strömungsstrecke und der Umlenkkammer, so dass die Abgastemperatur an dem eigentlichen Katalysatorträger deutlich niedriger ist. Dem Vorteil einer besseren Durchmischung innerhalb der rohrförmigen Strömungsstrecke des Ringkatalysators steht somit das Absinken der Abgastemperatur gegenüber.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung zu schaffen, welche sowohl zu einer verbesserten Durchmischung des strömenden Abgases führt als auch zu einem weniger starken Absinken der Abgastemperatur oder sogar zu einer aktiven Erhöhung der Abgastemperatur.
Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasnachbe- handlung, insbesondere ein Ringkatalysator, mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke, mit einer Umlenkkammer und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke in radialer Richtung nach außen durch ein Innenrohr begrenzt ist und die zweite ringförmige Strömungsstrecke in radialer Richtung nach innen durch das Innenrohr und nach außen durch ein Außenrohr begrenzt ist und die Umlenkkammer zur Umlenkung des Abgasstroms aus der rohrförmigen Strömungsstrecke in die ringförmige Strömungsstrecke ausgebildet ist, wobei der Ringkatalysator zumindest einen ringförmigen Trägerkörper aufweist, welcher mit einer katalytisch aktiven Beschichtung beaufschlagt ist und in der ringförmigen Strömungsstrecke angeordnet ist.
Der grundsätzliche Aufbau eines Ringkatalysators ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die wesentlichen Merkmale sind die rohrförmige Strömungsstrecke im Zentrum des Ringkatalysators, welche insbesondere eine verbesserte Durchmischung der Abgasströmung ermöglicht. Im Falle eines Dieselmotors als Abgasquelle, kann diese Strömungsstrecke beispielsweise zur Vermischung des Abgases mit einer verdampften Harnstofflösung genutzt werden, um nachfolgend eine gel- eichmäßigere Beaufschlagung der katalytisch aktiven Trägerkörper der im Ringkatalysator angeordneten Katalysatoren zu ermöglichen.
Aus der rohrförmigen Strömungsstrecke strömt das Abgas durch eine Umlenkkammer, in welcher das Abgas radial nach außen umgelenkt wird und schließlich in einer der Strömung in der rohrförmigen Strömungsstrecke entgegengesetzten Strömungsrichtung durch die ringförmige Strömungsstrecke strömt. Ringkatalysatoren zeichnen sich insbesondere durch ihre kurze Baulänge im Vergleich zur tatsächlichen Länge der Strömungsstecke im Inneren aus. In den Strömungsstrecken können unterschiedlichste Katalysatoren angeordnet sein, die je nach Art des Abgases auf die Umsetzung von unterschiedlichen Bestandteilen des Abgases ausgelegt sind.
Die Trägerkörper der Katalysatoren können beispielswiese metallisch sein und aus gestapelten und aufgewickelten Metallfolien gebildet sein. Auch der Einsatz von beschichteten keramischen Werkstoffen ist vorsehbar.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Trägerkörper aus einer Mehrzahl von Metallfolien erzeugt ist, und zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strö- mungskanälen ausbildet, die entlang der Strömungsrichtung durchströmbar sind. Die Mehrzahl an Strömungskanälen ist vorteilhaft, um eine möglichst große aktive Oberfläche zu erzeugen, die von dem Abgas überströmt werden kann.
Auch ist es vorteilhaft, wenn zumindest einzelne der Metallfolien Aussparungen aufweisen, wodurch Überströmpassagen zwischen zueinander benachbarten Strömungskanälen ausgebildet werden. Aussparungen können beispielweise Lochungen in den Metallfolien sein. Auch können eingestanzte Ausformungen und Profile an den Rändern der Aussparungen vorgesehen sein, welche ein Überströmen des Abgases zwischen zueinander benachbarten Strömungskanälen för- dert. Durch die Aussparungen wird zusätzlich im Wesentlichen eine Reduktion der thermischen Masse des Trägerkörpers erreicht, wodurch eine Aufheizung des Trägerkörpers auf die Light-Off Temperatur beschleunigt wird. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper aus zumindest teilweise strukturierten Metallfolien und glatten Metallfolien ausgebildet ist, die aufeinandergestapelt und aufgewickelt sind. Dies ist vorteilhaft, da das Erzeugen von Trägerkörpern auf diese Weise weithin bekannt ist und somit auf einfache Weise eine Vielzahl an unterschiedlichen und auf den je- weiligen Anwendungszweck ausgerichteten Trägerkörpern herstellbar ist.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Aussparungen in den Metallfolien an dem der Umlenkkammer zugewandten Endbereich des Trägerkörpers angeordnet sind. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere an dem Bereich des Trägerkörpers, an wel- ehern das Abgas in die Strömungskanäle einströmt eine niedrige Wärmekapazität zu einer schnellen Erwärmung führt. Somit wird sichergestellt, dass die Light-Off Temperatur schnellstmöglich erreicht wird.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn in der ringförmigen Strömungsstrecke eine elektrisch beheizbare Heizscheibe angeordnet ist. Eine elektrisch beheizbare
Heizscheibe kann beispielsweise ebenfalls ein metallischer Trägerkörper sein, der aus Metallfolien gebildet ist. Zusätzlich weist die Heizscheibe einen oder mehrere elektrische Leiter auf, die mit einer Spannungsquelle verbunden sind und so unter Ausnutzung des elektrischen Widerstandes zu einer Aufheizung des Trägerkörpers beitragen können. Die elektrischen Leiter können zwischen die Metallfolien des Trägerkörpers gewickelt werden oder beispielswese an der Anströmseite der Heizscheibe befestigt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die elektrisch beheizbare Heizscheibe in Strö- mungsrichtung des Abgases dem Trägerkörper vorgelagert ist. Dies ist vorteilhaft, um eine Temperaturerhöhung am strömenden Abgas möglichst vor dem katalytisch aktiven Trägerkörper zu erreichen.
Auch ist es zweckmäßig, wenn das Außenrohr des Ringkatalysators oder der Mantel, in welchem das Außenrohr aufgenommen ist, ein Heizelement aufweist. Ein solches Heizelement dient insbesondere dazu den Ringkatalysator von außen zu erhitzen und durch die Wärmestrahlung Energie von dem Mantel und/oder dem Außenrohr auf das Abgas zu übertragen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Heizelement durch eine Heizschlange gebildet ist, welche um den Mantel oder das Außenrohr gewickelt ist. Eine Heizschlange kann vorteilhaft durch einen stromdurchflossenen Leiter gebildet sein, der um das Außenrohr oder den Mantel gewickelt ist. Auf diese Weise kann das Außenrohr beziehungsweise der Mantel gezielt bedarfsgerecht aufgeheizt werden und die Wärme über die Wärmestrahlung und die Wärmeleitung im Inneren an das strömende Abgas und/oder den T rägerkörper abgegeben werden
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Heizelement durch eine Mehrzahl von Heizvorrichtungen gebildet ist, welche entlang des Umfangs des Mantels oder des Außenrohres verteilt angeordnet sind. Es können beispielsweise PTC-Heizelement vorgesehen sein, die am Außenrohr oder dem Mantel verteilt angeordnet sind und so eine Beheizung der jeweiligen Struktur erzeugen.
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 Ausführungsbeispielen unter Be- zugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Ringkatalysator, wobei der Trägerkörper in der ringförmigen Strömungsstrecke an seiner Einströmseite eine Lochung aufweist,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen Ringkatalysator, wobei dem ringförmigen Trägerkörper in Strömungsrichtung betrachtet eine Heizscheibe vorgelagert ist, und Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen Ringkatalysator, wobei um das Außenrohr eine Heizschlange gewickelt ist. Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Ringkatalysator 1 , wobei der in der ringförmigen Strömungsstrecke 2 angeordnete Trägerkörper 3 an seiner Gasein- strömseite 4 mehrere Aussparungen 5 aufweist. Durch die Aussparungen 5, die beispielsweise in die einzelnen Metallfolien, aus denen der Trägerkörper 3 gebildet ist, eingebracht sind, kann die Wärmekapazität des Trägerkörpers 3 reduziert werden, wodurch eine schnellere Aufheizung und somit ein schnelleres Erreichen der Light-Off Temperatur möglich ist.
Figur 2 zeigt einen Ringkatalysator 1 , wie er bereits in Figur 1 gezeigt wurde. Dem Trägerkörper 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektrisch beheizbare Heizscheibe 7 vorgelagert. Die Heizscheibe 7 kann vollständig in der ringförmigen Strömungsstrecke 2 angeordnet sein, oder aber auch etwas davor in der Umlenkkammer und durch die eigene Struktur sowohl die rohrförmige Strömungsstrecke 8 als auch die ringförmige Strömungsstrecke 2 verlängern. Die Heizscheibe 7 kann über eine nicht gezeigte elektrische Kontaktierung mit einer
Spannungsquelle verbunden werden und so elektrisch beheizt werden.
Die Figur 3 zeigt einen Ringkatalysator 1 wie in den vorausgegangenen Figuren 1 und 2, wobei nun eine Heizschlange 9 um das Außenrohr beziehungsweise den Außenmantel des Ringkatalysators 1 gewickelt ist. Diese Heizschlange 9 kann beispielsweise durch einen Heizleiter gebildet sein.
Wie in Figur 3 gezeigt kann die Heizschlange 9 entlang der gesamten axialen Erstreckung der ringförmigen Strömungsstrecke 2 angeordnet sein, so dass über die gesamte Länge eine Beheizung von außen erreicht wird. Alternativ kann auch nur ein Teilbereich von der Heizschlange umwickelt sein. Insbesondere die Gaseintrittsseite des Trägerkörpers 3 ist in einem solchen Fall umwickelt.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden. So können die in den Figuren 1 , 2 und 3 gezeigten Merkmale auch in einem gemeinsamen Ausführungsbeispiel vereint werden, so dass die Heizschlange am Außenrohr mit der elektrischen Heizscheibe und den Aussparungen in den Metallfolien des Trägerkörpers zusammenwirkt. Auch jede andere Kombination der einzelnen Ausführungsbeispiele ist erfindungsgemäß möglich. Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung, insbesondere ein Ringkatalysator (1), mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke (8), mit einer Umlenk- kammer und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke (2), wobei die rohrförmige Strömungsstrecke (8) in radialer Richtung nach außen durch ein Innenrohr begrenzt ist und die zweite ringförmige Strömungsstrecke (2) in radialer Richtung nach innen durch das Innenrohr und nach außen durch ein Außenrohr begrenzt ist und die Umlenkkammer zur Umlenkung des Ab- gasstroms aus der rohrförmigen Strömungsstrecke (8) in die ringförmige
Strömungsstrecke (2) ausgebildet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ringkatalysator (1) zumindest einen ringförmigen Trägerkörper (3, 6) aufweist, welcher mit einer katalytisch aktiven Beschichtung beaufschlagt ist und in der ringförmigen Strömungsstrecke (2) angeordnet ist.
2. Vorrichtung 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 Trägerkörper (3, 6) aus einer Mehrzahl von Metallfolien erzeugt ist, und zwischen den Metallfolien eine Mehrzahl von Strömungskanälen ausbildet, die entlang der Strömungsrichtung durch- strömbar sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest einzelne der Metallfolien Aussparungen (5) aufweisen, wodurch Überströmpassagen zwischen zueinander benachbarten Strömungskanälen ausgebildet werden.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Trägerkörper (3, 6) aus zumin- dest teilweise strukturierten Metallfolien und glatten Metallfolien ausgebildet ist, die aufeinandergestapelt und aufgewickelt sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Aussparungen (5) in den Metall- folien an dem der Umlenkkammer zugewandten Endbereich (4) des Trägerkörpers (3) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in der ringförmigen Strömungsstrecke (2) eine elektrisch beheizbare Heizscheibe (7) angeordnet ist.
7. Vorrichtung 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 die elektrisch beheizbare Heizscheibe (7) in Strömungsrichtung des Abgases dem Trägerkörper (3, 6) vorgelagert ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Außenrohr des Ringkatalysators
(1) oder der Mantel, in welchem das Außenrohr aufgenommen ist, ein Heizelement aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , dass das Heizelement durch eine Heizschlange (9) gebildet ist, welche um den Mantel oder das Außenrohr gewickelt ist.
10. Vorrichtung nach 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Heizelement durch eine Mehrzahl von Heizvorrichtungen gebildet ist, welche entlang des Umfangs des Mantels oder des Außenrohres verteilt angeordnet sind.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021106096A1 (de) 2021-03-12 2022-09-15 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990012950A1 (de) * 1989-04-17 1990-11-01 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Dieselrussfilter mit zusätzlicher einrichtung zur reduktion von stickoxyden und/oder oxydation von kohlenmonoxyd
JPH04131138A (ja) * 1990-09-19 1992-05-01 Calsonic Corp 金属触媒担体の製造方法
US5634331A (en) * 1994-02-25 1997-06-03 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas-purifying device for internal combustion engines
WO2004063540A1 (de) * 2003-01-14 2004-07-29 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Platzsparende abgasnachbehandlungseinheit mit ineinanderliegenden hin- und rückströmbereichen bei gleichseitigem gasein- und -austritt
US20080066451A1 (en) * 2006-09-18 2008-03-20 Jay Warner Exhaust treatment packaging apparatus, system, and method
WO2010078052A1 (en) * 2008-12-17 2010-07-08 Donaldson Company, Inc. Flow device for an exhaust system
EP2453113A1 (de) * 2010-11-10 2012-05-16 Volvo Car Corporation Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10511038A (ja) * 1995-06-28 1998-10-27 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 燃焼設備からの排気ガスの触媒浄化方法と装置
JP2002070534A (ja) 2000-06-16 2002-03-08 Matsumoto Giken Kk ディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置
JP2016186229A (ja) 2015-03-27 2016-10-27 ダイハツ工業株式会社 排気ガス浄化装置
DE102017111125A1 (de) * 2017-05-22 2018-11-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor
CN208380672U (zh) * 2018-06-11 2019-01-15 吉林大学 一种发动机三效催化转化器快速起燃装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990012950A1 (de) * 1989-04-17 1990-11-01 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Dieselrussfilter mit zusätzlicher einrichtung zur reduktion von stickoxyden und/oder oxydation von kohlenmonoxyd
JPH04131138A (ja) * 1990-09-19 1992-05-01 Calsonic Corp 金属触媒担体の製造方法
US5634331A (en) * 1994-02-25 1997-06-03 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust gas-purifying device for internal combustion engines
WO2004063540A1 (de) * 2003-01-14 2004-07-29 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Platzsparende abgasnachbehandlungseinheit mit ineinanderliegenden hin- und rückströmbereichen bei gleichseitigem gasein- und -austritt
US20080066451A1 (en) * 2006-09-18 2008-03-20 Jay Warner Exhaust treatment packaging apparatus, system, and method
WO2010078052A1 (en) * 2008-12-17 2010-07-08 Donaldson Company, Inc. Flow device for an exhaust system
EP2453113A1 (de) * 2010-11-10 2012-05-16 Volvo Car Corporation Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung

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