WO2017103207A1 - Abgasnachbehandlungsanordnung und verfahren zum betreiben einer solchen - Google Patents

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Definitions

  • Such exhaust aftertreatment devices with a honeycomb body are known as catalysts for exhaust aftertreatment.
  • the catalyst usually has a jacket, which surrounds the honeycomb body on the one hand and on the other hand is in communication with the exhaust pipe.
  • the operating temperature required for the catalytic reaction is usually supplied by the exhaust gas which, as it flows through the catalyst, partially releases its temperature to the catalyst, thereby heating it up.
  • the diameter of the catalyst is designed according to an exhaust gas flow to be defined, which is between the maximum and minimum accumulating Ab ⁇ gas flow. It should be noted that the exhaust gas flowing through the exhaust gas line has a higher temperature in relation to the cross section in the center than in the radially outer regions on the wall of the exhaust gas line. As a result of the heating of the catalyst and its structure, this also results in a higher temperature in the center than in the region of the jacket. To avoid that at low
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an exhaust aftertreatment device and a method for operating an exhaust aftertreatment device, which ensures a sufficient after treatment of the exhaust gas for both maximum and minimum exhaust flows, without affecting the engine performance or consumption too much.
  • the first object is achieved in that the honeycomb body is a hollow cylinder with a central channel, that a movable element is arranged, which is movable between two end positions, wherein in the first end position, a larger cross section of the channel is released as in the second end position ,
  • the arrangement of the movable element between two end positions allows the adaptation of the exhaust aftertreatment device, in particular a catalyst, to the respective operating ⁇ conditions, in particular the exhaust gas stream and the temperature of the catalyst.
  • the movable element With low exhaust gas flows, which accordingly supply low energy for heating the catalyst and / or low temperature of the catalyst, the movable element is moved into the region of the second end position. This reduces the freely flowable cross section of the central channel located in the honeycomb body.
  • the inflowing exhaust gas is thus conducted radially outward and flows through the actual honeycomb body with its catalyst matrix, which is an arrangement of several sheet metal layers.
  • the formation of the honeycomb body with annular catalyst matrix and central channel leads to a reduced volume of the catalyst matrix, based on the cross section of the exhaust gas line.
  • an exhaust aftertreatment device with a small catalyst volume reduces the compressible gas volume. If the exhaust gas after - treatment device upstream of a turbomachine, in particular an exhaust gas turbocharger is arranged, thereby improving the dynamic behavior and the response of the turbomachine.
  • the first end position releases the channel cross section to at least 75%.
  • a completely open channel has the advantage of generating the lowest back pressure even with large exhaust gas flows. Nevertheless, it may be advantageous to define the end position for a smaller opening cross section of the channel.
  • in a round Kanalguer bain be achieved at the same Because of the Move ⁇ union member in a half-open channel substantially larger cross-section changes as in the edge regions of a closed or fully open channel. This means that the effort in the peripheral areas for the movement of the element is high, but only small cross-sectional changes are achieved. In this respect, the effort for the movement of the movable element by the definition of the first end position in a range between 75% and 100% can be significantly reduced.
  • the movement of the element takes place in a particularly advantageous manner rotatory.
  • the element is designed as a flap, which is attached to a shaft. By rotating the shaft, the channel cross-section of the flap is opened or closed.
  • the movement of the element takes place in the form of a pivoting movement.
  • the movable element is for this purpose connected to a pivot arm which is moved about a pivot axis.
  • the advantage of such an embodiment is that the pivot axis can be placed in areas outside the main flow, so that the channel cross-section is not affected by the pivot axis.
  • the pivot axis can be arranged in an advantageous manner in the wall of the exhaust pipe, preferably perpendicular to the axis of the exhaust pipe.
  • the movable element may be formed in the manner of a stopper, wherein the training is fluidically adapted according to the position at the inlet or outlet side.
  • Advantageous basic shapes are a ball, cone, dome or teardrop shape.
  • the movable element is moved translationally. The advantage is that in such a movement, the element can be moved away from the channel cross-section, so that the cross-section is completely free, while a flap and the shaft connected to it covers a part of the channel cross-section, even in the fully open state.
  • the movable element is a slider, in particular a rigid slider.
  • the movable element is a flexible slider.
  • a flexible slider For example, a rolling diaphragm or one of several, movably interconnected, rigid sub-elements existing slide understood. Such slides allow a one-sided attachment of the slider in the second end position, which simplifies the leadership of the slider.
  • the exhaust-gas treatment device is arranged close to a bend of the exhaust pipe
  • the form movable element as a translationally to be moved slide, wherein the movement of the slider along the axis of rotation of the exhaust ⁇ -treatment apparatus takes place.
  • the curvature of the exhaust pipe causes the translator to be moved slider or a moving element out of the exhaust pipe out, so that the drive for the slide can be arranged outside the exhaust pipe.
  • the channel cross-section is hardly affected, since due to the curvature of the exhaust pipe, the gas flow is deflected anyway and the influence of the gas flow through the slider or the slider moving element is negligible.
  • the design of the movable element for closing can also take place in the form of a sealing plug and be optimized according to fluid flow.
  • the fiction, modern ⁇ exhaust aftertreatment arrangement allows the use of an unchanged honeycomb body when the movable member is maintained in the exhaust line and / or is guided.
  • the element is positioned in such a way to the honeycomb body that it is arranged directly to the central channel. This will also be among others favors that the channel does not necessarily have to be closed. Elaborate seals are not required.
  • a particularly good introduction of the exhaust in the Katalysa ⁇ tormatrix is achieved that the movable element is arranged in flow direction in the region of the inlet of the channel.
  • the arrangement of the movable element in the flow direction in the region of the outlet of the channel has the advantage that when the cross section is closed, the exhaust gas flowing into the channel can contribute to the heating of the catalyst matrix surrounding the channel due to its longer residence time.
  • the drive of the movable element is carried out in the simplest manner by means of an electric motor. Due to the good controllability and controllability of an electric motor, the element can thereby move reliably and accurately. In addition, this Fully ⁇ staltung allows the control of any intermediate position, whereby the exhaust gas aftertreatment arrangement according to the invention is well adapted to different operating conditions.
  • In another embodiment may be dispensed with electrical connections for the electric motor and the control, when the movable member is moved in response to pressure conditions by being connected by a pressure and spring applied push rod.
  • the second object of the invention is achieved in that at low exhaust gas flows, the movable element is moved in the direction of the second end position, and is moved at larger exhaust gas flows in the direction of the first end position.
  • the cross section of the central channel is increased or decreased.
  • the part of the exhaust gas stream which bypasses the catalyst matrix via the channel in this way prevents the formation of a backpressure that would arise if an excessively large exhaust gas flow were conducted via the catalyst matrix.
  • the adaptation of the arrangement to the various exhaust gas flows can be ensured in an advantageous manner in that the movable element is movable in intermediate positions within the two end positions.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a Abgasnach- treatment arrangement
  • 2 shows the exhaust aftertreatment arrangement according to FIG. 1 in another operating state
  • FIG. 1 is a schematic representation of a Abgasnach- treatment arrangement
  • Fig.4-7 further embodiments of the movable element.
  • FIG. 1 shows a section of an exhaust gas line 1 in which a catalytic converter acting as an exhaust gas aftertreatment device 2 is arranged. Downstream of the catalyst 2, a further exhaust gas aftertreatment device 3, which is likewise designed as a catalyst, is arranged.
  • the catalyst 2 has a jacket 4 which surrounds a honeycomb body 5.
  • the honeycomb body 5 is formed by a plurality of sheet metal layers which form a catalyst matrix 6 and which is an overflow surface for the exhaust gas, with a catalytic reaction taking place in the exhaust gas flowing through as it flows through the catalyst matrix 6.
  • the honeycomb body 5 has along its longitudinal axis a central channel 7 through which exhaust gas can flow, bypassing the catalyst matrix 6.
  • the main flow direction of the exhaust gas is shown by an arrow.
  • a movable element 9 which blocks the inlet 8 in the illustration shown.
  • the movable member is a flap 9 which is fixed to a shaft 10.
  • the shaft 10 is connected to an electric motor 11 acting as a drive, so that by actuation of the electric motor 11, the flap 9 can be rotated.
  • the flap 9 In the position shown, the flap 9 is in the second end position.
  • the inflowing exhaust gas is almost completely directed onto the catalyst matrix 6 and flows through it.
  • the flap 9 is moved into this end position with low exhaust gas Massenströ-men, at these mass flows, the catalyst matrix 6 is sufficiently large, so that the flowing exhaust gas builds up almost no disturbing back pressure.
  • the flap 9 was rotated by the electric motor 11 by 90 ° and thus moved to the first end position, whereby the maximum possible cross section of the channel 7 released is.
  • This orientation takes the flap 9 at maximum Ab ⁇ gas mass flows.
  • a portion of the exhaust gas can flow through the channel 7 unhindered, the honeycomb body 5 in a kind of bypass. Only the part of the exhaust gas stream which flows radially outward in the exhaust gas line 1 strikes the catalyst matrix 6 and flows through it.
  • the part of the exhaust gas flowing through the channel 7 and not after-treatment meets downstream of a second catalyst 3, which has no bypass channel, so that the entire exhaust gas flow has to flow through the catalyst matrix for aftertreatment.
  • Figure 3 shows a further arrangement of the movable element 9 in the honeycomb body 5, in which no additional space for the inventive exhaust aftertreatment device 12 over a conventional honeycomb body 5 is necessary.
  • the movable element 9 in Figure 4 this is arranged at the outlet 13 of the channel 7.
  • the mounting of the ⁇ be moveable member 9 is located in the exhaust pipe 1, which has a separate section 14 in this area.
  • the channel 7 is closed, wherein under closed no gas-tight seal is to be understood.
  • the low leakage rates are negligible, but in return allow a much simpler and thus cost-effective arrangement of the exhaust aftertreatment device 2 to the movable element 9.
  • the element 9 is in this orientation at low exhaust gas mass flows sen. In this case, a large part of the exhaust gas first flows into the channel 7, before the subsequently flowing exhaust gas is directed into the catalyst matrix 6.
  • the exhaust gas in the channel 7 causes due to its residence time in the channel 7 a much faster heating of the honeycomb body. 5
  • FIG. 5 shows the honeycomb body 5 with a rigid slide 15.
  • the slide 15 is connected via a rod 16 to an electric motor 11.
  • the electric motor 11 drives the rod 16, so that the slide 15 is movable perpendicular to the longitudinal axis of the honeycomb body 5 by the translational movement thereof.
  • the slide 15 is in the first end position and releases the cross section of the channel 7 to 80%.
  • Figures 6 and 7 show further embodiments, wherein in Figure 6, the movable member 9 is connected to a pivot arm 17 which is pivotable about a pivot axis 18.
  • the pivot axis 18 is connected as a shaft 10 with a drive 11.
  • the pivot axis 18 is disposed on the wall of the exhaust pipe 1 and thus outside of the main flow.
  • the movable element 9 has a dome-shaped sealing plug 19 which is connected to the
  • Swivel arm 17 is connected. In order to keep the influence on the flow cross-section small, it is conceivable that from ⁇ gas line 1 in cross section in such a way to increase that 20 receive the magnification, the throw-off from the catalyst 2 movable element 9 at least partially.
  • the movable element 9 in Fig. 7 also has a dome-shaped sealing plug 19, which closes the channel 7.
  • the exhaust gas line is curved, so that the translationally movable slide 21 connected to the sealing plug 19 is led out through the exhaust gas line when it is arranged as an extension of the axis of rotation of the catalytic converter 2.
  • the movement of the slide 21 via a drive, not shown, which is located outside of the exhaust pipe 1.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungsanordnung mit einer Abgasleitung 1 und mindestens einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2, welche einen Wabenkörper 5 besitzt, der eine Überströmfläche für das Abgas bildet. Der Wabenkörper 5 ist ein Hohlzylinder mit einem zentralen Kanal 7, wobei das eine bewegliches Element 9, 15 zwischen zwei Endlagen bewegbar angeordnet ist, wobei in der ersten Endlage ein größerer Querschnitt des Kanals 7 als in der zweiten Endlage freigegeben ist.

Description

Beschreibung
ABGASNACHBEHANDLUNGSANORDNUNG UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER SOLCHEN
Gegenstand der Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanordnung mit einer Abgasleitung und mindestens einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche einen Wabenkörper besitzt, der eine Überströmfläche für das Abgas bildet.
Derartige Abgasnachbehandlungsvorrichtungen mit einem Wabenkörper sind als Katalysatoren zur Abgasnachbehandlung bekannt. Der Katalysator besitzt in der Regel einen Mantel, der einerseits den Wabenkörper umgibt und andererseits in Verbindung mit der Abgasleitung steht . Die für die katalytische Reaktion erforderliche Betriebstemperatur wird üblicherweise durch das Abgas geliefert, welches beim Durchströmen des Katalysators seine Temperatur teilweise an den Katalysator abgibt und ihn dadurch aufheizt. Beim Versuch den Katalysator hinsichtlich der Kosten und des notwendigen Bauraums zu optimieren, wird der Durchmesser des Katalysators nach einem zu definierenden Abgasstrom ausgelegt, der zwischen dem maximal und minimal anfallenden Ab¬ gasstrom liegt. Dabei muss beachtet werden, dass das die Ab- gasleitung durchströmende Abgas bezogen auf den Querschnitt im Zentrum eine höhere Temperatur als in den radial äußeren Bereichen an der Wandung der Abgasleitung besitzt. Dies führt beim Aufheizen des Katalysators und aufgrund seines Aufbaus ebenfalls dazu, dass im Zentrum eine höhere Temperatur als im Bereich des Mantels vorhanden ist. Um zu vermeiden, dass bei geringen
Abgasströmen eine unzureichende Aufheizung des Katalysators erfolgt, was sich nachteilig auf die katalytische Reaktion auswirkt, kann der Katalysator nicht nach den maximal auf¬ tretenden Abgasströmen dimensioniert werden. Das wiederum hat den Nachteil, dass bei hohen Abgasströmen ein hoher Gegendruck entsteht. Ein höherer Gegendruck führt zu einer unerwünschten Verringerung der Motorleistung und zu einem höheren Kraftstoffverbrauch .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abgas- nachbehandlungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanordnung zu schaffen, die sowohl für maximale als auch minimale Abgasströme eine ausreichende Nachbehandlung des Abgases gewährleistet, ohne die Motorleistung oder den Verbrauch zu stark zu beeinflussen.
Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe dadurch gelöst, dass der Wabenkörper ein Hohlzylinder mit einem zentralen Kanal ist, dass ein bewegliches Element angeordnet ist, welches zwischen zwei Endlagen bewegbar ist, wobei in der ersten Endlage ein größerer Querschnitt des Kanals als in der zweiten Endlage freigegeben ist .
Die Anordnung des zwischen zwei Endlagen beweglichen Elements erlaubt die Anpassung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, insbesondere eines Katalysators, an die jeweiligen Betriebs¬ bedingungen, insbesondere des Abgasstromes und der Temperatur des Katalysators. Bei geringen Abgasströmen, die dementsprechend eine geringe Energie zum Aufheizen des Katalysators liefern und/oder geringer Temperatur des Katalysators wird das be- wegliche Element in den Bereich der zweiten Endlage bewegt. Damit wird der frei durchströmbare Querschnitt des im Wabenkörper befindlichen zentralen Kanals verringert. Das anströmende Abgas wird somit nach radial außen geleitet und durch strömt den eigentlichen Wabenkörper mit seiner Katalysatormatrix, welche eine Anordnung aus mehreren Blechlagen ist. Die Ausbildung des Wabenkörpers mit ringförmiger Katalysatormatrix und zentralem Kanal führt bezogen auf den Querschnitt der Abgasleitung zu einem reduzierten Volumen der Katalysatormatrix. Diese gewährleistet auch bei geringen Abgasströmen eine ausreichende Aufheizung, um die erforderliche Abgasnachbehandlung zu ermöglichen. Bei großen Abgasströmen wird das bewegliche Element in Richtung der ersten Endlage bewegt. Durch den so freigegebenen Querschnitt des zentralen Kanals kann ein Teil des Abgases diesen frei durchströmen, während der andere Teil des Abgases die Kata¬ lysatormatrix durchströmt. Aufgrund des freigegebenen Querschnitts im Kanal wird ein zu hoher Gegendruck in der Abgasleitung vermieden . Dies verhindert ein Absinken der Motorleistung und ein Ansteigen des Kraftstoffverbrauchs.
Des Weiteren wird beim Einsatz einer solchen Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit einem kleinen Katalysatorvolumen das kompressible Gasvolumen reduziert. Sofern die Abgasnachbe¬ handlungsvorrichtung stromaufwärts einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Abgasturboladers angeordnet ist, verbessert sich dadurch das dynamische Verhalten und das Ansprechverhalten der Strömungsmaschine.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gibt die erste Endlage den Kanalguerschnitt zu mindestens 75 % frei . Ein vollständig offener Kanal hat den Vorteil, auch bei großen Abgasströmen den geringsten Gegendruck zu erzeugen. Dennoch kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die Endlage für einen geringeren Öffnungs- guerschnitt des Kanals zu definieren. Insbesondere bei einem runden Kanalguerschnitt werden bei gleichen Wegen des beweg¬ lichen Elements bei einem halbgeöffneten Kanal wesentlich größere Querschnittsänderungen erzielt als in den Randbereichen eines verschlossenen oder vollständig geöffneten Kanals. Das bedeutet, dass der Aufwand in den Randbereichen für die Bewegung des Elements hoch ist, jedoch nur geringe Querschnittsänderungen erzielt werden. Insofern lässt sich der Aufwand für die Bewegung des beweglichen Elements durch die Definition der ersten Endlage in einem Bereich zwischen 75 % und 100 % wesentlich senken. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung des beweglichen Elements lässt sich aufgrund des geringeren Weges, über den das Element bewegt werden muss, Bauraum einsparen. Diese Vorteile ergeben sich in gleicher Weise für die zweite Endlage, wenn diese in einem Bereich festgelegt wird, in dem der Kanalguerschnitt zu min¬ destens 75 % verschlossen ist. Die Bewegung des Elements erfolgt in besonders vorteilhafter Weise rotatorisch. Das Element ist dazu als Klappe ausgebildet, die an einer Welle befestigt ist. Durch Drehung der Welle wird der Kanalquerschnitt von der Klappe geöffnet oder verschlossen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Bewegung des Elements in Form einer Schwenkbewegung. Das bewegliche Element ist dazu mit einem Schwenkarm verbunden, der um eine Schwenkachse bewegt wird. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung besteht darin, dass die Schwenkachse in Bereiche außerhalb der Hauptströmung plaziert werden kann, so dass der Kanalquerschnitt nicht durch die Schwenkachse beeinträchtigt wird . Die Schwenkachse kann in vorteilhafter Weise in der Wandung der Abgasleitung, vorzugsweise senkrecht zur Achse der Abgasleitung, angeordnet sein.
Das bewegliche Element kann nach Art eines Verschlußstopfens ausgebildet sein, wobei die Ausbildung entsprechend der Position an der Ein- oder Austrittsseite strömungstechnisch angepasst ist. Vorteilhafte Grundformen sind dabei eine Kugel-, Kegel-, Kalotten- oder Tropfenform. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung wird das bewegliche Element translatorisch bewegt. Der Vorteil besteht darin, dass sich bei einer derartigen Bewegung das Element vom Kanalquerschnitt weg bewegen lässt, so dass der Querschnitt vollständig frei ist, während eine Klappe und die mit ihr verbundene Welle auch im vollständig geöffneten Zustand einen Teil des Kanalquerschnitts abdeckt.
Im einfachsten Fall ist das bewegliche Element ein Schieber, insbesondere ein starrer Schieber.
In einer anderen Ausgestaltung ist das bewegliche Element ein flexibler Schieber. Unter einem flexiblen Schieber wird bei- spielsweise eine Rollmembran oder ein aus mehreren, beweglich miteinander verbundenen, starren Teilelementen bestehender Schieber verstanden. Derartige Schieber erlauben eine einseitige Befestigung des Schiebers im Bereich der zweiten Endlage, was die Führung des Schiebers vereinfacht .
Sofern die Abgasnachbehandlungsvorrichtung nah zu einer Krümmung der Abgasleitung angeordnet ist, besteht eine weitere vor¬ teilhafte Ausgestaltung darin, das beweglich Element als translatorisch zu bewegenden Schieber auszubilden, wobei die Bewegung des Schiebers entlang der Rotationsachse der Abgas¬ nachbehandlungsvorrichtung erfolgt. Die Krümmung der Abgasleitung bewirkt, dass der translatorisch zu bewegende Schieber oder ein ihn bewegendes Element aus der Abgasleitung heraus- geführt wird, so dass der Antrieb für den Schieber außerhalb der Abgasleitung angeordnet werden kann. Auf diese Weise wird der Kanalguerschnitt kaum beeinflusst, da infolge der Krümmung der Abgasleitung der Gasstrom ohnehin umgelenkt wird und die Beeinflussung der Gasströmung durch den Schieber oder das den Schieber bewegende Element demgegenüber vernachlässigbar ist. Die Ausbildung des beweglichen Elements zum Verschließen kann dabei ebenfalls in Form eines Verschlussstopfens erfolgen und entsprechend strömungstechnisch optimiert sein. Für einen sicheren und langzeitstabilen Betrieb hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass das bewegliche Element in dem Wabenkörper gehalten und/oder geführt ist. Des Weiteren wird dadurch die Länge der Abgasnachbehandlungsvorrichtung nicht vergrößert, so dass für die erfindungsgemäße Anordnung kein zusätzlicher Bauraum in axialer Erstreckung notwendig ist.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung ermöglicht die erfindungs¬ gemäße Abgasnachbehandlungsanordnung die Verwendung eines unveränderten Wabenkörpers, wenn das bewegliche Element in der Abgasleitung gehalten und/oder geführt ist . Das Element ist dabei zum Wabenkörper derart positioniert, dass es unmittelbar zum zentralen Kanal angeordnet ist. Dies wird auch unter anderem dadurch begünstigt, dass der Kanal nicht zwingend verschlossen sein muss. Aufwendige Abdichtungen sind nicht erforderlich. Zudem kann durch die entsprechend Ausgestaltung des betreffenden Abschnitts der Abgasleitung eine sichere Durchführung der Verbindung von dem Element zum Antrieb erfolgen.
Eine besonders gute Einleitung des Abgases in die Katalysa¬ tormatrix wird dadurch erreicht, dass das bewegliche Element in Strömungsrichtung im Bereich des Einlasses des Kanals angeordnet ist.
Bei der Anordnung des beweglichen Elements zwischen den Bereichen des Einlasses und des Auslasses wird kein zusätzlicher axialer Bauraum benötigt.
Die Anordnung des beweglichen Elements in Strömungsrichtung im Bereich des Auslasses des Kanals hat dagegen den Vorteil, dass bei geschlossenem Querschnitt, das in den Kanal einströmende Abgas aufgrund seiner größeren Verweildauer verstärkt zur Aufheizung der den Kanal umgebenden Katalysatormatrix beitragen kann .
Der Antrieb des beweglichen Elements erfolgt in einfachster Weise mittels eines Elektromotors. Aufgrund der guten Steuer- und Regelbarkeit eines Elektromotors lässt sich das Element dadurch zuverlässig und exakt bewegen. Zudem ermöglicht diese Ausge¬ staltung das Ansteuern von beliebigen Zwischenpositionen, wodurch die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung gut an verschiedene Betriebsbedingungen anpassbar ist.
In einer anderen Ausgestaltung kann auf elektrische Anschlüsse für den Elektromotor und die Steuerung verzichtet werden, wenn das bewegliche Element in Abhängigkeit von Druckverhältnissen bewegt wird, indem es von einer mit Druck und Federkraft beaufschlagten Schubstange verbunden ist. Sofern bei geöffnetem Kanalguerschnitt , der durch den Kanal strömende Teil des Abgases so groß ist, dass er auch einer Abgasnachbehandlung unterzogen werden soll, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass stromabwärts der Abgasnach- behandlungsvorrichtung eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung nachgeschaltet ist. Da der durch den zentralen Kanal strömende Teil des Abgases eine kürzere Verweildauer in der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung hat und somit weniger Wärme an diese abgeben kann, führt dieser Umstand zu einem deutlich schnelleren Erwärmen der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung .
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass bei geringen Abgasströmen das bewegliche Element in Richtung der zweiten Endlage bewegt wird, und bei größeren Abgasströmen in Richtung der ersten Endlage bewegt wird.
Mit diesem Verfahren wird in Abhängigkeit von der Größe des Abgasstromes der Querschnitt des zentralen Kanals vergrößert oder verkleinert. Der auf diese Weise über den Kanal als Bypass an der Katalysatormatrix vorbeigeleitete Teil des Abgasstromes verhindert das Entstehen eines Gegendrucks, der entstehen würde, wenn ein zu großer Abgassstrom über die Katalysatormatrix geleitet werden würde .
Das Anpassen der Anordnung an die verschiedensten Abgasströme lässt sich in einer vorteilhaften Weise dadurch gewährleisten, dass das bewegliche Element in Zwischenstellungen innerhalb der beiden Endlagen bewegbar ist .
An mehreren Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert . Es zeigen in
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Abgasnachbe- handlungsanordnung, Fig. 2 die Abgasnachbehandlungsanordnung nach Fig. 1 in einem anderen Betriebszustand,
Fig. 3 weitere Anordnungen des beweglichen Elements,
Fig.4-7 weiter Ausführungsformen des beweglichen Elements.
Figur 1 zeigt einen Abschnitt einer Abgasleitung 1, in dem ein als Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 wirkender Katalysator angeordnet ist. Stromabwärts des Katalysators 2 ist eine weitere Abgasnachbehandlungsvorrichtung 3, die ebenfalls als Katalysator ausgebildet ist, angeordnet. Der Katalysator 2 besitzt einen Mantel 4, der einen Wabenkörper 5 umgibt. Der Wabenkörper 5 wird von mehreren Blechlagen gebildet, die eine Katalysa- tormatrix 6 bilden und eine Überströmfläche für das Abgas ist, wobei beim Durchströmen der Katalysatormatrix 6 eine kataly- tische Reaktion in dem durchströmenden Abgas stattfindet. Der Wabenkörper 5 besitzt entlang seiner Längsachse einen zentralen Kanal 7, durch den Abgas unter Umgehung der Katalysatormatrix 6 strömen kann. Die Hauptströmrichtung des Abgases ist mit einem Pfeil dargestellt. Am Einlass 8 des Kanals 7 befindet sich ein bewegliches Element 9, welches in der gezeigten Darstellung den Einlass 8 versperrt. Das bewegliche Element ist eine Klappe 9, die an einer Welle 10 befestigt ist. Die Welle 10 ist mit einem als Antrieb wirkenden Elektromotor 11 verbunden, so dass durch Ansteuerung des Elektromotors 11 die Klappe 9 verdreht werden kann. In der gezeigten Stellung befindet sich die Klappe 9 in der zweiten Endlage. Das anströmende Abgas wird nahezu vollständig auf die Katalysatormatrix 6 gelenkt und durchströmt diese. Die Klappe 9 wird in diese Endlage bei geringen Abgas-Massenströ-men bewegt, Bei diesen Massenströmen ist die Katalysatormatrix 6 ausreichend groß, so dass das durchströmende Abgas nahezu keinen störenden Gegendruck aufbaut .
Bei der in Figur 2 gezeigten Darstellung wurde die Klappe 9 vom Elektromotor 11 um 90° gedreht und so in die erste Endlage bewegt, wodurch der maximal mögliche Querschnitt des Kanals 7 freigegeben ist. Diese Ausrichtung nimmt die Klappe 9 bei maximalen Ab¬ gas-Massenströmen ein. Ein Teil des Abgases kann durch den Kanal 7 ungehindert den Wabenkörper 5 in einer Art Bypass durchströmen. Lediglich der in der Abgasleitung 1 radial außen strömende Teil des Abgasstromes trifft auf die Katalysatormatrix 6 und durchströmt diese. Der durch den Kanal 7 strömende und nicht nachbehandelte Teil des Abgases trifft stromabwärts auf einen zweiten Katalysator 3, der keinen Bypasskanal aufweist, so dass der gesamte Abgasstrom die Katalysatormatrix zur Nachbehandlung durchströmen muss. Aufgrund des nahezu ungehinderten Durchströmens des Kanals 7, gibt dieser Teil des Abgasstromes wenig Wärme an den Wabenkörper 5 ab. Das Abgas besitzt dadurch deutlich mehr Wärme als wenn es die Katalysatormatrix 6 durchströmt hätte. Die so weiter mitgeführt Wärme wird von diesem Abgasstrom am zweiten Katalysator 3 abgegeben. Dadurch erwärmt sich der zweite Katalysator 3 schneller, und die katalytische Reaktion für die Abgasnachbehandlung setzt schneller ein.
Figur 3 zeigt eine weitere Anordnung des beweglichen Elements 9 im Wabenkörper 5, bei dem kein zusätzlicher Bauraum für die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung 12 gegenüber einem herkömmlichen Wabenkörper 5 notwendig ist.
Bei der Anordnung des beweglichen Elements 9 in Figur 4 ist dieses am Auslass 13 des Kanals 7 angeordnet. Die Lagerung des be¬ weglichen Elements 9 befindet sich in der Abgasleitung 1, die in diesem Bereich einen separaten Abschnitt 14 aufweist. In der gezeigten Darstellung ist der Kanal 7 verschlossen, wobei unter verschlossen keine gasdichte Abdichtung zu verstehen ist. Die geringen Leckraten sind vernachlässigbar, erlauben aber im Gegenzug eine deutlich einfachere und somit kostengünstige Anordnung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 zum beweglichen Element 9. Wie in Figur 1 steht das Element 9 in dieser Ausrichtung bei geringen Abgas-Mas-senströmen . Hierbei strömt ein Großteil des Abgases zunächst in den Kanal 7 ein, bevor das anschließend nachströmende Abgas in die Katalysatormatrix 6 gelenkt wird. Das im Kanal 7 befindliche Abgas bewirkt aufgrund seiner Verweildauer im Kanal 7 eine deutlich schnellere Aufheizung des Wabenkörpers 5.
Figur 5 zeigt den Wabenkörper 5 mit einem starren Schieber 15. Der Schieber 15 ist über eine Stange 16 mit einem Elektromotor 11 verbunden. Der Elektromotor 11 treibt die Stange 16 an, so dass durch deren translatorische Bewegung der Schieber 15 senkrecht zur Längsachse des Wabenkörpers 5 bewegbar ist. In der gezeigten Darstellung befindet sich der Schieber 15 in der ersten Endlage und gibt den Querschnitt des Kanals 7 zu 80% frei.
Die Figuren 6 und 7 zeigen weitere Ausführungsformen, wobei in Figur 6 das bewegliche Element 9 mit einem Schwenkarm 17 verbunden ist, der um eine Schwenkachse 18 verschwenkbar ist. Die Schwenkachse 18 ist als Welle 10 mit einem Antrieb 11 verbunden. Um den Kanalquerschnitt und damit die Gasströmung möglichst wenig zu beeinflussen, ist die Schwenkachse 18 an der Wandung der Abgasleitung 1 und damit außerhalb der Hauptströmung angeordnet. Zum Verschließen des Kanals 7 besitzt das bewegliche Element 9 einen kalottenförmigen Verschlussstopfen 19, der mit dem
Schwenkarm 17 verbunden ist. Um die Beeinflussung des Strömungsquerschnitts gering zu halten, ist es denkbar, die Ab¬ gasleitung 1 im Querschnitt derart zu vergrößern, dass das die Vergrößerung 20 das vom Katalysator 2 weggeschwenkte bewegliche Element 9 zumindest teilweise aufzunehmen.
Das bewegliche Element 9 in Fig. 7 besitzt ebenfalls einen kalottenförmigen Verschlussstopfen 19, der den Kanal 7 verschließt. Im Bereich des beweglichen Elements ist die Abgas- leitung gekrümmt, so dass der mit dem Verschlussstopfen 19 verbundene translatorisch bewegbare Schieber 21 durch die Abgasleitung nach außen geführt ist, wenn er in Verlängerung der Rotationsachse des Katalysators 2 angeordnet ist. Die Bewegung des Schiebers 21 erfolgt über einen nicht dargestellten Antrieb, der sich außerhalb der Abgasleitung 1 befindet.

Claims

Abgasnachbehandlungsanordnung mit einer Abgasleitung und mindestens einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, welche einen Wabenkörper besitzt, der eine Überströmfläche für das Abgas bildet, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Wabenkörper (5) ein Hohlzylinder mit einem zentralen Kanal (7) ist, dass ein bewegliches Element (9, 15) zwischen zwei Endlagen bewegbar angeordnet ist, wobei in der ersten Endlage ein größerer Querschnitt des Kanals (7) als in der zweiten Endlage freigegeben ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Endlage den Kanalguerschnitt zu mindestens 75 % freigibt.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die zweite Endlage den Kanalguerschnitt zu mindestens 75 % ver¬ schließt .
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Endlage den Kanalguerschnitt zu mindestens 75 % freigibt.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element (9) rotatorisch bewegbar ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 5, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element eine drehbare Klappe (9) ist.
7. Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, da du r c h g e - k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element (15) translatorisch bewegbar ist.
8. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 7, d a - du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche
Element ein Schieber (15) ist.
9. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element ein starrer Schieber (15) ist.
10. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element ein flexibler Schieber ist.
11. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 7, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element aus mehreren beweglichen Lamellen besteht.
12. Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element (9, 15) in dem Wabenkörper (5) gehalten und/oder geführt ist.
13. Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, d a du r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element (9, 15) in der Abgasleitung (1) gehalten und/oder geführt ist .
14. Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element (9, 15) in Strömungsrichtung im Bereich des Einlasses (8) des Kanals (7) angeordnet ist.
15. Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, d a du r c h
g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element (9, 15) in Strömungsrichtung im Bereich des Auslasses (13) des Kanals (7) angeordnet ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Elektromotor (11) angeordnet ist, über den das bewegliche Element (9, 15) antreibbar ist
Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine mit Druck und Federkraft beaufschlagte Schubstange (16) mit dem beweglichen Element (9, 15) verbunden ist.
Abgasnachbehandlungsanordnung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass stromabwärts der Abgasnachbehand¬ lungsvorrichtung eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung nachgeschaltet ist.
19. Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsan- Ordnung nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei geringen Abgasströmen das be¬ wegliche Element in Richtung der zweiten Endlage bewegt wird, und bei größeren Abgasströmen in Richtung der ersten Endlage bewegt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das bewegliche Element in Zwischenstellungen innerhalb der beiden Endlagen bewegbar ist .
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