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WO2020048878A1 - Ringkatalysator - Google Patents

Ringkatalysator Download PDF

Info

Publication number
WO2020048878A1
WO2020048878A1 PCT/EP2019/073172 EP2019073172W WO2020048878A1 WO 2020048878 A1 WO2020048878 A1 WO 2020048878A1 EP 2019073172 W EP2019073172 W EP 2019073172W WO 2020048878 A1 WO2020048878 A1 WO 2020048878A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
deflection device
flow path
flow
annular
catalyst according
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/073172
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus MÜLLER-HAAS
Marat Karibayev
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Priority to EP19762133.7A priority Critical patent/EP3847352A1/de
Priority to CN201980057289.1A priority patent/CN112639258A/zh
Publication of WO2020048878A1 publication Critical patent/WO2020048878A1/de
Priority to US17/189,708 priority patent/US20210180501A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892—Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
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    • F01N3/0217—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters the filtering elements having the form of hollow cylindrical bodies
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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 a catalyst for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine, with a first tubular central flow path, with a deflection device for deflecting the flow direction and with an annular flow path which has at least one catalytically active matrix.
  • Catalysts of various designs are used for aftertreatment of exhaust gases.
  • So-called ring catalysts are used in particular in applications which are characterized by a particularly limited installation space and in particular have a short overall length. These have a central tubular flow path, which is first flowed through. The mixing of the exhaust gas takes place in this central tubular flow section.
  • the ring catalyst After flowing through the tubular flow path, the exhaust gas is deflected radially outward in a chamber connected to the flow path and deflected by a further 90 degrees, so that the exhaust gas flows back in the direction opposite the flow direction in the tubular flow path.
  • the ring catalyst has an annular catalytically active matrix which is arranged in a ring around the tubular flow path.
  • a generic ring catalyst is known from EP 2 873 821 A1.
  • the essential basic features such as the central tubular flow channel, the flow deflection and the ring-shaped catalyst matrix are known from this.
  • Umlenkungsvorrich lines of the ring catalysts are not optimally designed to produce a homogeneous flow and concentration distribution.
  • the flow and concentration distribution at the inlet cross-section of the catalytically active matrix are not optimal here.
  • An embodiment of the invention relates to a catalyst for the aftertreatment of exhaust gases from an internal combustion engine, with a first tubular central flow path, with a deflection device for deflecting the flow direction and with an annular flow path, which has at least one catalytically active matrix, the tubular flow path through an inner jacket is formed and the annular flow path is formed by an outer jacket surrounding the inner jacket, the deflection device being formed by a flat half-shell.
  • the tubular flow path and the annular flow path are preferably arranged concentrically to one another. The flow deflection from the tubular flow section into the annular flow section takes place by a total of 180 °, so that the exhaust gas flows in opposite directions to one another in the two flow sections.
  • An identical length means that there is no protrusion of the inner jacket over the outer jacket or vice versa in the axial direction of the catalyst.
  • an at least partially circumferential circumferential confuser is arranged for bundling the exhaust gas flow.
  • a confuser is used to concentrate the flow within the tubular flow path.
  • the confuser can be a completely circumferential flow guide element or it can also be arranged only in sections in the circumferential direction.
  • the confuser preferably contributes to a narrowing of the flow cross section of the tubular flow path.
  • the influenceable parameters of the cone are preferably the extension in the axial direction and the extension in the radial direction into the flow path.
  • the confuser extends in the axial direction over a length m, where m can assume values in the range of 0.015 ⁇ m / D ⁇ 0.44, where D is the inner diameter of the outer jacket tube. It has been shown that such a size ratio of the confuser to the overall width of the catalyst is particularly advantageous in order to work together with the deflection device according to the invention to achieve optimal flow guidance.
  • the catalytically active matrix is arranged in the annular flow path, the inflow side of the matrix being flush with the outer jacket. This is advantageous in order to achieve an optimal flow against the matrix. In this way, flow effects that could arise again in the annular flow channel, for example the formation of a laminar edge flow, are minimized.
  • the deflection device has a first region which is arranged centrally above the central axis of the catalytic converter and is dome-shaped. The flow to this first area is central. Ideally, the deflection device is also aligned concentrically with the tubular flow channel, so that the flow guidance through the deflection device is as symmetrical as possible.
  • the deflection device has a second region which is formed by an annular recess.
  • the annular depression forms a narrowing of the flow cross-section on the flowed side of the deflection device in cooperation with the inner jacket, whereby the mixing of the flowing exhaust gas is promoted.
  • the second region is arranged radially outside the inner jacket. This is before geous, so that the inflow into the annular flow channel can take place as optimally as possible and the highest possible uniform flow distribution and equal concentration distribution is generated.
  • the deflection device has a third region which is arranged in the radial direction on the outer edge of the catalytic converter and by an annular Bulge is formed.
  • the third area serves as a steering aid for the flow transfer into the annular flow channel.
  • Fig. 2 is a sectional view through an inventive
  • Fig. 3 shows a further sectional view through a Ringkata analyzer with a detailed representation of the deflection device.
  • FIG. 1 shows a steering device formed by a half-shell 1.
  • the half-shell has a first central depression 2, which is molded into the half-shell, for example, by deep drawing.
  • the first depression 2 is surrounded by a second annular depression 3 in the radial direction.
  • This annular depression 3 is followed in the radial direction by a bulge 4, which was molded into the half-shell 1 in the opposite direction to the depressions 2 and 3.
  • the half-shell 1 is connected to the outer jacket in a manner comparable to a cover such that the inner surface of the half-shell 1 serves as a flow guiding element for the section from the tubular flow and the exhaust gas is thus transferred into the annular outer flow path.
  • Figure 2 shows a sectional view through a ring catalyst.
  • the tubular central flow path 5 through which the exhaust gas flows along the arrows 6 is shown.
  • a confuser 7 Arranged in the axial direction at the end of the flow path 5 is a confuser 7 which bundles the exhaust gas flowing in the flow path 5 and directs it in a targeted manner into the deflection device formed by the half-shell 1.
  • FIG. 2 also shows that the inner jacket 8 forming the flow path 5 extends in the axial direction to the same extent as the outer jacket 9. In particular in the direction of flow, there is no protrusion of the inner jacket 8 beyond the outer jacket 9.
  • a catalytically active matrix 10 is arranged in the annular gap formed between the inner jacket 8 and the outer jacket 9.
  • the inlet side of the catalyst matrix is preferably arranged flush with the end of the outer jacket 9 and the inner jacket 8 facing the deflection device 1.
  • the exhaust gas flowing through the flow path 5 is deflected radially outwards in the deflection device 1 and finally by a further 90 degrees and is thus directed through the annular flow channel 14 between the inner jacket 8 and the outer jacket 9. After flowing through the catalyst matrix, the exhaust gas can finally continue to flow via suitable flow paths.
  • FIG. 3 shows a sectional view through a ring catalyst according to the invention, the illustration in FIG. 3 showing in particular the special structure of the deflection device 1.
  • the different radii follow the indentations and bulges of special size ratios, whereby a particularly optimal flow deflection is achieved.
  • the deflection device has a first region 11, which is arranged centrally in the extension of the tubular flow path 5.
  • This first area 11 is dome-shaped and has a central circular depression 2.
  • the recess 2 is written by a first radius RI, which describes the inner radius of the recess 2, and by a second radius R2, which describes the radius at the transition from the dome-shaped structure to the recess 2.
  • FIG. 3 In the upper right-hand area of FIG. 3, a detailed view of the depression 2 is shown, from which it can be seen in detail the relationship between the radii RI and R2 with the further dimensions a, b, c, e and f.
  • radius RI it applies that it is in a range of 0.005 ⁇ Rl / D ⁇ 0.33.
  • the preferred value range of 0.005 ⁇ R2 / D ⁇ 0.33 applies to radius R2.
  • the preferred value ranges between 0.005 d a / D d 0.33 apply; 0.005 d c / D d 0.33; 0.005 d e / D ⁇ 0.33; 0.01 d f / D ⁇ 0.25.
  • dimension b 0.005 ⁇ b / D ⁇ 0.33 applies.
  • the reference number D denotes the diameter of the outer jacket 9 and the reference letter d denotes the diameter of the inner jacket 8.
  • the dome-shaped region 11 of the deflection device 1 is further determined by the outer radius R3, which lies in the value range 0.01 ⁇ R3 / D ⁇ 0.14.
  • the distance g in the radial direction between the central axis of the deflection device and the The beginning of the curvature with the radius R3 is determined via the relationship 0.13 ⁇ g / D ⁇ 0.27.
  • the first region 11 is spaced along the main axial flow direction in the flow path 5 by the distance h from the end of the inner jacket 8.
  • the greatest length of the order-directing device along the central axis of the catalytic converter is determined via the value resulting from the dimension h and the radius R3.
  • the range of values for h is in the range of 0, 016
  • the width of the area 11 is determined by the dimension g and the radius R3 (2g + 2R3) and is larger than the diameter d of the inner jacket 8, where d is in the range from 0.36 ⁇ d / D
  • the deflection device 1 also has a second region 12 which adjoins the first region 11 in the radial direction and is formed by an annular recess. Radius R4 adjoins radius R3, which moves in the range of values 0.01 ⁇ R4 / D ⁇ 0.11.
  • the depression of the second region 12 serves primarily to produce a narrowing of the annular cross section between the end region of the inner jacket 8 and the radially outer partial contour of the deflection device 1. This constriction ensures improved flow guidance to the inlet side of the catalytically active matrix.
  • the deflection device 1 also has a third area 13, which is located on the radial outer edge area. This is defined via the radius R5, which ranges from 0.01 ⁇ R5 / D ⁇ 0.16.
  • the beginning of the outer radius R5 is from the axial end region of the outer jacket 9 or from the inlet side of the catalytically active matrix by the distance j, which is spaced in the value range 0.005 ⁇ j / D ⁇ 0.15.
  • the radius R5 is spaced from the central axis of the catalyst by the distance i + R4 + R3 + g.
  • the outer contour of the deflection device 1 increases along the extension i, which moves in the range of 0.05 ⁇ i / D ⁇ 0.25, by the angle , the angle being in the range of 0.5 ° ⁇ 25 °.
  • This slope of the contour results in an expansion of the flow cross section, which serves to ensure that the flow forced in the regions 11 and 12 reaches the entire cross section of the catalytically active matrix 10 in the annular outer flow channel 14.
  • FIG. 3 also shows the confuser in the inner jacket 8.
  • This has a radial extension k, the value range of k being defined as 0.01 ⁇ k / D ⁇ 0.11.
  • the confuser has an axial extension m, where m is in the range of 0.015 ⁇ m / D ⁇ 0.44.
  • the confuser thus tapers the inner cross section of the inner jacket 8 over the length m, starting from a radial extension from zero to the value k.
  • the confuser thus protrudes into the flow cross section of the inner jacket 8 and tapers it, as a result of which an improved uniform flow distribution over the cross section of the catalytically active matrix can be achieved.
  • FIGS. 1 to 3 have, in particular, no restrictive character and serve to illustrate the inventive concept.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer ersten rohrförmigen zentralen Strömungsstrecke (5), mit einer Umlenkvorrichtung (1) zur Umlenkung der Strömungsrichtung und mit einer ringförmigen Strömungsstrecke (14), welche zumindest eine katalytisch aktive Matrix aufweist (10), wobei die rohrförmige Strömungsstrecke (5) durch einen inneren Mantel (8) gebildet ist und die ringförmige Strömungsstrecke (14) durch einen den inneren Mantel (8) um- gebenden äußeren Mantel (9) gebildet wird, wobei die Umlenk- vorrichtung (1) durch eine flache Halbschale gebildet wird.

Description

Beschreibung
Ringkatalysator
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer ersten rohrförmigen zentralen Strömungsstrecke, mit einer Umlenkvorrichtung zur Umlenkung der Strömungsrichtung und mit einer ringförmigen Strömungsstrecke, welche zumindest eine katalytisch aktive Matrix aufweist.
Stand der Technik
Zur Nachbehandlung von Abgasen werden Katalysatoren unter schiedlicher Bauart eingesetzt. Insbesondere in Anwendungs fällen, die durch einen besonders begrenzten Bauraum gekenn zeichnet sind und insbesondere eine geringe Baulänge aufweisen, kommen sogenannte Ringkatalysatoren zum Einsatz. Diese weisen eine zentrale rohrförmige Strömungsstrecke auf, welche zuerst durchströmt wird. In dieser zentralen rohrförmigen Strö mungsstrecke findet die Vermischung des Abgases statt.
Nach dem Durchströmen der rohrförmigen Strömungsstrecke wird das Abgas in einer an die Strömungsstrecke angeschlossenen Kammer radial nach außen abgelenkt und um weitere 90 Grad umgelenkt, so dass das Abgas in der zur Strömungsrichtung in der rohrförmigen Strömungsstrecke entgegengesetzten Richtung zurückströmt. Der Ringkatalysator weist eine ringförmige katalytisch aktive Matrix auf, die ringförmig um die rohrförmige Strömungsstrecke an geordnet ist.
Um eine möglichst hohe Schadstoffminderung im Ringkatalysator zu erreichen, ist eine besonders homogene Strömungsverteilung beziehungsweise Konzentrationsverteilung des Abgases in den Strömungsstrecken des Ringkatalysators und insbesondere in der katalytisch aktiven Matrix notwendig.
Aus der EP 2 873 821 Al ist ein gattungsbildender Ringkatalysator bekannt. Die wesentlichen Grundmerkmale, wie der zentrale rohrförmige Strömungskanal, die Strömungsumlenkung und die ringförmige Katalysatormatrix sind hieraus bekannt.
Die bisher im Stand der Technik bekannten Umlenkungsvorrich tungen der Ringkatalysatoren sind nicht optimal ausgebildet, um eine möglichst homogene Strömungs- und Konzentrationsverteilung zu erzeugen. Insbesondere die Strömungs- und Konzentrations verteilung am Einlassquerschnitt der katalytisch aktiven Matrix sind hier nicht optimal.
Darstellung der Erfindung , Aufgabe , Lösung , Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Ringkatalysator zu schaffen, welcher hinsichtlich der Strö mungsgleichverteilung und Konzentrationsgleichverteilung verbessert ist und somit verbesserte Schadstoffminderungsraten ermöglicht .
Die Aufgabe hinsichtlich des Katalysators wird durch einen Katalysator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, mit einer ersten rohrförmigen zentralen Strömungsstrecke, mit einer Umlenkvorrichtung zur Umlenkung der Strömungsrichtung und mit einer ringförmigen Strömungsstrecke, welche zumindest eine katalytisch aktive Matrix aufweist, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke durch einen inneren Mantel gebildet ist und die ringförmige Strömungsstrecke durch einen den inneren Mantel umgebenden äußeren Mantel gebildet wird, wobei die Umlenk vorrichtung durch eine flache Halbschale gebildet wird. Die rohrförmige Strömungsstrecke und die ringförmige Strö mungsstrecke sind vorzugsweise konzentrisch zueinander ange ordnet. Die Strömungsumlenkung von der rohrförmigen Strö mungsstrecke in die ringförmige Strömungsstrecke erfolgt insgesamt um 180°, so dass das Abgas in den beiden Strö mungsstrecken gegensinnig zueinander strömt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der innere Mantel und der äußere Mantel in axialer Richtung beziehungsweise der Haupt strömungsrichtung in der rohrförmigen Strömungsstrecke eine identisch lange Erstreckung aufweisen.
Eine identisch lange Erstreckung bedeutet, dass es in axialer Richtung des Katalysators keinen Überstand des inneren Mantels über den äußeren Mantel oder umgekehrt gibt.
Auch ist es vorteilhaft, wenn am der Umlenkvorrichtung zuge wandten Endbereich des inneren Mantels ein zumindest teilweise in Umfangsrichtung umlaufender Konfusor zur Bündelung der Abgasströmung angeordnet ist. Ein Konfusor dient der Kon zentration der Strömung innerhalb der rohrförmigen Strö mungsstrecke. Der Konfusor kann dazu ein vollständig umlaufendes Strömungsleitelement sein oder auch nur abschnittsweise in Umfangsrichtung angeordnet sein. Bevorzugt trägt der Konfusor zu einer Verengung des Strömungsquerschnitts der rohrförmigen Strömungsstrecke bei. Die beeinflussbaren Parameter des Kon- fusors sind bevorzugt die Erstreckung in axialer Richtung sowie die Erstreckung in radialer Richtung in die Strömungsstrecke hinein .
Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Konfusor sich in axialer Richtung über eine Länge m erstreckt, wobei m Werte im Bereich von 0, 015 < m/D < 0,44 annehmen kann, wobei D der Innendurchmesser des äußeren Mantelrohrs ist. Es hat sich gezeigt, dass ein solches Größenverhältnis vom Konfusor zur Gesamtbreite des Katalysators besonders vorteilhaft ist, um im Zusammenspiel mit der er- findungsgemäßen Umlenkvorrichtung eine optimale Strömungs führung zu erreichen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die katalytisch aktive Matrix in der ringförmigen Strömungsstrecke angeordnet ist, wobei die Einströmseite der Matrix bündig mit dem Außenmantel abschließt. Dies ist vorteilhaft, um eine möglichst optimale Anströmung der Matrix zu erreichen. Auf diese Weise werden Strömungseffekte, die beispielsweise im ringförmigen Strö mungskanal wieder entstehen könnten, wie beispielsweise die Ausbildung einer laminaren Randströmung, minimiert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Umlenkvorrichtung einen ersten Bereich aufweist, der zentral über der Mittelachse des Katalysators angeordnet ist und kuppelförmig ausgebildet ist. Dieser erste Bereich wird somit zentral angeströmt. Idealerweise ist die Umlenkvorrichtung auch konzentrisch mit dem rohrförmigen Strömungskanal ausgerichtet, so dass die Strömungsführung durch die Umlenkvorrichtung möglichst symmetrisch ist.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Umlenkvorrichtung einen zweiten Bereich aufweist, welcher durch eine ringförmige Vertiefung gebildet ist. Die ringförmige Vertiefung bildet auf der an geströmten Seite der Umlenkvorrichtung im Zusammenspiel mit dem inneren Mantel eine Verengung des Strömungsquerschnitts, wodurch die Vermischung des strömenden Abgases begünstigt wird.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der zweite Bereich radial außerhalb des inneren Mantels angeordnet ist. Dies ist vor teilhaft, damit das Einströmen in den ringförmigen Strö mungskanal möglichst optimal erfolgen kann und eine möglichst hohe Strömungsgleichverteilung und Konzentrationsgleichver teilung erzeugt wird.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Umlenkvorrichtung einen dritten Bereich aufweist, der in radialer Richtung am Außenrand des Katalysators angeordnet ist und durch eine ringförmige Ausbuchtung gebildet ist. Der dritte Bereich dient als Ein lenkhilfe für den Strömungsübertritt in den ringförmigen Strömungskanal .
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 Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf die Umlenkvorrichtung,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen
Ringkatalysator, und
Fig. 3 eine weitere Schnittansicht durch einen Ringkata lysator mit einer detaillierten Darstellung der Umlenkvorrichtung .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine durch eine Halbschale 1 gebildete Um lenkvorrichtung. Die Halbschale weist eine erste zentrale Vertiefung 2 auf, die beispielsweise durch Tiefziehen in die Halbschale eingeformt ist. In radialer Richtung ist die erste Vertiefung 2 von einer zweiten ringförmigen Vertiefung 3 umgeben. An diese ringförmige Vertiefung 3 schließt sich in radialer Richtung eine Ausbuchtung 4 an, welche in entgegengesetzter Richtung zu den Vertiefungen 2 und 3 in die Halbschale 1 eingeformt wurde. Die Halbschale 1 wird vergleichbar mit einem Deckel derart an den Außenmantel angebunden, dass die Innenfläche der Halbschale 1 als Strömungsleitelement für das aus der rohrförmigen Strömungs strecke dient und das Abgas auf diese Weise in die ringförmige äußere Strömungsstrecke übergeleitet wird.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht durch einen Ringkatalysator. Dargestellt ist die rohrförmige zentrale Strömungsstrecke 5, durch welche das Abgas entlang der Pfeile 6 strömt. In axialer Richtung am Ende der Strömungsstrecke 5 ist ein Konfusor 7 angeordnet, der das in der Strömungsstrecke 5 strömende Abgas bündelt und gezielt in die durch die Halbschale 1 gebildete Umlenkvorrichtung lenkt.
In Figur 2 ist auch dargestellt, dass der die Strömungstrecke 5 bildende innere Mantel 8 sich in axialer Richtung genausoweit erstreckt wie der äußere Mantel 9. Es gibt insbesondere in Strömungsrichtung keinen Überstand des inneren Mantels 8 über den äußeren Mantel 9 hinaus.
In dem zwischen dem inneren Mantel 8 und dem äußeren Mantel 9 ausgebildeten Ringspalt ist eine katalytisch aktive Matrix 10 angeordnet. Bevorzugt ist die Einlassseite der Katalysatormatrix bündig mit dem der Umlenkvorrichtung 1 zugewandten Ende des äußeren Mantels 9 und des inneren Mantel 8 angeordnet.
Das durch die Strömungsstrecke 5 strömende Abgas wird in der Umlenkvorrichtung 1 radial nach außen und schließlich um weitere 90 Grad abgelenkt und so durch den ringförmigen Strömungskanal 14 zwischen dem inneren Mantel 8 und dem äußeren Mantel 9 gelenkt. Nach dem Durchströmen der Katalysatormatrix kann das Abgas schließlich über geeignete Strömungswege weiterströmen.
Die Figur 3 zeigt eine Schnittansicht durch einen erfin dungsgemäßen Ringkatalysator, wobei in der Darstellung der Figur 3 insbesondere der spezielle Aufbau der Umlenkvorrichtung 1 gezeigt ist. Erfindungsgemäß folgen die unterschiedlichen Radien der Vertiefungen und Ausbuchtungen speziellen Größenverhält nissen, wodurch eine besonders optimale Strömungsumlenkung erreicht wird.
Die Umlenkvorrichtung weist einen ersten Bereich 11 auf, der zentral in Verlängerung der rohrförmigen Strömungsstrecke 5 angeordnet ist. Dieser erste Bereich 11 ist kuppelförmig ausgestaltet und weist eine zentrale kreisförmige Vertiefung 2 auf. Die Vertiefung 2 ist durch einen ersten Radius RI, welcher den Innenradius der Vertiefung 2 beschreibt, und durch einen zweiten Radius R2, welcher den Radius am Übergang von der kuppelförmigen Struktur hin zur Vertiefung 2 beschreibt, be schrieben .
Im oberen rechten Bereich der Figur 3 ist eine Detailansicht der Vertiefung 2 gezeigt, aus welcher detailliert hervorgeht, in welchem Verhältnis die Radien RI und R2 mit den weiteren Maßen a, b, c, e und f besonders bevorzugt stehen.
Für den Radius RI gilt, dass sich dieser in einem Wertebereich von 0,005 < Rl/D < 0,33 bewegt. Analog gilt für den Radius R2 der bevorzugte Wertebereich von 0,005 < R2/D < 0,33. Für die weiteren Maße a, c, e und f, welche jeweils Längen und Abstände zwischen den gezeigten Punkten beschreiben, gelten die bevorzugten Wertebereiche zwischen 0,005 d a/D d 0,33; 0,005 d c/D d 0,33; 0,005 d e/D < 0,33; 0,01 d f/D < 0,25. Für das Maß b gilt 0,005 < b/D < 0,33.
Mit dem Bezugszeichen D ist der Durchmesser des äußeren Mantels 9 bezeichnet und mit dem Bezugszeichen d ist der Durchmesser des inneren Mantels 8 bezeichnet.
Die kuppelförmige Bereich 11 der Umlenkvorrichtung 1 wird weiterhin von dem Außenradius R3 bestimmt, welcher im Wer tebereich 0,01 < R3/D < 0,14 liegt. Der Abstand g in radialer Richtung zwischen der Mittelachse der Umlenkvorrichtung und dem Beginn der Krümmung mit dem Radius R3 ist über den Zusammenhang 0,13 < g/D < 0,27 bestimmt.
Bei Einhaltung dieser Größenvorgabe für die Geometrie ergibt sich eine rotationssymmetrische Aufteilung des Abgasstroms auf mehrere Teilströme. Die mittige Vertiefung erleichtert ins besondere die rotationssymmetrische Aufteilung des Abgasstroms und trägt so zur verbesserten Strömungsgleichverteilung an der Einlassseite der Katalysatormatrix bei.
Der erste Bereich 11 ist entlang der axialen Hauptströmungs- richtung in der Strömungsstrecke 5 um den Abstand h zum Ende des inneren Mantels 8 beabstandet. Über den sich aus dem Maß h und dem Radius R3 ergebenden Wert wird die größte Länge der Um lenkvorrichtung entlang der zentralen Achse des Katalysators bestimmt. Der Wertebereich für h bewegt sich im Bereich von 0, 016
< h/D < 0,16.
Die Breite des Bereichs 11 wird durch das Maß g und den Radius R3 bestimmt (2g + 2R3) bestimmt und ist größer als der Durchmesser d des inneren Mantels 8, wobei d sich im Bereich von 0,36 < d/D
< 0,55 bewegen kann.
Die Umlenkvorrichtung 1 weist darüber hinaus noch einen zweiten Bereich 12 auf, der sich in radialer Richtung an den ersten Bereich 11 anschließt und durch eine ringförmige Vertiefung gebildet ist. An den Radius R3 schließt sich der Radius R4 an, der sich in dem Wertebereich 0,01 < R4/D < 0,11 bewegt. Die Vertiefung des zweiten Bereichs 12 dient in erster Linie dazu eine Verengung des ringförmigen Querschnitts zwischen dem Endbereich des inneren Mantels 8 und der radial äußeren Teilkontur der Umlenkvorrichtung 1 zu erzeugen. Diese Verengung gewährleistet eine verbesserte Strömungsführung hin zur Einlassseite der katalytisch aktiven Matrix.
Die Umlenkvorrichtung 1 weist weiterhin einen dritten Bereich 13 auf, welcher sich am radialen äußeren Randbereich befindet. Dieser wird über den Radius R5 definiert, der sich in einem Wertebereich von 0,01 < R5/D < 0,16 bewegt. Der Beginn des Außenradius R5 ist von dem axialen Endbereich des äußeren Mantels 9 beziehungsweise von der Einlassseite der katalytisch aktiven Matrix um den Abstand j, der sich im Wertebereich 0,005 < j/D < 0,15, beabstandet. In radialer Richtung ist der Radius R5 von der Mittelachse des Katalysators um den Abstand i+R4+R3+g beab standet .
Von der ringförmigen Vertiefung mit dem Radius R4 hin zum dritten Bereich 13 und dem Radius R5 steigt die Außenkontur der Um lenkvorrichtung 1 entlang der Erstreckung i, welche sich im Wertebereich von 0,05 < i/D < 0,25 bewegt, um den Winkel an, wobei der Winkel sich im Wertebereich von 0,5° < < 25° bewegt .
Durch diese Steigung der Kontur wird eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts erreicht, welche dazu dient, dass die in den Bereichen 11 und 12 erzwungene Strömung den gesamten Querschnitt der katalytisch aktiven Matrix 10 in dem ringförmigen äußeren Strömungskanal 14 erreicht.
Die Figur 3 zeigt weiterhin den Konfusor im inneren Mantel 8. Dieser weist eine radiale Erstreckung k auf, wobei der Wer tebereich von k als 0,01 < k/D < 0,11 definiert ist. Weiterhin weist der Konfusor eine axiale Erstreckung m auf, wobei m sich im Wertebereich von 0,015 < m/D < 0,44 bewegt.
Der Konfusor verjüngt den inneren Querschnitt des inneren Mantels 8 somit über die Länge m ausgehend von einer radialen Erstreckung von Null bis auf den Wert k. Der Konfusor ragt somit in den Strömungsquerschnitt des inneren Mantels 8 hinein und verjüngt diesen, wodurch eine verbesserte Strömungsgleichverteilung über den Querschnitt der katalytisch aktiven Matrix erreicht werden kann . Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeut lichung des Erfindungsgedankens.

Claims

Patentansprüche
1. Katalysator zur Nachbehandlung von Abgasen eines Ver brennungsmotors, mit einer ersten rohrförmigen zentralen Strömungsstrecke (5), mit einer Umlenkvorrichtung (1) zur Umlenkung der Strömungsrichtung und mit einer ringförmigen Strömungsstrecke (14) , welche zumindest eine katalytisch aktive Matrix aufweist (10) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die rohrförmige Strömungs strecke (5) durch einen inneren Mantel (8) gebildet ist und die ringförmige Strömungsstrecke (14) durch einen den inneren Mantel (8) umgebenden äußeren Mantel (9) gebildet wird, wobei die Umlenkvorrichtung (1) durch eine flache Halbschale gebildet wird.
2. Katalysator 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 innere Mantel (8) und der äußere Mantel (9) in axialer Richtung beziehungsweise der Hauptströmungsrichtung in der rohrförmigen Strömungs strecke (5) eine identisch lange Erstreckung aufweisen.
3. Katalysator 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 am der
Umlenkvorrichtung (1) zugewandten Endbereich des inneren Mantels (8) ein zumindest teilweise in Umfangsrichtung umlaufender Konfusor (7) zur Bündelung der Abgasströmung angeordnet ist.
4. Katalysator 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 Konfusor (7) sich in axialer Richtung über eine Länge m erstreckt, wobei m Werte im Bereich von 0,015 < m/D < 0,44 annehmen kann, wobei D der Innendurchmesser des äußeren Mantelrohrs (9) ist .
5. Katalysator 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 kata- lytisch aktive Matrix (10) in der ringförmigen Strö mungsstrecke (14) angeordnet ist, wobei die Einströmseite der Matrix (10) bündig mit dem Außenmantel (9) abschließt.
6. Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , dass die Um lenkvorrichtung (1) einen ersten Bereich (11) aufweist, der zentral über der Mittelachse des Katalysators angeordnet ist und kuppelförmig ausgebildet ist.
7. Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , dass die Um lenkvorrichtung (1) einen zweiten Bereich (12) aufweist, welcher durch eine ringförmige Vertiefung (3) gebildet ist.
8. Katalysator nach Anspruch 7, dadu r ch ge kenn z e i chne t , dass der zweite Bereich (12) radial außerhalb des inneren Mantels (8) angeordnet ist.
9. Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadur ch ge kenn z e i chne t , dass die Um lenkvorrichtung (1) einen dritten Bereich (13) aufweist, der in radialer Richtung am Außenrand des Katalysators angeordnet ist und durch eine ringförmige Ausbuchtung (4) gebildet ist.
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