DE10000568A1

DE10000568A1 - Thermisch isolierte Abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE10000568A1
Application number: DE10000568A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brueck; Kait Althoefer
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 2000-01-10
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: DE10000568C2; US20030003031A1; JP2003519745A; WO2001051780A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine, mit einer Abgasreinigungsanlage (1), welche einen Eintrittsbereich (2), einen Austrittsbereich (3) und einen Zentralbereich (4) hat, mit einem katalytischen Konverter (5) im Zentralbereich (4), und mit einem ersten Wabenkörper (6) im Eintrittsbereich (2) und einem zweiten Wabenkörper (7) im Austrittsbereich (3), wobei der erste (6) und der zweite (7) Wabenkörper sowie der katalytische Konverter (5) für ein Abgas durchströmbar sind, wobei der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) durch seine Bauform, Befestigung und/oder Anordnung Mittel zur thermischen Isolierung (8, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 18, 19, 22, 23) bildet, die eine Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung aus dem katalytischen Konverter (5) heraus in das übrige Abgassystem mindern. Auf diese Weise bleibt der Zentralbereich lange auf einer für die katalytische Umsetzung notwendigen Temperatur, so daß bei Wiederstart der Brennkraftmaschine Schadstoffe sofort katalytisch beseitigt werden. Besonders geeignet als erster (6) und/oder zweiter (7) Wabenkörper sind konische Wabenkörper, die insbesondere noch nach außen thermisch entkoppelte kleinere Stirnflächen (9, 12) aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine thermisch isolierte Abgasreinigungsanlage, wie sie bevorzugt in Abgassystemen von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird.

Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen, welche immer höhere Anforderungen an die Abgassysteme im Automobilbau stellen, wurden die Abgassysteme in der Vergangenheit stetig weiterentwickelt. Von besonderem Interesse ist in diesem Zusammenhang das schnelle Erreichen, bzw. das Beibehalten geeigneter thermischer Bedingungen im Abgassystem, die für eine bestmögliche Schadstoffumsetzung benötigt werden. Eine Möglichkeit, diese thermischen Bedingungen zu gewährleisten, besteht in der thermischen Isolierung des Abgassystems gegenüber der Umgebung.

In dem U.S.-Patent 5,477,676 ist ein Vakuum-isolierter katalytischer Konverter beschrieben. Die Vakuum-Isolation kann entsprechend den Betriebstemperaturen im Inneren des katalytischen Konverters angepaßt werden. Das bedeutet, daß bei erhöhten Temperaturen das Vakuum durch ein Gas ersetzt wird, um kontrolliert eine Wärmeabfuhr aus dem Abgassystem zu ermöglichen und somit einer Überhitzung vorzubeugen. Der Vakuum-isolierte Konverter wird zusätzlich von Wärmetauschern umgeben. In diesem U.S.-Patent ist weiterhin eine Ummantelung des Vakuum-isolierten Konverters mit einem Phasenwechselmaterial beschrieben, welches sich dadurch auszeichnet, daß es im Bereich der Betriebstemperaturen des katalytischen Konverters den Aggregatzustand wechselt und auf diese Weise ein erhöhtes Maß an Wärmeenergie speichern kann.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen isolieren einen katalytischen Konverter gegenüber einer radial außenliegenden Umgebung. Aufgrund einer effektiven radialen Isolierung erfolgt eine Wärmeleitung oder Wärmestrahlung des katalytischen Konverters bevorzugt in axialer Richtung in das übrige Abgassystem.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abgassystem anzugeben, welches eine verbesserte thermische Isolierung aufweist, insbesondere eine axiale Wärmeleitung oder Wärmestrahlung aus dem katalytischen Konverter heraus in das übrige Abgassystem mindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Abgassystems sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Das erfindungsgemäße Abgassystem hat eine Abgasreinigungsanlage, welche einen Eintrittsbereich, einen Austrittsbereich und einen Zentralbereich hat. Im Zentralbereich der Abgasanlage ist ein katalytischer Konverter angeordnet. Die Abgasreinigungsanlage weist weiterhin zwei Wabenkörper auf, wobei sich ein erster Wabenkörper im Eintrittsbereich und ein zweiter Wabenkörper im Austrittsbereich befindet. Die beiden Wabenkörper sowie der katalytische Konverter sind dabei derart ausgeführt und in dem Abgassystem angeordnet, daß diese für ein Abgas durchströmbar sind. Die beiden Wabenkörper zeichnen sich dadurch aus, daß sie thermisch isolierend gegen eine axiale Wärmeleitung oder Wärmestrahlung aus dem katalytischen Konverter heraus in das übrige Abgassystem wirken. Abgasreinigungsanlagen nach dem Stand der Technik haben häufig eine rohrähnliche Zu- und Ableitung des Abgases mit trichterförmigen Erweiterungen zum Anschluß an ein Abgasreinigungssystem. Diese sind zumeist thermisch nicht isoliert gegenüber der Umgebung ausgeführt und erkalten demzufolge schneller. Infolge der zügigen Abkühlung des Abgases in diesen Bereichen und dem ausreichenden Platzangebot, tritt dort bevorzugt Konvektion auf. Die thermisch unterschiedlichen Bedingungen in der Zu- und Ableitung gegenüber dem Abgasreinigungssystem haben zur Folge, daß ein einheitliches thermisches Niveau angestrebt wird. Dies wird durch die Ausgestaltung, die Art des Einbaus und/oder die Befestigung der Wabenkörper gemäß der Erfindung verhindert. Der erste Wabenkörper stellt eine thermische Isolierung gegenüber vorgelagerten Komponenten des Abgassystems dar, der zweite Wabenkörper gegenüber den nachfolgenden Komponenten.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der erste und/oder der zweite Wabenkörper aus einem thermisch isolierenden Material. Wenn die Wabenkörper und der katalytische Konverter einander mittelbar oder unmittelbar berühren, kann aufgrund thermisch isolierten Materials der Wabenkörper eine Wärmeleitung unterbunden werden. Besteht keine Verbindung zwischen einem Wabenkörper und dem katalytischen Konverter ist eine axiale Weiterleitung der Wärme im Wabenkörper der auf den Wabenkörper abgestrahlten thermischen Energie des Konverters ebenfalls kaum möglich. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, den ersten und/oder zweiten Wabenkörper aus keramischem Material auszuführen, jedoch lassen sich andere vorteilhafte Maßnahmen gemäß der vorliegenden mit keramischen Wabenkörpern nur schwer verwirklichen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen der erste und/oder der zweite Wabenkörper eine elektrische Heizung auf. Diese Heizung kann beispielsweise dazu benutzt werden, ein Temperaturgefälle in der direkten Umgebung gegenüber der Temperatur des katalytischen Konverters zu beseitigen und somit den Verlust seiner thermischen Energie entgegenzuwirken.

Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel hat der erste Wabenkörper eine erste Eintrittsstirnfläche und eine erste Austrittsstirnfläche, wobei die erste Eintrittsstirnfläche kleiner als die erste Austrittsstirnfläche ist. Der erste Wabenkörper ist in der Abgasreinigungsanlage derart angeordnet, daß dieser mit der ersten Austrittsstirnfläche zum katalytischen Konverter hin ausgerichtet ist. Ein derart konisch ausgeführter Wabenkörper hat den Vorteil, daß dieser eine verhältnismäßig kleine Eintrittsstirnfläche hat, welche stromaufwärts gerichtet ist. Auf diese Weise stellt der erste Wabenkörper nur eine kleine Fläche zur Verfügung, die gegebenenfalls Wärme an stromaufwärts angrenzende Komponenten abgibt. Somit wird ein Entzug von thermischer Energie aus der Abgasreinigungsanlage reduziert.

Analog dazu, ist es besonders vorteilhaft, den zweiten Wabenkörper ebenfalls konisch auszuführen und derart in der Abgasreinigungsanlage zu positionieren, daß dessen kleinere zweite Austrittsfläche stromabwärts weist. Auf diese Weise wird gegebenenfalls die Wärmeabgabe an stromabwärts liegende Komponenten des Abgassystems bzw. die Umgebung vermieden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Wabenkörper und der katalytische Konverter voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen einem Wabenkörper und dem katalytischen Konverter ist jeweils ein Luftspalt vorhanden. Der Luftspalt selbst weist relativ gute wärmeisolierende Eigenschaften auf, wenn sich in ihm keine Konvektion ausbildet. Dazu muß er besonders schmal sein und/oder Mittel zur Verhinderung der Konvektion aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn der erste und/oder der zweite Wabenkörper axiale Erstreckungen in den Luftspalt hinein aufweisen. Diese axialen Erstreckungen sind derart auszuführen, daß eine Konvektion im Luftspalt reduziert wird. Eine verminderte Konvektion im Luftspalt verhindert das stirnseitige Auskühlen des katalytischen Konverters.

Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sind der erste und/oder der zweite Wabenkörper durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugt und weisen wenigstens teilweise strukturierte Folienlagen auf. Der erste und/oder der zweite Wabenkörper zeichnen sich dadurch aus, daß die Folien eine Foliendicke von 0,015 bis 0,035 mm haben. Diese sehr geringe Foliendicke hat zur Folge, daß, stirnseitig betrachtet, der Wabenkörper einen äußerst geringen Prozentsatz metallischer ausgefüllter Fläche aufweist. Der überwiegende Anteil ist Luft, welche gegen eine axiale Wärmeleitung isolierend wirkt.

Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel ist der erste und/oder der zweite Wabenkörper mit mindestens einer thermisch entkoppelten Stirnfläche ausgeführt. Das bedeutet, daß die Wärmeleitung auch innerhalb eines Wabenkörpers in axialer Richtung behindert wird. Ein Wärmeaustausch einer beim Abkühlvorgang zumeist kühleren Stirnfläche mit dem Inneren des Wabenkörpers kann auf diese Weise reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weisen der erste und/oder der zweite Wabenkörper in ihrem Inneren mindestens einen Schlitz auf. Der Schlitz ist nahe einer thermischen entkoppelten Stirnfläche angeordnet. Der Schlitz stellt einen Luftspalt dar, welcher die Wärmeleitung von der Stirnfläche zum Inneren hin mindert. Besonders vorteilhaft ist es, den Schlitz umlaufend auszubilden, wobei dieser sich von außen radial nach innen ausbreitet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schlitz mindestens eine Kerbe aufweist. Damit sind Unterbrechungen im Schlitzverlauf gemeint, welche die Festigkeit des Wabenkörpers auch unter dynamischer Beanspruchung gewährleisten.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform wird eine thermisch entkoppelte Stirnfläche dadurch erreicht, daß mehrere Schlitze, vorzugsweise in verschiedenen Ebenen, senkrecht zu einer bevorzugten Strömungsrichtung des Abgases angeordnet sind. Die Ebenen, in denen die Schlitze angeordnet sind, sind voneinander gering beabstandet. Auf diese Weise wird die flächenartige Isolierung mittels mindestens eines Schlitzes in einer Ebene auf einen vorgebbaren Volumenbereich vergrößert. Dies unterstützt die thermische Entkopplung der Stirnfläche. Besonders vorteilhaft ist es dabei, in jeweils einer Ebene mehrere Schlitze und Kerben anzuordnen, wobei die Schlitze bzw. die Kerben in unterschiedlichen Ebenen versetzt angeordnet sind. Damit ist gemeint, daß in Strömungsrichtung wenigstens eine teilweise Überlappung von einem Schlitz einer ersten Ebene und einer Kerbe einer nachfolgenden Ebene stattfindet. Ein derart ausgeführter Wabenkörper bietet nur noch eine reduzierte axiale Wärmeleitung, weil aufgrund dieser Anordnung eine Art Labyrinth für den Wärmefluß verwirklicht ist.

Gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sind der erste und/oder der zweite Wabenkörper von dem katalytischen Konverter axial nur 1 bis 2 mm beabstandet. Auf diese Weise ist ein ausreichend großer Spalt zwischen den Wabenkörpern und dem Konverter vorhanden, um eine Wärmeleitung vom Konverter zu den Wabenkörpern zu unterbinden, ohne daß sich eine starke Konvektion ausbilden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Wabenkörper zu dem katalytischen Konverter mittels isolierender Befestigungselemente beabstandet sind. Isolierende Befestigungselemente verhindern eine Wärmeleitung und bieten zudem die Möglichkeit, einen vorgebbaren Abstand zwischen Wabenkörper und Konverter zu gewährleisten. Die Stabilität und Dauerfestigkeit der beschriebenen Abgasreinigungsanlage kann dadurch erhöht werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Abgasreinigungsanlage mit einem katalytischen Konverter ausgeführt, welcher thermisch entkoppelte Stirnflächen aufweist. Somit werden zusätzliche und im katalytischen Konverter integrierte Wärmeleitungsblockaden erzeugt, welche ebenfalls in der oben beschriebenen Weise wirken.

Der katalytische Konverter hat gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte, wenigstens teilweise strukturierte Blechlagen. Die Bleche zeichnen sich dadurch aus, daß diese eine Blechdicke von 0,08 mm bis 0,11 mm haben. Die Verwendung dickerer Bleche bei dem katalytischen Konverter im Gegensatz zu den Wabenkörpern hat den Vorteil, daß der katalytische Konverter mehr thermische Energie speichern kann und deutlich langsamer abkühlt.

Die Abgasreinigungsanlage ist gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Konvektionssperren ausgeführt, welche zwischen der Abgasreinigungsanlage und dem katalytischen Konverter, dem ersten Wabenkörper und dem zweiten Wabenkörper angeordnet sind. Diese Konvektionssperren sind insbesondere derart ausgeführt, daß diese sich, jedoch ohne die Strömung zu stark zu behindern, im Außenbereich radial in einen Spalt zwischen jeweils einem Wabenkörper und dem katalytischen Konverter hinein erstrecken. Das Abkühlen der an den Luftspalt angrenzenden Stirnflächen kann somit reduziert werden.

Bevorzugt ist die Abgasreinigungsanlage derart gestaltet, daß diese radial nach außen thermisch isoliert ist. Die radial außenliegenden Bereiche stellen eine beachtliche Grenzfläche zur Umgebung dar, welche insbesondere für die Mechanismen der Wärmeabfuhr aus der Abgasreinigungsanlage zur Umwelt relevant ist. Die thermische Isolierung in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung des Abgases ist insbesondere bei Abgassystemen erforderlich, die auch eine derartige radiale Isolierung aufweisen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind der erste und/oder zweite Wabenkörper an der Abgasreinigungsanlage thermisch isoliert befestigt. Insbesondere bei der Fixierung konisch ausgeformter Wabenkörper ist eine Befestigung dieser an der Abgasreinigungsanlage sinnvoll. Eine thermisch isolierte Verbindung mindert ebenfalls die Wärmeleitung aus dem Wabenkörper in das übrige Abgassystem.

Zumindest der erste Wabenkörper weist entsprechend einem noch weiteren Ausführungsbeispiel eine katalytisch wirksame Oberfläche auf, an der das zu reinigende Abgas entlangströmt und katalytisch umgesetzt wird. Im normalen Betrieb des Abgassystems, also bei einer Temperatur des katalytischen Konverters, welche für eine effektive Schadstoffumsetzung geeignet ist, erfolgt die Reinigung des Abgases überwiegend durch den Konverter. Dennoch ist eine unterstützende katalytische Aktivität der Wabenkörper vorteilhaft und ermöglicht die Einhaltung der geforderten Abgasbestimmungen bezüglich des Restanteils von Schadstoffen, welche an die Umgebung abgegeben werden.

Besonders vorteilhaft ist eine katalytisch wirksame Oberfläche des ersten Wabenkörpers in Hinblick auf das Anspringverhalten der Abgasanlage nach einer langen Pause. Nach einem langen Zeitraum ist der katalytische Konverter beispielsweise bis auf die äußere Umgebungstemperatur abgekühlt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine benötigt der Konverter, gerade wegen seiner ansonsten gewünschten großen Wärmekapazität, eine bestimmte Zeitspanne, bis sich dieser aufgrund des ihn durchströmenden Abgases auf eine Temperatur von z. B. über 300°C erhitzt hat, um eine effektive Schadstoffumsetzung zu ermöglichen. Um die vorgeschriebene Reinigungswirkung der Abgasanlage auch in dieser Kaltstartphase zu gewährleisten, ist der erste Wabenkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel so ausgelegt, daß er in dieser Phase eine Umsatzrate bezüglich Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid von mindestens 80% nach 10 bis 20 sec aufweist. Insbesondere hat der Wabenkörper ein Volumen von 0,2 bis 1,0 Liter, vorzugsweise von 0,6 Liter.

Das Kaltstartverhalten nach langer Betriebspause kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel durch einen zusätzlichen Vorkatalysator verbessert werden, welcher dem Abgassystem vorgelagert ist. Dieser ist näher an der Brennkraftmaschine angeordnet und wird demzufolge von heißeren Abgasen durchströmt. Eine katalytische Umsetzung kann an dieser Stelle nach einem kürzeren Zeitraum erfolgen. Die katalytische Reaktion hat zudem eine Erhöhung der Abgastemperatur zur Folge, welches anschließend in das stromabwärts angeordnete Abgassystem strömt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der vorgelagerte Konverter elektrisch beheizbar ist. Ist die notwendige Temperatur im Abgassystem erreicht, trägt wieder der stromabwärts angeordnete katalytische Konverter zur vollständigen Abgasreinigung bei.

Weitere Vorteile und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Abgassystems einer Brennkraftmaschine werden anhand der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele erläutert, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels im Vollschnitt durch die Abgasreinigungsanlage,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wabenkörpers,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Wabenkörpers,

Fig. 4 eine stirnseitige Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Wabenkörpers und

Fig. 5 eine stirnseitige Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines katalytischen Konverters.

Fig. 1 zeigt eine Abgasreinigungsanlage 1, welche von einem Abgas in einer bevorzugten Strömungsrichtung 21 durchströmbar ist. Die Abgasreinigungsanlage 1 weist einen Eintrittsbereich 2, einen Austrittsbereich 3 und einen Zentralbereich 4 auf. Im Zentralbereich 4 ist ein katalytischer Konverter 5 angeordnet. Ein erster Wabenkörper 6 befindet sich stromaufwärts im Eintrittsbereich 2 der Abgasreinigungsanlage 1. Im Austrittsbereich 3 ist ein zweiter Wabenkörper 7 angeordnet. Die Wabenkörper 6 und 7 sowie der katalytische Konverter 5 sind für das Abgas durchströmbar. Des weiteren weist die Abgasreinigungsanlage 1 unterschiedliche Mittel zur thermischen Isolierung auf, welche im folgenden erläutert werden.

Die beiden Wabenkörper 6 und 7 in Fig. 1 sind konisch ausgeführt. Der erste Wabenkörper 6 hat eine kleine erste Eintrittsstirnfläche 9 und eine größere erste Austrittsstirnfläche 10. Der erste Wabenkörper 6 ist derart ausgerichtet, daß die kleinere erste Eintrittsstirnfläche 9 stromaufwärts weist. Die Wärmeabgabe von der ersten Eintrittsstirnfläche 9 auf vorgelagerte Bereiche der Abgasreinigungsanlage 1 kann somit reduziert werden. Die konische Form des ersten Wabenkörpers 6 hat zur Folge, daß dieser relativ dicht an einer rohrähnlichen Abgaszuleitung angeordnet werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da so kaum Raum für eine Konvektion zwischen dem ersten Wabenkörper 6 und der Abgasreinigungsanlage 1 vorhanden ist.

Der zweite Wabenkörper 7 ist im wesentlichen spiegelbildlich zum ersten Wabenkörper 6 angeordnet. Dementsprechend weist der zweite Wabenkörper 7 eine zweite Eintrittsstirnfläche 11 auf, welche größer ausgeführt ist, als die zweite Austrittsstirnfläche 12. Auf diese Weise ist eine reduzierte Wärmeabgabe von der zweiten Austrittsstirnfläche 12 gewährleistet.

Die Abgasreinigungsanlage 1 gemäß Fig. 1 ist mit jeweils einem schmalen Luftspalt 14 zwischen dem ersten Wabenkörper 6 und dem katalytischen Konverter 5 einerseits sowie dem Konverter 5 und dem zweiten Wabenkörper 7 andererseits ausgeführt. Die Beabstandung der Wabenkörper 6 und 7 von dem katalytischen Konverter 5 wird mittels thermisch isolierter Befestigungselemente 22 gewährleistet. Die schmalen Luftspalte 14 sowie die thermisch isolierten Befestigungselemente 22 verhindern eine axiale Wärmeleitung vom katalytischen Konverter 5 zu den Wabenkörpern 6 und 7.

Die gesamte Abgasreinigungsanlage 1 kann im Falle von konstruktionsbedingt breiten Luftspalten 14 auch außen mit Konvektionssperren 23 ausgeführt sein, welche außen eine Konvektion behindern, ohne aber die Agbasströmung stark zu beeinflussen.

Zusätzlich ist schematisch in Fig. 1 die Möglichkeit der Anordnung eines Vorkatalysators 31 vor der übrigen Abgasreinigungsanlage 1 dargestellt, welcher auch eine elektrische Beheizung 32 aufweisen kann.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wabenkörpers 6 oder 7. Um eine Konvektion in den angrenzenden Luftspalten 14 nahe der Wabenkörper 6 oder 7 zu reduzieren, weist dieser Wabenkörper Ersteckungen 13 auf. Die dargestellte Ausführungsform des Wabenkörpers ist mit teilweise strukturierten Folienlagen 15 ausgeführt, welche durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugt wurden. Einzelne Folienlagen 15 ragen dabei über die Stirnseite des Wabenkörpers 6 oder 7 hinaus. Die axiale Erstreckung 13 ist demzufolge direkt aus den Folienlagen 15 gebildet durch größer dimensionierte und/oder gegenüber anderen Lagen verschobene Folienlagen.

Weiterhin zeigt der Wabenkörper in Fig. 2 eine elektrische Heizung 8, welche an dem Wabenkörper 6 oder 7 angebracht ist. Beispielhaft ist ein Heizdraht 8 dargestellt, welcher um den Wabenkörper 6, 7 gewickelt ist. Die Folienlagen des Wabenkörpers 6, 7 können aber auch direkt als elektrische Heizwiderstände genutzt werden. Eine Anordnung eines Heizdrahtes im Inneren des Wabenkörpers 6, 7 ist ebenso möglich. Ein elektrisch heizbarer Wabenkörper 6 oder 7 kann sowohl zur kurzfristigen Verbesserung des Kaltstartverhaltens nach langer Betriebspause, als auch zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Temperatur in der Abgasreinigungsanlage während längerer Betriebspausen genutzt werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Wabenkörpers 6 oder 7 mit thermisch entkoppelten Stirnflächen 18. Thermisch entkoppelte Stirnflächen 18 werden durch Schlitze 19 gewährleistet, welche vorzugsweise in unterschiedlichen Ebenen 20 etwa senkrecht zur Strömungsrichtung 21 angeordnet sind. Fig. 3 zeigt, daß die Schlitze 19 versetzt 25 zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise wird eine Art Labyrinth erzeugt, welches die Wärmeleitung aus dem Inneren des Wabenkörpers 6 oder 7 nach außen beim Abkühlvorgang reduziert. Die Schlitze 19 sind umlaufend ausgebildet und breiten sich radial nach innen aus. Die Dimensionierung der Schlitze 19 ist so gewählt, daß die Stabilität und Festigkeit des Wabenkörpers 6, 7 dennoch gewährleistet ist.

Fig. 4 zeigt eine stirnseitige Ansicht eines Wabenkörpers 6, 7 mit Folienlagen 15, welche durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugt wurden. Die Blechlagen 15 sind wenigstens teilweise strukturiert und sind mit Folien 16 ausgeführt, welche eine vorgebbare Foliendicke 17 haben. Der Wabenkörper 6, 7 dieser Ausführungsform weist eine katalytisch wirksame Oberfläche 29 auf.

Weiterhin ist in Fig. 4 eine Ausführungsform der Schlitze 19 dargestellt. Die Schlitze 19 sind durch Kerben 24 voneinander beabstandet. Die Kerben 24 tragen zur Stabilität des Wabenkörpers 6, 7 bei.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch einen katalytischen Konverter. Der dargestellte katalytische Konverter weist durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte, wenigstens teilweise strukturierte Blechlagen 26 auf, die mit Blechen 27 einer vorgebbaren Blechdicke 28 ausgeführt sind. Dieser katalytische Konverter 5 hat thermisch entkoppelte Stirnflächen 18, welche durch eine Vielzahl von Schlitzen 19 und Kerben 24 ausgebildet sind.

Bezugszeichenliste

1

Abgasreinigungsanlage

2

Eintrittsbereich

3

Austrittsbereich

4

Zentralbereich

5

Konverter

6

erster Wabenkörper

7

zweiter Wabenkörper

8

Heizung

9

erste Eintrittsstirnfläche

10

erste Austrittsstirnfläche

11

zweite Eintrittsstirnfläche

12

zweite Austrittsstirnfläche

13

Erstreckung

14

Luftspalt

15

Folienlage

16

Folie

17

Foliendicke

18

thermisch entkoppelte Stirnfläche

19

Schlitz

20

Ebene

21

Strömungsrichtung

22

Befestigungselement

23

Konvektionssperre

24

Kerbe

25

Versatz

26

Blechlage

27

Blech

28

Blechdicke

29

Oberfläche

30

Volumen

31

Vorkatalysator

32

elektrische Beheizung

Claims

1. Abgassystem einer Brennkraftmaschine, mit einer Abgasreinigungsanlage (1), welche einen Eintrittsbereich (2), einen Austrittsbereich (3) und einen Zentralbereich (4) hat, mit einem katalytischen Konverter (5) im Zentralbereich (4), und mit einem ersten Wabenkörper (6) im Eintrittsbereich (2) und einem zweiten Wabenkörper (7) im Austrittsbereich (3), wobei der erste (6) und der zweite (7) Wabenkörper sowie der katalytische Konverter (5) für ein Abgas durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) durch seine Bauform, Befestigung und/oder Anordnung Mittel zur thermischen Isolierung (8, 9, 10, 11, 12, 13, 16, 18, 19, 22, 23) bildet, die eine Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung aus dem katalytischen Konverter (5) heraus in das übrige Abgassystem mindern.

2. Abgassystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) aus thermisch isolierendem Material ist.

3. Abgassystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) aus keramischem Material sind.

4. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) elektrisch beheizbar (8) ausgeführt sind.

5. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Wabenkörper (6) eine erste Eintrittsstirnfläche (9) und eine erste Austrittsstirnfläche (10) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Eintrittsstirnfläche (9) kleiner als die erste Austrittsstirnfläche (10) ist und mit der ersten Austrittsstirnfläche (10) zum katalytischen Konverter (5) hin ausgerichtet ist.

6. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Wabenkörper (7) eine zweite Eintrittsstirnfläche (11) und eine zweite Austrittsstirnfläche (12) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Eintrittsstirnfläche (11) größer als die zweite Austrittsstirnfläche (12) ist und mit der zweiten Eintrittsstirnfläche (11) zum katalytischen Konverter (5) hin ausgerichtet ist.

7. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen dem ersten Wabenkörper (6) und dem katalytischen Konverter (5) sowie zwischen dem zweiten Wabenkörper (7) und dem katalytischen Konverter (5) jeweils ein schmaler Luftspalt (14) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) axiale Erstreckungen (13) in den Luftspalt (14) hinein aufweisen, welche eine Konvektion im Luftspalt (14) reduzieren.

8. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte, wenigstens teilweise strukturierte Folienlagen (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Folien (16) eine Foliendicke (17) von 0,015 bis 0,035 mm haben.

9. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) mindestens eine thermisch entkoppelte Stirnfläche (18) haben.

10. Abgassystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) in seinem Inneren mindestens einen Schlitz (19) aufweist, der nahe der mindestens einen thermisch entkoppelten Stirnfläche (18) angeordnet ist.

11. Abgassystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (19) umlaufend ausgebildet ist und sich radial nach innen ausbreitet.

12. Abgassystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (19) mindestens eine Kerbe (24) aufweist.

13. Abgassystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schlitze (19), vorzugsweise in verschiedenen Ebenen (20), senkrecht zu einer bevorzugten Strömungsrichtung (21) des Abgases angeordnet sind.

14. Abgassystem nach Anspruch 13, wobei die Schlitze (19) jeweils mindestens eine Kerbe (24) haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (24) gegeneinander versetzt (25) angeordnet sind.

15. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) von dem katalytischen Konverter (5) axial 1 bis 2 mm beabstandet sind.

16. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) zu dem katalytischen Konverter (5) mittels isolierender Befestigungselemente (22) beabstandet sind.

17. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der katalytische Konverter (5) thermisch entkoppelte Stirnflächen (18) aufweist.

18. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der katalytische Konverter (5) durch Wickeln und/oder Stapeln erzeugte, wenigstens teilweise strukturierte Blechlagen (26) aufweist, die mit Blechen (27) einer vorgebbaren Blechdicke (28) ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (27) eine Blechdicke (28) von 0.08 mm bis 0.11 mm haben.

19. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreinigungsanlage (1) weitere Konvektionssperren (23) aufweist, welche zwischen der Abgasreinigungsanlage (1) und dem katalytischen Konverter (5), dem ersten Wabenkörper (6) und dem zweiten Wabenkörper (7) angeordnet sind.

20. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasreinigungsanlage (1) radial nach außen thermisch isoliert ist.

21. Abgassystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder der zweite Wabenkörper (7) an der Abgasreinigungsanlage (1) thermisch isoliert befestigt sind.

22. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (6) und/oder zweite Wabenkörper (7) eine katalytisch wirksame Oberfläche (29) haben, an der das Abgas entlangströmt.

23. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei der erste Wabenkörper (6) eine katalytisch wirksame Oberfläche (29) hat, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wabenkörper (6) so ausgelegt ist, daß er in der Kaltstartphase sehr schnell eine hohe Umsatzrate bezüglich Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, insbesondere nach 10 bis 20 sec mindestens 80%, aufweist.

24. Abgassystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wabenkörper (6) ein Volumen von 0,2 bis 1,0 Liter, vorzugsweise von 0,6 Liter, aufweist.

25. Abgassystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasreinigungsanlage (1) ein Vorkatalysator (31), insbesondere mit einem Volumen von 0,2 bis 1 Liter, vorzugsweise etwa 0,6 Liter, vorgelagert ist.

26. Abgassystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorkatalysator (31) mit einer elektrischen Heizung (32) versehen ist.