DE19951583A1

DE19951583A1 - Exhaust gas catalyst unit used in direct injection diesel engines of vehicles comprises tempering coiled tubing which surrounds outer sleeve of nitrogen oxide reduction catalyst body

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Publication number: DE19951583A1
Application number: DE19951583A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Jokl; Hans-Joachim Langer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-23

Abstract

An exhaust gas catalyst unit comprises a nitrogen oxide reduction catalyst body (1) through which the gas flows and a tempering coiled tubing (4) which surrounds an outer sleeve (3) of the catalyst body. An Independent claim is also included for a process for operating an exhaust gas purification device comprising an exhaust gas catalyst unit in which a cooling fluid flow is regulated by the coiled tubing so that the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst body in an edge zone bordering the outer sleeve does not exceed the upper boundary temperature of a nitrogen oxide reduction effective temperature region. Preferred Features: The outer sleeve (3) is free from heat insulation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgaskatalysatoreinheit mit einem von zu reinigendem Abgas durchströmbaren Katalysatorkörper und einer Temperierrohrwendel, auf eine Abgasreinigungsanlage für eine Verbrennungseinrichtung, der ein Kühlfluidkreislauf zu geordnet ist, und auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Abgasreinigungsanlage.The invention relates to an exhaust gas catalytic converter unit a catalyst body through which exhaust gas to be cleaned can flow and a tempering tube coil, on an exhaust gas cleaning system for a combustion device that has a cooling fluid circuit is ordered, and a method for operating such Emission control system.

Zur Abgasreinigung dienende Abgaskatalysatoreinheiten sind in verschiedenen Bauformen und mit je nach Reinigungsfunktion un terschiedlichen Katalysatormaterialien in Gebrauch. Häufig sind in einer Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des von einer zuge hörigen Verbrennungseinrichtung, wie einem Kraftfahrzeug-Ver brennungsmotor, erzeugten Abgases mehrere Abgaskatalysatorein heiten mit unterschiedlichen Reinigungsfunktionalitäten enthal ten. Bei mager betriebenen Kraftfahrzeugmotoren, wie z. B. Die selmotoren mit Direkteinspritzung, ist als eine Abgaskatalysa toreinheit häufig eine sogenannte DeNOx-Katalysatoreinheit, d. h. eine Stickoxidreduktions-Katalysatoreinheit, vorgesehen, die ei ne Umsetzung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden durch eine Re duktionsreaktion ermöglicht. Diese Stickoxidreduktion läuft mit guter Effizienz jedoch nur in einem begrenzten Temperaturfenster von z. B. zwischen etwa 180°C und etwa 300°C ab. Um ein möglichst frühes "Anspringen" der DeNOx-Katalysatoreinheit, d. h. ein mög lichst frühzeitiges Erreichen des unteren Grenzwertes des Tempe raturfensters zu bewirken, ist eine möglichst motornahe Positio nierung anzustreben, bei Direkteinspritzermotoren mit Abgasturbolader z. B. direkt nach dessen Abgasturbine. Andererseits führt dies jedoch ohne Gegenmaßnahmen zu einem relativ frühzeitigen Überschreiten des oberen Temperaturfenster-Grenzwertes und damit zu einem relativ frühzeitigen Verlassen des Temperaturfensters für effektive Stickoxidreduktion. Wenn die DeNOx-Katalysator einheit auch bei hohen Abgastemperaturen im für Stickoxidreduk tion wirksamen Temperaturfenster gehalten werden soll, ist folg lich deren Einbaulage geeignet weit von der Verbrennungseinrich tung entfernt zu wählen, wenn keine anderweitigen Maßnahmen er griffen werden.Exhaust gas catalytic converter units used for exhaust gas purification are in different designs and depending on the cleaning function different catalyst materials in use. Are common in an exhaust gas cleaning system for cleaning the from a audible combustion device, such as a motor vehicle Ver internal combustion engine, exhaust gas generated multiple exhaust gas catalyst units with different cleaning functions In lean motor vehicle engines, such as. B. The direct-injection engines, is a catalytic converter gate unit often a so-called DeNOx catalyst unit, d. H. a nitrogen oxide reduction catalyst unit provided, the egg ne conversion of nitrogen oxides contained in the exhaust gas by a Re reduction reaction enables. This nitrogen oxide reduction runs with good efficiency, however, only in a limited temperature window from Z. B. between about 180 ° C and about 300 ° C. To one if possible early "start" of the DeNOx catalyst unit, d. H. a possible reaching the lower limit of the temperature as early as possible effecting the natural window is a position as close as possible to the engine striving for direct injection engines with exhaust gas turbochargers e.g. B. directly after its exhaust gas turbine. On the other hand leads however, without countermeasures at a relatively early stage Exceeding the upper temperature window limit and thus to leave the temperature window relatively early for effective nitrogen oxide reduction. If the DeNOx catalyst unit even at high exhaust gas temperatures for nitrogen oxide reduction tion effective temperature window should be kept, follows Lich their installation position suitable far from the incinerator to choose remotely if no other measures are taken be gripped.

Eine Möglichkeit, die Abgasreinigungsanlage z. B. für einen Kraft fahrzeugmotor bei unterschiedlichen Motorbetriebspunkten im stickoxidreduktionswirksamen Temperaturfenster zu halten, be steht darin, mehrere Katalysatoreinheiten mit Stickoxidredukti onsfunktion mit merklichen Abständen in Reihe hintereinander zu schalten. Allerdings bedingt dies einen beträchtlichen Aufwand für die Versorgung der nachgeschalteten Katalysatoreinheiten mit dem für die Stickoxidreduktion benötigten Reduktionsmittel, wie z. B. unverbrannten Kohlenwasserstoffen oder einem direkt in den Abgastrakt eingespritzten Reduktionsmittel. Zudem führt die Ver wendung mehrerer Katalysatoreinheiten zu einer Verteuerung der Abgasreinigungsanlage.One way the exhaust gas cleaning system z. B. for a force vehicle engine at different engine operating points in the to keep nitrogen oxide effective temperature window, be is several catalyst units with nitrogen oxide reducers onsfunction with noticeable intervals in a row switch. However, this requires considerable effort for supplying the downstream catalyst units with the reducing agent required for nitrogen oxide reduction, such as e.g. B. unburned hydrocarbons or one directly in the Exhaust tract injected reducing agent. In addition, the Ver use of several catalyst units to make the Emission control system.

Es ist bekannt, die Abgaskatalysatoreinheit einer Abgasreini gungsanlage für einen Verbrennungsmotor dadurch zu kühlen, daß wenigstens ein Teil des zu reinigenden Abgases vor Durchströmung der Katalysatoreinheit mit Motorkühlwasser gekühlt wird und da durch seinerseits die Katalysatoreinheit kühlt, siehe die Offen legungsschriften DE 30 35 472 A1 und DE 34 06 968 A1.The exhaust gas catalytic converter unit is known cooling system for an internal combustion engine in that at least part of the exhaust gas to be cleaned before flow the catalyst unit is cooled with engine cooling water and there in turn cools the catalyst unit, see the open documents DE 30 35 472 A1 and DE 34 06 968 A1.

Bei einer in der Offenlegungsschrift DE 39 39 391 A1 beschriebe nen Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungs motor ist einer Abgaskatalysatoreinheit eine Kühlvorrichtung zu geordnet, die aus einer von Kühlluft durchströmbaren, die Kata lysatoreinheit mit Abstand umgebenden Kühlrohrwendel besteht, die an ihrer der Katalysatoreinheit zugewandten Seite Luftaustrittsöffnungen zur Besprühung der Katalysatoreinheit mit kühlender Luft aufweist.In one described in the published patent application DE 39 39 391 A1 NEN emission control system for a motor vehicle combustion engine is a cooling device to an exhaust gas catalytic converter unit ordered, from a flow of cooling air, the Kata lysator unit with cooling coil surrounding it at a distance, the air outlet openings on its side facing the catalyst unit for spraying the catalyst unit with has cooling air.

In der Patentschrift US 5.033.264 ist die Kombination einer Ka talysatoreinheit mit einem Abgaswärmeübertrager in einer gemein samen Baueinheit beschrieben. Dabei beinhaltet der Abgaswärme übertrager eine Rohrwendel, welche die zylinderförmige Abgaska talysatoreinheit mit Abstand umgibt und sich zusammen mit dieser im Inneren eines Außengehäuses der gemeinsamen Baueinheit befin det. Zu reinigendes Abgas wird von außen an einer Anschlußseite durch eine entsprechende Gehäuseöffnung hindurch einer ersten Stirnseite der Abgaskatalysatoreinheit zugeführt, durchströmt das Innere der Katalysatoreinheit und verläßt diese am gegen überliegenden Stirnende. Dort wird der Abgasstrom in den Ring raum zwischen der Abgaskatalysatoreinheit und dem Außengehäuse der Baueinheit umgelenkt und in diesem zur stirnseitigen Gehäu seanschlußseite zurückgeführt. Das durch den Ringraum strömende, noch heiße Abgas erwärmt unter gleichzeitiger Abkühlung Wasser, das durch die Rohrwendel hindurchgeleitet wird und anschließend genutzt werden kann, z. B. für Heizzwecke.In the US Pat. No. 5,033,264, the combination of a Ka Talysatoreinheit with an exhaust gas heat exchanger in a common described unit. The exhaust heat includes transmitter a coiled tubing, which the cylindrical Abgaska Talysatoreinheit surrounds at a distance and together with this located inside an outer housing of the common assembly det. Exhaust gas to be cleaned is from the outside on a connection side through a corresponding housing opening through a first Front side of the exhaust gas catalytic converter unit supplied, flows through the inside of the catalytic converter unit and leaves it against overlying forehead. There the exhaust gas flow is in the ring space between the catalytic converter unit and the outer housing deflected the unit and in this to the front housing led back to the connection side. The flowing through the annulus hot exhaust gas heats up water while cooling, which is passed through the coiled tubing and then can be used, e.g. B. for heating purposes.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer in vorteilhafter Weise temperierbaren Abgaskatalysatorein heit der eingangs genannten Art, einer Abgasreinigungsanlage der eingangs genannten Art mit einer solchen Abgaskatalysatoreinheit und der Möglichkeit, diese im Rahmen eines Kühlfluidkreislaufs der Verbrennungseinrichtung zu kühlen, sowie eines Verfahrens zum Betrieb einer solchen Abgasreinigungsanlage mit einer Stick oxidreduktions-Katalysatoreinheit zugrunde, die auch bei schwan kenden Abgastemperaturen möglichst weitgehend im stickoxidreduk tionswirksamen Temperaturfenster gehalten werden kann.The invention is a technical problem of providing an advantageously temperature-controlled exhaust gas catalytic converter unit of the type mentioned, an exhaust gas purification system of type mentioned with such an exhaust gas catalyst unit and the possibility of this as part of a cooling fluid circuit to cool the combustion device, and a method to operate such an exhaust gas cleaning system with a stick oxide reduction catalyst unit based, which also in swan Exhaust gas temperatures as far as possible in nitrogen oxide reduction effective temperature window can be kept.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgaskatalysatoreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sowie eines Abgasreinigungsanlagen-Betriebsverfahrens mit den Merkma len des Anspruchs 6. The invention solves this problem by providing a Exhaust gas catalytic converter unit with the features of claim 1, one Exhaust gas cleaning system with the features of claim 4 and of an exhaust gas cleaning system operating method with the characteristics len of claim 6.

Bei der Abgaskatalysatoreinheit nach Anspruch 1 liegt die Tempe rierrohrwendel, die als Kühl- oder Heizrohrwendel fungieren kann, charakteristischerweise mit wärmeleitendem Kontakt an der Außenmantelfläche des Katalysatorkörpers an. Auf diese Weise läßt sich der Katalysatorkörper durch die Temperierrohrwendel direkt und effektiv mittels Festkörperwärmeleitung temperieren, d. h. Kühlen oder Aufheizen.In the exhaust gas catalytic converter unit according to claim 1, the temperature is Rierrohr spiral that act as a cooling or heating tube coil can, characteristically with thermally conductive contact on the Outer surface of the catalyst body. In this way can the catalyst body through the tempering tube coil direct and effective temperature control using solid-state heat conduction, d. H. Cooling or heating.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Abgaskatalysatorein heit ist der Außenmantel des Katalysatorkörpers wärmeisolations frei ausgelegt. Eine solche Abgaskatalysatoreinheit eignet sich insbesondere für Anwendungen, in denen der Katalysatorkörper ei ner Kühlung bedarf, die dann sehr effektiv von der Temperier rohrwendel als Kühlrohrwendel und gegebenenfalls zusätzlich durch konvektive Wärmeabgabe des Katalysatorkörpermantels an die Außenumgebung bewirkt werden kann.In a further developed according to claim 2 catalytic converter Unit is the outer jacket of the catalyst body heat insulation freely designed. Such an exhaust gas catalytic converter unit is suitable especially for applications in which the catalyst body ei ner cooling, which is then very effective from the tempering Pipe coil as cooling pipe coil and, if necessary, additionally by convective heat emission from the catalyst body jacket to the Outdoor environment can be effected.

Eine nach Anspruch 3 weitergebildete Abgaskatalysatoreinheit ist als Stickoxidreduktions-Katalysatoreinheit ausgelegt, die dann beispielsweise mit der Temperierrohrwendel als Kühlrohrwendel effektiv gekühlt und dadurch auch bei höheren Abgastemperaturen im stickoxidreduktionswirksamen Temperaturfenster gehalten wer den kann.An exhaust gas catalytic converter unit developed according to claim 3 designed as a nitrogen oxide reduction catalyst unit, which then for example with the tempering tube coil as a cooling tube coil effectively cooled and therefore also at higher exhaust gas temperatures who are kept in the temperature window effective for nitrogen oxide reduction that can.

Die Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 4 enthält eine Abgaska talysatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperierrohrwendel als Kühlrohrwendel Teil des Kühlfluidkreis laufs der zugehörigen Verbrennungseinrichtung ist. Auf diese Weise kann die Abgaskatalysatoreinheit sehr effektiv durch den direkten Festkörperwärmekontakt von Kühlrohrwendel und Katalysa torkörper-Außenmantel mit Kühlfluid der Verbrennungseinrichtung gekühlt werden. Eine solche direkte Kühlung ist im allgemeinen effizienter als eine indirekte Kühlung über das der Katalysa toreinheit zugeführte, zuvor gekühlte Abgas und wirkt insbeson dere auf die an den Außenmantel angrenzende Randzone des Kataly satorkörpers. The exhaust gas purification system according to claim 4 contains an exhaust gas Talysatoreinheit according to any one of claims 1 to 3, wherein the Tempering tube coil as cooling tube coil part of the cooling fluid circuit is the associated combustion device. To this In this way, the exhaust gas catalytic converter unit can be operated very effectively by the direct solid-state heat contact of cooling tube coil and catalytic converter door body outer jacket with cooling fluid of the combustion device be cooled. Such direct cooling is general more efficient than indirect cooling via that of the catalytic converter previously cooled exhaust gas supplied and acts in particular on the border zone of the Kataly bordering on the outer jacket sator body.

Bei einer nach Anspruch 5 weitergebildeten Abgasreinigungsanlage sind Mittel zur Regulierung des Kühlfluidflusses durch die Kühl rohrwendel hindurch vorgesehen, wodurch sich die Temperatur des hiervon gekühlten Katalysatorkörpers in gewünschter Weise ein stellen läßt.In a further developed according to claim 5 emission control system are a means of regulating the flow of cooling fluid through the cooling Pipe helix provided through which the temperature of the of this cooled catalyst body in the desired manner can put.

Dies wird im Abgasreinigungsanlagen-Betriebsverfahren nach An spruch 6 in spezieller Weise dadurch ausgenutzt, daß die Abgas reinigungsanlage unter Regulierung des Kühlfluidflusses durch die Kühlrohrwendel derart betrieben wird, daß die Temperatur des auf Stickoxidreduktion ausgelegten Katalysatorkörpers wenigstens in der an den Außenmantel angrenzenden Randzone im stickoxidre duktionswirksamen Temperaturbereich bleibt. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine wirksame Stickoxidreduktion auch noch bei höheren Abgastemperaturen.This is described in the exhaust gas purification system operating procedure according to An saying 6 exploited in a special way that the exhaust gas cleaning system with regulation of the cooling fluid flow through the cooling tube coil is operated such that the temperature of the at least designed for nitrogen oxide reduction catalyst body in the edge zone adjacent to the outer jacket in nitrogen oxide effective temperature range remains. This enables on effective way also effective nitrogen oxide reduction higher exhaust gas temperatures.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:A preferred embodiment of the invention is in the drawing shown and is described below. Here demonstrate:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer DeNOx-Katalysatoreinheit mit zy lindrischem Katalysatorkörper und umgebender Temperier rohrwendel, Fig. 1 is a side view of a DeNOx catalyst unit with zy lindrischem catalyst body and surrounding tempering coiled tubing,

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II von Fig. 1 und Fig. 2 is a sectional view taken along the line II-II of Fig. 1 and

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Abgasreinigungsanlage, in der die DeNOx-Katalysatoreinheit der Fig. 1 und 2 verwendbar ist. Fig. 3 is a block diagram of an exhaust gas purification system in which the DeNOx catalyst unit of Figs. 1 and 2 can be used.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Stickoxidreduktionskatalysator, d. h. eine DeNOx-Katalysatoreinheit, mit einem zylindrischen Ka talysatorkörper 1 herkömmlichen Aufbaus mit einer inneren Kera mik- oder Metallträgerstruktur 2 und einem diese umgebenden Au ßenmantel 3. Die innere Trägerstruktur 2 aus Keramik oder Metall kann aus einzelnen Wellblechebenen aufgebaut sein, wie in Fig. 2 gezeigt, alternativ jedoch auch einen anderen herkömmlichen gasdurchlässigen Aufbau haben, z. B. in Form einer Wellblechwicklung oder als wabenförmige Struktur. In jedem Fall befindet sich auf der großen Oberfläche der Trägerstruktur 2 ein die Reduktion von Stickoxiden katalysierendes Katalysatormaterial, die in einem längs durch den Katalysatorkörper 1 hindurchgeleiteten Abgasstrom enthalten sein können. Figs. 1 and 2 show a nitrogen oxide reduction catalytic converter, ie, a DeNOx catalyst unit, comprising a cylindrical Ka talysatorkörper 1 of conventional construction with an inner Kera micro- or metal support structure 2 and a surrounding Au ßenmantel. 3 The inner support structure 2 made of ceramic or metal can be constructed from individual corrugated iron levels, as shown in FIG. 2, but alternatively also have another conventional gas-permeable structure, e.g. B. in the form of a corrugated iron winding or as a honeycomb structure. In any case, on the large surface of the support structure 2 there is a catalyst material which catalyzes the reduction of nitrogen oxides and which can be contained in an exhaust gas stream which is passed longitudinally through the catalyst body 1 .

Charakteristischerweise ist der Katalysatorkörper 1 von einer Temperierrohrwendel 4 derart umgeben, daß diese mit ihrer Rohr wand mit Kontakt gegen die Außenfläche des Katalysatorkörper- Außenmantels 3 anliegt. Dabei ist der Außenmantel 3 wärmeisola tionsfrei ausgelegt und besteht aus einem gut wärmeleitfähigen Material, z. B. aus Metall. Auch die Temperierrohrwendel 4 be steht aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. ebenfalls ei nem Metallmaterial.Characteristically, the catalyst body 1 is surrounded by a tempering tube coil 4 in such a way that this wall with its tube is in contact with the outer surface of the outer surface of the catalyst body 3 . The outer jacket 3 is designed heat-insolation-free and consists of a highly thermally conductive material, for. B. made of metal. The tempering tube coil 4 be made of a good heat-conducting material, for. B. also egg nem metal material.

Auf diese Weise besteht ein wärmeleitender Festkörperkontakt zwischen der Temperierrohrwendel 4 und dem Katalysatorkörper 1 an dessen Außenmantel 3. Damit kann der Katalysatorkörper 1 in einer gewünschten Weise temperiert werden, indem ein Temperier fluid 5 über eine Einlaßseite 4a der Temperierrohrwendel 4 zuge führt wird, welches dann nach Durchströmen derselben an einer Auslaßseite 4b wieder die Temperierrohrwendel 4 verläßt. Insbe sondere kann damit der Katalysatorkörper 1 in einer gewünschten Weise gekühlt werden, indem als Temperiermedium 5 ein Kühlfluid durch die dann als Kühlrohrwendel fungierende Temperierrohrwen del 4 hindurchgeleitet wird. Der Kühleffekt wirkt sich besonders auf die an den Außenmantel 3 anschließende Rand- bzw. Zylinder ringzone des Katalysatorkörpers 1 aus. Ein weiterer Kühleffekt speziell auch für die besagte Randzone ergibt sich durch die wärmeisolationsfreie Auslegung des Katalysatorkörper-Außenman tels 3, der folglich durch Konvektion Wärme an die Außenumgebung abgeben kann, speziell in seinem nicht von der Kühlrohrwendel 4 bedeckten Flächenbereich.In this way, there is a heat-conducting solid-state contact between the tempering tube coil 4 and the catalyst body 1 on its outer jacket 3 . Thus, the catalyst body 1 can be heated in a desired manner by a tempering fluid 5 through an inlet side 4 a of the Temperierrohrwendel 4 is supplied, which then, after flowing through the same at an outlet side 4 b again Temperierrohrwendel 4 leaves. In particular, the catalyst body 1 can in particular be cooled in a desired manner by a cooling fluid as the temperature control medium 5 being passed through the temperature control tube 4 then acting as a cooling tube coil 4 . The cooling effect particularly affects the adjoining the outer jacket 3 edge or cylinder ring zone of the catalyst body 1 . Another cooling effect especially for the said edge zone results from the heat insulation-free design of the catalyst body outer jacket 3 , which can consequently give off heat to the outside environment by convection, especially in its area not covered by the cooling tube coil 4 .

Obwohl mit den herkömmlichen Stickoxidreduktions-Katalysatorma terialien eine wirksame Stickoxidreduktion auf ein gewisses Temperaturfenster von z. B. typischerweise zwischen etwa 180°C und etwa 300°C begrenzt ist, kann mit der DeNOx-Katalysatoreinheit der Fig. 1 und 2 eine wirksame Stickoxidreduktion auch bei höhe ren Abgastemperaturen des durch den Katalysatorkörper 1 hindurch geleiteten Abgases dadurch bewirkt werden, daß der Katalysator körper 1 so stark gekühlt wird, daß wenigstens ein Teilbereich desselben auf einer Temperatur unterhalb der oberen Grenztempera tur für wirksame Stickoxidreduktion von z. B. etwa 300°C bleibt. Dies kann bei der DeNOx-Katalysatoreinheit der Fig. 1 und 2 durch ausreichende Kühlung insbesondere für die an den Außenman tel 3 angrenzende Randzone des Katalysatorkörpers 1 gewährlei stet werden, die dann auch bei hohen Abgastemperaturen noch eine wirksame Stickoxidreduktion ermöglicht. Dadurch ist es anderer seits möglich, die DeNOx-Katalysatoreinheit relativ nah an der das Abgas erzeugenden Verbrennungseinrichtung, wie z. B. einem Kraftfahrzeugmotor, zu positionieren, so daß sie bei einem Kalt start relativ rasch "anspringt", d. h. die Temperatur wenigstens eines Teils des Katalysatorkörpers 1 den unteren Grenzwert von z. B. etwa 180°C für wirksame Stickoxidreduktion erreicht.Although with the conventional nitrogen oxide reduction catalyst materials an effective nitrogen oxide reduction to a certain temperature window of z. B. is typically limited between about 180 ° C and about 300 ° C, with the DeNOx catalyst unit of FIGS. 1 and 2, an effective nitrogen oxide reduction even at higher ren exhaust gas temperatures of the exhaust gas passed through the catalyst body 1 can be caused by the Catalyst body 1 is cooled so much that at least a portion thereof at a temperature below the upper limit temperature for effective nitrogen oxide reduction of z. B. remains about 300 ° C. This can be in the DeNOx catalyst unit of Fig. 1 and 2 by sufficient cooling in particular for the layer adjacent to the Außenman tel 3 peripheral zone of the catalyst body 1, stet ensu, which then allows more effective reduction of nitrogen oxides even at high exhaust gas temperatures. On the other hand, this makes it possible for the DeNOx catalytic converter unit to be relatively close to the combustion device producing the exhaust gas, such as, for. B. a motor vehicle engine to position so that it "starts up" relatively quickly on a cold start, ie the temperature of at least part of the catalyst body 1 the lower limit of z. B. reached about 180 ° C for effective nitrogen oxide reduction.

Fig. 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel in Form einer Abgasreini gungsanlage, die einer Verbrennungseinrichtung 6 zugeordnet ist, bei der es sich z. B. um einen mager betriebenen Kraftfahrzeugmo tor mit Direkteinspritzung handeln kann und der im gezeigten Beispiel ein Abgasturbolader zugeordnet ist, deren Turbine 7 in dem vom Motor 6 abgehenden Abgasstrang 8 liegt. Stromabwärts der Abgasturbine 7 befindet sich im Abgastrakt 8 ein Stickoxidreduk tionskatalysator 9, bei dem es sich insbesondere um einen sol chen gemäß den Fig. 1 und 2 handeln kann. Da sie gekühlt werden kann, kann diese DeNOx-Katalysatoreinheit 9 vergleichsweise mo tornah, d. h. mit nur geringem Abstand hinter der Abgasturbine 7 positioniert sein. Dadurch erreicht sie bei einem Kaltstart des Motors 6 schon nach kurzer Zeit ihre Anspringtemperatur, d. h. den unteren Temperaturgrenzwert für wirksame Stickoxidreduktion, insbesondere in ihrem Längsmittenbereich. Fig. 3 shows an application example in the form of an emission control system, which is assigned to a combustion device 6, which is z. B. can be a lean-run motor vehicle engine with direct injection and which is assigned an exhaust gas turbocharger in the example shown, the turbine 7 of which is located in the exhaust line 8 coming from the engine 6 . Downstream of the exhaust gas turbine 7 is a nitrogen oxide reduction catalyst 9 in the exhaust tract 8 , which can be a sol according to FIGS. 1 and 2 in particular. Since it can be cooled, this DeNOx catalytic converter unit 9 can be positioned comparatively close to the engine, ie at a short distance behind the exhaust gas turbine 7 . As a result, when the engine 6 is cold started, it already reaches its starting temperature after a short time, ie the lower temperature limit for effective nitrogen oxide reduction, in particular in its longitudinal center region.

Außer der DeNOx-Katalysatoreinheit 9 umfaßt die Abgasreinigungs anlage je nach Anwendungsfall weitere herkömmliche Komponenten, die hier nicht weiter interessieren und daher nicht dargestellt sind. Nicht gezeigt ist auch eine optional vorgesehene Einrich tung zur Reduktionsmitteleinspritzung in den Abgastrakt 8 strom aufwärts der DeNOx-Katalysatoreinheit 9.In addition to the DeNOx catalytic converter unit 9, depending on the application, the exhaust gas purification system includes other conventional components which are of no further interest here and are therefore not shown. Also not shown is an optionally provided device for reducing agent injection into the exhaust tract 8 upstream of the DeNOx catalytic converter unit 9 .

Zur Kühlung der DeNOx-Katalysatoreinheit 9 ist ihre Kühlrohrwen del an einen nur schematisch dargestellten Kühlwasserkreislauf 10 angeschlossen, der im übrigen zur Kühlung des Motors 6 dient. Der Kühlwasserfluß durch die Kühlrohrwendel kann über ein an steuerbares Ventil 11 reguliert werden. Dieses Ventil 11 wird von einer Steuereinheit 12 in Abhängigkeit von der Abgastempera tur und je nach Bedarf von weiteren Motorbetriebszustandsparame tern angesteuert. Dazu erfaßt die Steuereinheit 12 die Abgastem peratur über einen Temperatursensor 13 in der DeNOx-Katalysator einheit 9, alternativ im Abgastrakt 8 vor oder hinter derselben. Die Steuereinheit 12 kann im übrigen je nach Bedarf weitere Steuerungsfunktionen erfüllen, z. B. gleichzeitig als Motorsteuer gerät für den Motor 6 ausgelegt sein.To cool the DeNOx catalytic converter unit 9 , its cooling tube del is connected to a cooling water circuit 10 , which is only shown schematically and which, moreover, serves to cool the engine 6 . The cooling water flow through the cooling tube coil can be regulated via a controllable valve 11 . This valve 11 is controlled by a control unit 12 as a function of the exhaust gas temperature and as required by further engine operating state parameters. For this purpose, the control unit 12 detects the exhaust gas temperature via a temperature sensor 13 in the DeNOx catalytic converter unit 9 , alternatively in the exhaust tract 8 in front of or behind the same. The control unit 12 can also perform other control functions as required, e.g. B. at the same time be designed as an engine control unit for the engine 6 .

Im Betrieb des Systems hält bei einem Kaltstart des Motors 6 die Steuereinheit 12 das Ventil 11 zunächst geschlossen, so daß sich die motornah positionierte DeNOx-Katalysatoreinheit 9 insbeson dere in ihrem Längsmittenbereich rasch aufheizen kann und "an springt". Sobald die Steuereinheit 12 über den Temperatursensor 13 erkennt, daß die Temperatur des Katalysatorkörpers 1 aufgrund der steigenden Abgastemperatur auch in der an den Außenmantel angrenzenden Randzone den oberen Grenzwert für wirksame Stick oxidreduktion erreicht, öffnet sie das Ventil 11 derart, daß die Temperatur des Katalysatorkörpers 1 wenigstens in der äuße ren Randzone unter dem oberen Grenzwert bleibt. Mit anderen Wor ten regelt die Steuereinheit 12 die Temperatur des Katalysator körpers 1 wenigstens in seiner äußeren Randzone auf einen unter dem oberen Grenzwert für wirksame Stickoxidreduktion liegenden Wert mittels entsprechender variabler Steuerung des Kühlwasserflusses durch die Kühlrohrwendel der DeNOx-Katalysatoreinheit 9 hindurch.During operation of the system, when the engine 6 is cold started, the control unit 12 initially keeps the valve 11 closed, so that the DeNOx catalytic converter unit 9 positioned close to the engine can heat up particularly quickly in its longitudinal center region and "jumps". As soon as the control unit 12 detects via the temperature sensor 13 that the temperature of the catalyst body 1 also reaches the upper limit value for effective nitrogen oxide reduction in the edge zone adjacent to the outer jacket due to the increasing exhaust gas temperature, it opens the valve 11 in such a way that the temperature of the catalyst body 1 remains below the upper limit at least in the outer peripheral zone. In other words, the control unit 12 regulates the temperature of the catalyst body 1 at least in its outer edge zone to a value below the upper limit for effective nitrogen oxide reduction by means of corresponding variable control of the cooling water flow through the cooling tube coil of the DeNOx catalyst unit 9 .

Je nach der eingestellten Kühlintensität stellt sich durch die Wirkung der Kühlrohrwendel 4 und durch die konvektive Wärmeab strahlung des nicht wärmeisolierten Außenmantels 3 ein entspre chender Temperaturgradient für die Temperatur im Katalysatorkör per 1 von einem maximalen Wert entlang seiner Längsmittelachse 6 bis auf einen minimalen Wert am Außenmantel 3 ein.Depending on the cooling intensity set, the effect of the cooling tube coil 4 and the convective heat radiation from the non-heat-insulated outer jacket 3 results in a corresponding temperature gradient for the temperature in the catalyst body 1 from a maximum value along its longitudinal central axis 6 to a minimum value on the outer jacket 3 a.

Das im Betrieb der Abgasreinigungsanlage von der DeNOx-Katalysa toreinheit 9 bei Durchströmung der Kühlrohrwendel 4 zusätzlich erwärmte Kühlwasser kann im Fall des Einsatzes in einem Kraft fahrzeug bei Bedarf zur Innenraumbeheizung genutzt werden, so daß eine z. B. bei Verwendung von Dieselmotoren mit Direktein spritzung häufig eingebaute Innenraum-Zusatzheizung entfallen kann.The operation of the exhaust gas purification system from the DeNOx catalyst unit 9 with flow through the cooling tube coil 4 additionally heated cooling water can be used in the case of use in a motor vehicle if necessary for interior heating, so that a z. B. when using diesel engines with direct injection often built-in additional interior heating can be omitted.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, stellt die Erfin dung eine Abgasreinigungsanlage zur Verfügung, die sich insbe sondere für Brennkraftmaschinen mit Magerbetriebkonzept z. B. in Kraftfahrzeugen eignet und bei welcher der verwendete Stickoxid reduktionskatalysator durch motornahe Einbaulage im Kaltstart fall früh "anspringen" kann und durch die Kühlmaßnahme auch im warmgelaufenen Anlagenbetrieb eine gute Stickoxidreduktionsfä higkeit in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine ermög licht. Weitere nachgeschaltete Katalysatoren mit Stickoxidreduk tionsfähigkeit können ebenso entfallen wie eine Wärmeisolation des Katalysatorkörpers.As is clear from the above description, the inventor an exhaust gas cleaning system is available, which is particularly especially for internal combustion engines with a lean operating concept z. B. in Suitable for motor vehicles and in which the nitrogen oxide used reduction catalytic converter due to installation close to the engine in cold start can "start" early and, thanks to the cooling measure, also in the warm plant operation a good nitrogen oxide reduction ability in all operating points of the internal combustion engine light. Further downstream catalysts with nitrogen oxide reduction Ability to function can be eliminated as well as thermal insulation of the catalyst body.

Es versteht sich, daß neben dem beschriebenen Einsatz als Stick oxidreduktionskatalysator die erfindungsgemäße Abgaskatalysator einheit auch für eine andere Abgasreinigungsfunktionalität aus gelegt sein kann oder zusätzliche Abgasreinigungsfunktionalitä ten enthalten kann. Des weiteren versteht sich, daß der Kataly satorkörper je nach Anwendungsfall mit Hilfe der Temperierrohr wendel nicht nur gekühlt, sondern auch beheizt werden kann, indem ein entsprechendes Heizmedium durch die Temperierrohrwendel geleitet wird.It goes without saying that in addition to the use described as a stick oxide reduction catalyst, the exhaust gas catalyst according to the invention unit also for another emission control functionality can be laid or additional emission control functionality may contain. Furthermore, it goes without saying that the Kataly Depending on the application, the body of the saturator is used with the tempering tube spiral can not only be cooled, but also heated by an appropriate heating medium through the tempering tube coil is directed.

Claims

1. Exhaust gas catalytic converter unit with

- A flowable through exhaust gas to be cleaned catalyst body ( 1 ) and
- a tempering tube coil ( 4 ),

characterized in that

- The tempering tube coil ( 4 ) surrounding an outer jacket ( 3 ) of the Kata lysatorkörpers ( 1 ) with heat-conducting contact.

2. Exhaust gas catalytic converter unit according to claim 1, further characterized in that the outer jacket ( 3 ) of the catalyst body ( 1 ) is designed free of thermal insulation.

3. catalytic converter unit according to claim 1 or 2, further characterized in that it is designed as a nitrogen oxide reduction catalyst.

4. Emission control system for a combustion device ( 6 ), which is assigned a cooling fluid circuit ( 10 ), in particular for a lean-operated motor vehicle internal combustion engine, characterized by

- An exhaust gas catalytic converter unit ( 9 ) with the features of one of claims 1 to 3, wherein the tempering tube coil ( 4 ) forms a cooling tube coil and is part of the cooling fluid circuit of the combustion device.

5. Exhaust gas purification system according to claim 4, further characterized by means ( 11 , 12 , 13 ) for regulating the flow of cooling fluid through the cooling tube coil ( 4 ).

6. A method of operating an exhaust gas purification system with the features of claim 5, which has an exhaust gas catalytic converter unit with the features of claim 3, characterized in that the cooling fluid flow through the cooling tube coil is regulated so that the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst body ( 1 ) at least in an edge zone adjacent to the outer jacket ( 3 ) does not exceed the upper limit temperature of a temperature range effective for reducing nitrogen oxide.