DE10036794B4 - Emission control system for a motor vehicle internal combustion engine and method for exhaust gas purification - Google Patents

Emission control system for a motor vehicle internal combustion engine and method for exhaust gas purification Download PDF

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Abstract

Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, umfassend und angeordnet in einem Abgasstrang (2) des Verbrennungsmotors (1), einen NOx-Speicherkatalysator (4a) und einen dem NOx-Speicherkatalysator (4a) zeitlich vorgeschalteten DeNOx-Katalysator (3a), dadurch gekennzeichnet, dass der DeNOx-Katalysator (3a) und der NOx-Speicherkatalysator (4a) auf einem Trägermaterial (6) übereinander geschichtet sind, wobei der DeNOx-Katalysator (3a) die dem Abgasstrom zugewandte obere Schicht und der NOx-Speicherkatalysator (4a) die darunter liegende Schicht bildet.Exhaust gas purification system for a motor vehicle internal combustion engine, comprising and arranged in an exhaust line (2) of the internal combustion engine (1), a NOx storage catalyst (4a) and the NOx storage catalyst (4a) temporally upstream DeNOx catalyst (3a), characterized in that the DeNOx catalyst (3a) and the NOx storage catalyst (4a) are stacked on a support material (6), wherein the DeNOx catalyst (3a) the exhaust gas flow facing upper layer and the NOx storage catalyst (4a) the underlying layer forms.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mit einem in einem Abgasstrang angeordneten NOx-Speicherkatalysator, sowie ein Verfahren zur Abgasreinigung einer Verbrennungsmaschine, bei dem Stickoxide bei magerer Abgaszusammensetzung zwischengespeichert und bei kurzzeitiger fetter Abgaszusammensetzung freigesetzt und an einem Katalysator zu N2 umgesetzt werden.The invention relates to an exhaust gas purification system for a motor vehicle internal combustion engine with an arranged in an exhaust line NOx storage catalyst, and a method for exhaust gas purification of an internal combustion engine, stored in the nitrogen oxides with lean exhaust gas composition and released in short-term rich exhaust gas composition and reacted on a catalyst to N 2 .

Der Einsatz von NOx-Speicherkatalysatoren in Abgasreinigungsanlagen von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren ist allgemein bekannt. Ein solcher NOx-Speicherkatalysator, wie er auch in der EP 0 890 389 A1 beschrieben ist, setzt sich aus zwei Materialkomponenten zusammen, wobei die eine Materialkomponente zur Zwischenspeicherung der Stickoxide im Magerbetrieb des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors dient und die andere Materialkomponente ein katalytisches Material mit Dreiwege-Eigenschaften darstellt, an dem die im kurzzeitigen fetten Abgasbetrieb freigesetzten Stickoxide zu N2 umgesetzt werden. Das erforderliche Verhältnis der Magerbetriebs- zu Fettbetriebsphasen der Verbrennungssteuerung des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors wird durch verschiedene Komponenten wie die NOx-Speicherkapazität des Materials, die anfallende NOx-Menge, die Abgastemperatur und bei schwefelhaltigen Abgasen durch den Schwefelgehalt bestimmt. Um einen niedrigen Kraftstoffverbrauch zu erzielen, werden im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors möglichst lange Magerbetriebsphasen und möglichst kurze Fettbetriebsphasen angestrebt. Der NOx-Speicherkatalysator arbeitet somit diskontinuierlich, da die Verbrennungssteuerung des Abgases alternierend von Mager- auf Fettbetrieb umgestellt werden muss.The use of NOx storage catalysts in exhaust gas purification systems of automotive internal combustion engines is well known. Such a NOx storage catalyst, as he also in the EP 0 890 389 A1 is composed of two material components, one material component for temporary storage of nitrogen oxides in lean operation of the motor vehicle internal combustion engine is used and the other material component is a catalytic material with three-way properties at which the released in the short-term rich exhaust operation nitrogen oxides to N 2 be implemented. The required lean-to-rich phase ratio of the combustion control of the automotive internal combustion engine is determined by various components such as the NOx storage capacity of the material, the amount of NOx produced, the exhaust gas temperature and, for sulfur-containing exhaust gases, the sulfur content. In order to achieve low fuel consumption, as long as possible lean operating phases and shortest possible rich operating phases are sought while driving the motor vehicle internal combustion engine. The NOx storage catalyst thus operates discontinuously, since the combustion control of the exhaust gas must be alternately changed from lean to rich operation.

Zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen ist es aus der DE 196 06 657 C1 auch bekannt, einen sogenannten DeNOx-Katalysator einzusetzen, bei dem die im Abgas auftretenden Stickoxide durch ein Reduktionsmittel zu N2 umgesetzt werden. Als Reduktionsmittel können insbesondere Kohlenwasserstoff oder Ammoniak vorgesehen sein. Hierfür können zum einen im Abgas vorhandene, unverbrannte Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Zum anderen kann das Reduktionsmittel, beispielsweise in Form von Ammoniak, dem Abgas auch durch eine entsprechende Nacheinspritzung zugegeben werden. Die Stickoxidreduktion mittels eines DeNOx-Katalysators kann kontinuierlich betrieben werden.For the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases, it is from the DE 196 06 657 C1 also known to use a so-called DeNOx catalyst, in which the nitrogen oxides occurring in the exhaust gas are converted by a reducing agent to N 2 . Hydrocarbon or ammonia can be provided in particular as a reducing agent. For this purpose, on the one hand present in the exhaust, unburned hydrocarbons can be used. On the other hand, the reducing agent, for example in the form of ammonia, can also be added to the exhaust gas by means of a corresponding post-injection. The nitrogen oxide reduction by means of a DeNOx catalyst can be operated continuously.

Es ist auch bekannt ( EP 0 811 418 A2 ), zur Verbesserung der Funktion eines DeNOx-Katalysators bei einer Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor diesem DeNOx-Katalysator einen Oxidationskatalysator vorzuschalten, durch den der NO2-Anteil in den Stickoxiden vermehrt wird, der an dem nachgeschalteten DeNOx-Katalysator besser umgesetzt werden kann als NO.It is also known ( EP 0 811 418 A2 ), to improve the function of a DeNOx catalyst in an exhaust gas purification system for an automotive internal combustion engine Vornsalten this DeNOx catalyst an oxidation catalyst by the NO 2 content in the nitrogen oxides is increased, which can be better implemented at the downstream DeNOx catalyst as NO.

Aus der DE 197 21 440 A1 sowie aus der JP 11-223 123 A sind Abgasreinigungsanlagen bekannt, welche in serieller Anordnung und beabstandet hintereinander und jeweils auf einem eigenen Träger einen DeNOx- und einen NOx-Speicherkatalysator aufweisen. Das Temperaturfenster der katalytischen Wirksamkeit ist für den dem NOx-Speicherkatalysator zeitlich vorgeschalteten DeNOx-Katalysator der DE 197 21 440 A1 tendenziell höher ausgelegt als das Temperaturfenster des NOx-Speicherkatalysators. Der DeNOx-Katalysator der JP 11-223 123 A ist als Hochtemperaturtyp ausgeführt. Daraus resultiert jeweils ein insgesamt ausgedehntes Temperaturfenster.From the DE 197 21 440 A1 as well as from the JP 11-223 123 A Exhaust gas purification systems are known, which have in a serial arrangement and spaced behind each other and each on its own support a DeNOx and a NOx storage catalyst. The temperature window of the catalytic activity is for the NOx storage catalyst upstream DeNOx catalyst of time DE 197 21 440 A1 tends to be designed to be higher than the temperature window of the NOx storage catalytic converter. The DeNOx catalyst of JP 11-223 123 A is designed as a high-temperature type. This results in an overall extended temperature window.

Die in der WO 98/27 322 A1 offenbarte Abgasreinigungsanlage umfasst einen NOx-Speicherkatalysator, dem mit räumlichem Abstand ein Dreiwege-Katalysator vorgeschaltet ist. Der vorgeschaltete Dreiwege-Katalysator kann Stickoxide in Betriebsphasen aus dem Abgas entfernen, in denen der Verbrennungsmotor fett betrieben wird. Dies erweist sich als Vorteil bei einer mit fettem Motorbetrieb durchgeführten Desulfatisierung, bei welcher zwischen dem Dreiwege-Katalysator und dem NOx-Speicherkatalysator dem Abgas Sekundärluft zugeführt wird und der NOx-Speicherkatalysator keine NOx-Reinigungsfunktion entfalten kann.The in the WO 98/27 322 A1 disclosed exhaust gas purification system comprises a NOx storage catalyst, which is preceded by a three-way catalytic converter with spatial distance. The upstream three-way catalyst can remove nitrogen oxides in operating phases from the exhaust gas, in which the engine is operated fat. This proves to be an advantage in a desulfurization carried out with rich engine operation, in which secondary air is supplied to the exhaust gas between the three-way catalyst and the NOx storage catalytic converter and the NOx storage catalytic converter can not develop an NOx purification function.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsanlage und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch die eine weitere Verbesserung der Reduktion an Stickoxiden im Abgas erzielt wird.task The invention is an exhaust gas purification system and a method of the type mentioned above, by which a further improvement the reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas is achieved.

Diese Aufgabe wird für die Abgasreinigungsanlage dadurch gelöst, dass dem NOx-Speicherkatalysator ein DeNOx-Katalysator zeitlich vorgeschaltet ist, wobei der DeNOx-Katalysator und der NOx-Speicherkatalysator auf einem Trägermaterial übereinander geschichtet sind, wobei der DeNOx-Katalysator die dem Abgasstrom zugewandte obere Schicht und der NOx-Speicherkatalysator die darunterliegende Schicht bildet. Dadurch wird eine äußerst kompakte und wirksame Gestaltung geschaffen.These Task is for the exhaust gas purification system solved by the fact that the NOx storage catalyst a DeNOx catalyst is preceded by time, wherein the DeNOx catalyst and the NOx storage catalyst on a carrier material one above the other layered, wherein the DeNOx catalyst that the exhaust gas stream facing upper layer and the NOx storage catalyst, the underlying layer forms. This will be an extremely compact and effective design created.

Unter NOx-Speicherkatalysator im Sinne der Erfindung wird jede Anordnung verstanden, die zum einen eine Speicherkapazität für NOx aufweist und zum anderen eine katalytische Reduktion der Stickoxide insbesondere zu Stickstoff gewährleistet. Unter einem DeNOx-Katalysator im Sinne der Erfindung wird ein kontinuierlich betreibbarer Katalysator verstanden, bei dem Stickoxide unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels, sei es ein dem Abgas zugegebenes oder ein im Abgas vorhandenes Reduktionsmittel, insbesondere zu Stickstoff (N2) reduziert wird. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann im vorgeschalteten DeNOx-Katalysator bereits ein großer Anteil der im Abgas vorliegenden Stickoxide zu Stickstoff reduziert werden, bevor das Abgas in den NOx-Speicherkatalysator gelangt. Da somit der NOx-Speicherkatalysator mit einer reduzierten Menge von Stickoxiden belastet wird, kann er über einen längeren Zeitraum Stickoxide zwischenspeichern, d. h. adsorbieren, als dies bei bekannten Abgasreinigungsanlagen mit Stickstoffspeicherkatalysatoren ohne vorgeschaltetem DeNOx-Katalysator der Fall ist. Da zudem zumindest der überwiegende Teil der im Abgas vorhandenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe bereits im DeNOx-Katalysator und somit vor dem NOx-Speicherkatalysator als Reduktionsmittel eingesetzt und entsprechend umgesetzt wird, können diese im Abgas vorhandenen Kohlenwasserstoffe das Speicherverhalten des nachfolgenden NOx-Speicherkatalysators nicht mehr beeinträchtigen. Für den Betrieb eines Kraftfahrzeugs, sei es mit einem Benzin- oder einem Dieselmotor, hat dies die Folge, dass der Zeitraum, in dem der Verbrennungsmotor in der Magerbetriebsphase geführt werden kann, erhöht wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch weiter gesenkt wird. Beide Katalysatoren sollten derart aufeinander abgestimmt sein, dass sie in zumindest ähnlichen Temperaturbereichen aktiv sind. Durch die Kombination von DeNOx-Katalysator und NOx-Speicherkatalysator kann zudem der aktive Temperaturbereich des gesamten Abgasreinigungssystems nach oben oder nach unten vergrößert werden, indem die Katalysatoren derart ausgewählt werden, dass sich die Temperaturfenster der einzelnen Komponenten der Katalysatoren in geeigneter Weise ergänzen. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es somit möglich, auch zukünftig geforderte, verschärfte Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren einzuhalten.For the purposes of the invention, NOx storage catalyst is understood to mean any arrangement which on the one hand has a storage capacity for NOx and on the other hand ensures a catalytic reduction of the nitrogen oxides, in particular to nitrogen. In the context of the invention, a DeNOx catalyst is understood as meaning a catalyst which can be operated continuously, in which nitrogen oxides are reduced with the aid of a reducing agent, be it a reductant added to the exhaust gas or a reductant present in the exhaust gas onsmittel, in particular to nitrogen (N 2 ) is reduced. By means of the solution according to the invention, a large proportion of the nitrogen oxides present in the exhaust gas can already be reduced to nitrogen in the upstream DeNOx catalyst before the exhaust gas reaches the NOx storage catalytic converter. Since the NO x storage catalytic converter is thus loaded with a reduced amount of nitrogen oxides, it can temporarily store, ie adsorb, nitrogen oxides over a relatively long period of time, as is the case in known emission control systems with nitrogen storage catalytic converters without an upstream DeNOx catalyst. Moreover, since at least the majority of the unburned hydrocarbons present in the exhaust gas is already used as reducing agent in the DeNOx catalyst and thus upstream of the NOx storage catalyst, these hydrocarbons present in the exhaust gas can no longer impair the storage behavior of the downstream NOx storage catalyst. For the operation of a motor vehicle, whether with a gasoline or a diesel engine, this has the consequence that the period in which the internal combustion engine can be performed in the lean-burn phase, is increased, whereby the fuel consumption is further reduced. Both catalysts should be coordinated so that they are active in at least similar temperature ranges. By combining DeNOx catalyst and NOx storage catalyst, the active temperature range of the entire exhaust gas purification system can be increased upwards or downwards by selecting the catalysts such that the temperature windows of the individual components of the catalysts complement each other in a suitable manner. The solution according to the invention thus makes it possible to comply with even more stringent exhaust emission limits for motor vehicle internal combustion engines that are required in the future.

In erfindungsgemäß bevorzugter Weise weist der DeNOx-Katalysator einen mikroporösen Träger auf, der mit einer silberhaltigen Verbindung imprägniert ist. Als Träger sind insbesondere Al2O3, ZrO2, SiO2 vorgesehen. Vorteilhaft kann der DeNOx-Katalysator auch aus einem Zeolithen, z. B. Mordenit, MFl oder Y-Zeolith, in den Eisen als Kation eingetauscht ist, bestehen. Schließlich kann der DeNOx-Katalysator auch aus ZnAl2O4, CuAl2O3 oder CuxZn1-xAl2O3 bestehen. Erfindungsgemäß bevorzugte NOx-Speicherkatalysatoren weisen eine Alkali-, Erdalkalimetallverbindung oder seltene Erden oder ein Gemisch der genannten Verbindungen als NOx-speicherndes Material und eine oder mehrere Edelmetallverbindungen als katalytisch aktives Material auf.In a preferred manner according to the invention, the DeNOx catalyst has a microporous carrier which is impregnated with a silver-containing compound. In particular Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 are provided as carriers. Advantageously, the DeNOx catalyst can also be prepared from a zeolite, for. As mordenite, MFl or Y zeolite, is exchanged into the iron as a cation exist. Finally, the DeNOx catalyst may also consist of ZnAl 2 O 4 , CuAl 2 O 3 or Cu x Zn 1-x Al 2 O 3 . According to the invention preferred NOx storage catalysts have an alkali, alkaline earth metal compound or rare earths or a mixture of said compounds as a NOx-storing material and one or more noble metal compounds as a catalytically active material.

Ein entsprechender NOx-Speicherkatalysator kann auch eine oder mehrere silberhaltige Verbindungen, die auf Al2O3 imprägniert sind, als NOx-speicherndes Material und eine oder mehrere Edelmetallverbindungen als katalytisch aktives Material aufweisen.A corresponding NO x storage catalyst may also comprise one or more silver-containing compounds impregnated on Al 2 O 3 as NOx-storing material and one or more noble metal compounds as catalytically active material.

Für das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass in einer über der NOx-Speicherkatalysatorschicht angeordneten und dem Abgasstrom zugewandten DeNOx-Katalysatorschicht zeitlich vor der Zwischenspeicherung der Stickoxide eine zumindest teilweise Reduktion von Stickoxiden zu N2 vorgenommen wird. Dadurch werden die Vorteile erzielt, die den Vorteilen der oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage entsprechen.For the method, the object is achieved in that in an arranged above the NOx storage catalyst layer and the exhaust gas flow facing DeNOx catalyst layer is made temporally before the intermediate storage of nitrogen oxides, an at least partial reduction of nitrogen oxides to N 2 . As a result, the advantages are achieved, which correspond to the advantages of the abovementioned emission control system according to the invention described above.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.Further Advantages and features of the invention will become apparent from the claims and from the following description of preferred embodiments of the invention, which are illustrated by the drawings.

1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mit einer seriellen Anordnung eines DeNOx-Katalysators und eines NOx-Speicherkatalysators, und 1 shows schematically an embodiment of an emission control system according to the invention for an automotive internal combustion engine with a serial arrangement of a DeNOx catalyst and a NOx storage catalyst, and

2 in einem vergrößerten, schematischen Ausschnitt einen Teil einer Katalysatoranordnung, bei dem eine DeNOx-Katalysatorschicht mit einer NOx-Speicherkatalysatorschicht kombiniert ist. 2 in an enlarged, schematic section of a portion of a catalyst arrangement in which a DeNOx catalyst layer is combined with a NOx storage catalyst layer.

Ein Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor 1 ist mit einer nachfolgend näher beschriebenen Abgasreinigungsanlage versehen, wobei in einen Abgasstrang 2 ein DeNOx-Katalysator 3 und – zeitlich nachgeschaltet sowie in Abgasströmung hinter dem DeNOx-Katalysator 3 – ein NOx-Speicherkatalysator 4 eingebunden sind. Die Darstellung des Abgasstrahles 2 in 1 ist äußerst schematisch vorgenommen und soll lediglich die grundsätzliche Funktion darstellen. Strömungsabwärts des NOx-Speicherkatalysators 4 ist im Abgasstrang 2 eine grundsätzlich bekannte Sauerstoffsonde in Form einer Lambda-Sonde 5 vorgesehen, die an eine elektronische Verbrennungssteuereinheit S angeschlossen ist, die wiederum in grundsätzlich bekannter Weise Mager- und Fettbetriebsphasen des Verbrennungsmotors 1 steuert. Vor dem DeNOx-Katalysator 3 kann auch eine nicht näher dargestellte Zuführeinrichtung für ein geeignetes Reduktionsmittel wie Kohlenwasserstoff oder Ammoniak in den Abgasstrang 2 münden, falls im Abgas befindliche unverbrannte Kohlenwasserstoffe nicht ausreichen, um die geforderte Menge von Stickoxid im Abgas auf N2 zu reduzieren. Alternativ ist es auch möglich, eine Nacheinspritzung in den Brennraum des Verbrennungsmotors vor zunehmen, um den benötigten Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen zu erzielen.A motor vehicle internal combustion engine 1 is provided with an exhaust gas purification system described in more detail below, wherein in an exhaust line 2 a DeNOx catalyst 3 and - downstream in time and in exhaust gas flow behind the DeNOx catalyst 3 - A NOx storage catalyst 4 are involved. The representation of the exhaust jet 2 in 1 is extremely schematic and should only represent the basic function. Downstream of the NOx storage catalyst 4 is in the exhaust system 2 a basically known oxygen probe in the form of a lambda probe 5 provided, which is connected to an electronic combustion control unit S, in turn, in a basically known manner lean and rich operating phases of the internal combustion engine 1 controls. Before the DeNOx catalyst 3 may also be a feed device not shown for a suitable reducing agent such as hydrocarbon or ammonia in the exhaust system 2 open, if in the exhaust gas located unburned hydrocarbons are not sufficient to reduce the required amount of nitrogen oxide in the exhaust gas to N 2 . Alternatively, it is also possible to increase a post-injection into the combustion chamber of the internal combustion engine in order to achieve the required proportion of unburned hydrocarbons.

Ein DeNOx-Katalysator 3, wie er bei der Abgasreinigungsanlage nach 1 eingesetzt wird, ist grundsätzlich bereits bekannt. Der DeNOx-Katalysator 3 soll beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch Platin als aktives Metall, das auf einen mikroporösen Träger, insbesondere Aluminiumoxid, aufgebracht ist, gebildet sein. Ein derartiger Katalysator ist im Temperaturbereich zwischen ca. 150°C bis 250°C aktiv. Der NOx-Speicherkatalysator 4 ist durch ein NOx-Speichermaterial einerseits und ein aktives Material mit Dreiwege-Eigenschaften andererseits gebildet. Die beiden Materialkomponenten des NOx-Speicherkatalysators 4 sind derart gewählt, dass der NOx-Speicherkatalysator 4 in einem Temperaturfenster zwischen 250°C und 400°C aktiv ist. Hierdurch werden die Temperaturfenster der beiden Katalysatoren 3, 4 in geeigneter Weise ergänzt, so dass der aktive Temperaturbereich der gesamten Abgasreinigungsanlage vergrößert ist.A DeNOx catalyst 3 as he at the Ab gas cleaning system after 1 is used, is already known in principle. The DeNOx catalyst 3 should be formed in the illustrated embodiment by platinum as an active metal, which is applied to a microporous support, in particular alumina. Such a catalyst is active in the temperature range between about 150 ° C to 250 ° C. The NOx storage catalyst 4 is formed by a NOx storage material on the one hand and an active material with three-way properties on the other hand. The two material components of the NOx storage catalyst 4 are selected such that the NOx storage catalyst 4 in a temperature window between 250 ° C and 400 ° C is active. As a result, the temperature window of the two catalysts 3 . 4 suitably supplemented, so that the active temperature range of the entire emission control system is increased.

In 2 ist eine Katalysatoranordnung für eine Abgasreinigungsanlage ähnlich 1 vorgesehen, wobei der DeNOx-Katalysator 3a und der NOx-Speicherkatalysator 4a direkt miteinander in Verbindung stehen und somit an einem einzelnen, gemeinsamen Bauteil positioniert sind. Der DeNOx-Katalysator 3a und der NOx-Speicherkatalysator 4 werden durch jeweils eine Schicht gebildet, die auf einem gemeinsamen Träger 6, insbesondere einem Keramikträger, gehalten sind. Dabei bildet die DeNOx-Katalysatorschicht 3a die obere, dem Abgasstrom zugewandte Schicht und die NOx-Speicherkatalysatorschicht 4a die Barunterliegende, zwischen der DeNOx-Katalysatorschicht 3a und dem Trägermaterial 6 angeordnete Schichtanordnung.In 2 is similar to a catalyst arrangement for an exhaust gas purification system 1 provided, wherein the DeNOx catalyst 3a and the NOx storage catalyst 4a are directly related to each other and thus positioned on a single, common component. The DeNOx catalyst 3a and the NOx storage catalyst 4 are each formed by a layer on a common carrier 6 , in particular a ceramic carrier, are held. This forms the DeNOx catalyst layer 3a the upper, the exhaust gas stream facing layer and the NOx storage catalyst layer 4a the Barunterunter, between the DeNOx catalyst layer 3a and the carrier material 6 arranged layer arrangement.

Bei durchgeführten Versuchen hat sich herausgestellt, dass die Kombination eines NOx-Speicherkatalysators 4, 4a mit einem zeitlich vorgeschalteten DeNOx-Katalysator 3, 3a gegenüber einem einzelnen NOx-Speicherkatalysator in einer Abgasreinigungs anlage für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor erhebliche Vorteile aufweist. Sowohl der NOx-Speicherkatalysator 4, 4a als der DeNOx-Katalysator 3, 3a besaßen bei diesen Versuchen silberhaltige aktive Materialien, die auf Aluminiumoxid als Träger aufgebracht waren. Diese Materialkomponente dient beim NOx-Speicherkatalysator als NOx-speicherndes Material. Als katalytisch aktives Material des NOx-Speicherkatalysators 4, 4a ist eine Edelmetallverbindung Pt/Rh/Al2O3 vorgesehen.In experiments carried out it has been found that the combination of a NOx storage catalyst 4 . 4a with an upstream DeNOx catalyst 3 . 3a has significant advantages over a single NOx storage catalyst in an exhaust purification system for a motor vehicle internal combustion engine. Both the NOx storage catalyst 4 . 4a as the DeNOx catalyst 3 . 3a in these experiments had silver-containing active materials supported on alumina. This material component is used in the NOx storage catalyst as a NOx-storing material. As catalytically active material of the NOx storage catalyst 4 . 4a For example, a noble metal compound Pt / Rh / Al 2 O 3 is provided.

Bei den durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass mit der kombinierten Katalysatoranordnung aus DeNOx-Katalysator und NOx-Speicherkatalysator ein erweitertes aktives Temperaturfenster um ca. 70°C zu höheren Temperaturen hin erzielt werden kann. Außerdem hat sich gezeigt, dass der NOx-Speicherkatalysator über eine längere Zeitdauer im Magerbetrieb gefahren und mit Stickoxiden beaufschlagt werden kann, bis die Beladungskapazität erschöpft ist, bevor ein Wechsel zum Fettbetrieb notwendig ist.at the carried out Experiments have shown that with the combined catalyst arrangement from DeNOx catalyst and NOx storage catalyst an expanded active temperature window can be achieved by approx. 70 ° C towards higher temperatures can. Furthermore has shown that the NOx storage catalyst via a longer Time spent in lean operation and charged with nitrogen oxides until the loading capacity is exhausted before a change necessary for rich operation.

Praktische Ausführungsformen der Erfindung werden bevorzugt in Kraftfahrzeugmotoren, nämlich Dieselmotoren, stöchiometrisch und mager betriebenen Ottomotoren sowie Gasmotoren eingesetzt.practical embodiments of the invention are preferred in motor vehicle engines, namely diesel engines, stoichiometric and lean-burn gasoline engines and gas engines used.

Claims (14)

Abgasreinigungsanlage für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, umfassend und angeordnet in einem Abgasstrang (2) des Verbrennungsmotors (1), einen NOx-Speicherkatalysator (4a) und einen dem NOx-Speicherkatalysator (4a) zeitlich vorgeschalteten DeNOx-Katalysator (3a), dadurch gekennzeichnet, dass der DeNOx-Katalysator (3a) und der NOx-Speicherkatalysator (4a) auf einem Trägermaterial (6) übereinander geschichtet sind, wobei der DeNOx-Katalysator (3a) die dem Abgasstrom zugewandte obere Schicht und der NOx-Speicherkatalysator (4a) die darunter liegende Schicht bildet.Emission control system for a motor vehicle internal combustion engine, comprising and arranged in an exhaust gas system (US Pat. 2 ) of the internal combustion engine ( 1 ), a NOx storage catalyst ( 4a ) and a NOx storage catalyst ( 4a ) upstream DeNOx catalyst ( 3a ), characterized in that the DeNOx catalyst ( 3a ) and the NOx storage catalyst ( 4a ) on a carrier material ( 6 ) are stacked on top of each other, the DeNOx catalyst ( 3a ) the exhaust gas flow facing upper layer and the NOx storage catalyst ( 4a ) forms the underlying layer. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DeNOx-Katalysator (3a) durch einen mikroporösen Träger, insbesondere Al2O3, ZrO2, SiO2, der mit einer Ag-haltigen Verbindung imprägniert ist, gebildet ist.Emission control system according to claim 1, characterized in that the DeNOx catalyst ( 3a ) is formed by a microporous support, in particular Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , which is impregnated with an Ag-containing compound. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DeNOx-Katalysator (3a) aus einem Zeolithen, insbesondere Mordenit, MFl oder Y-Zeolith, in den Fe als Kation eingetauscht ist, besteht.Emission control system according to claim 1, characterized in that the DeNOx catalyst ( 3a ) consists of a zeolite, in particular mordenite, MFl or Y zeolite in which Fe is exchanged as a cation. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DeNOx-Katalysator (3a) aus ZnAl2O4, CuAl2O3 oder CuxZn1-xAl2O3 besteht.Emission control system according to claim 1, characterized in that the DeNOx catalyst ( 3a ) consists of ZnAl 2 O 4 , CuAl 2 O 3 or Cu x Zn 1-x Al 2 O 3 . Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der DeNOx-Katalysator (3a) durch einen mikroporösen Träger, insbesondere Al2O3, auf den Platin aufgebracht ist, gebildet ist.Emission control system according to claim 1, characterized in that the DeNOx catalyst ( 3a ) is formed by a microporous carrier, in particular Al 2 O 3 , is applied to the platinum. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als NOx-Speicherkatalysator (4a) eine Alkali-, Erdalkalimetallverbindung oder seltene Erden oder ein Gemisch der genannten Verbindungen als NOx-speicherndes Material und eine oder mehrere Edelmetallverbindungen als katalytisch aktives Material eingesetzt sind.Emission control system according to one of claims 1 to 5, characterized in that as NOx storage catalyst ( 4a ) an alkali, alkaline earth metal compound or rare earths or a mixture of said compounds are used as NOx-storing material and one or more noble metal compounds as catalytically active material. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als NOx-Speicherkatalysator (4a) eine oder mehrere Ag-haltige Verbindungen, die auf Al2O3 imprägniert sind, als NOx-speicherndes Material und eine oder mehrere Edelmetallverbindungen als katalytisch aktives Material eingesetzt sind.Emission control system according to one of claims 1 to 5, characterized in that as NOx storage catalyst ( 4a ) One or more Ag-containing compounds impregnated on Al 2 O 3 as NOx-storing material and one or more several noble metal compounds are used as the catalytically active material. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Edelmetallverbindungen Platin und Rhodium vorgesehen sind.Emission control system according to claim 6 or 7, characterized characterized in that as precious metal compounds platinum and rhodium are provided. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem DeNOx-Katalysator (3a) eine Zuführeinrichtung für Kohlenwasserstoff oder Ammoniak in den Abgasstrang (2) mündet.Emission control system according to one of claims 1 to 8, characterized in that before the DeNOx catalyst ( 3a ) a feed device for hydrocarbon or ammonia in the exhaust line ( 2 ) opens. Verfahren zur Abgasreinigung einer Verbrennungsmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors, bei dem in einer NOx-Speicherkatalysatorschicht (4a) Stickoxide bei magerer Abgaszusammensetzung zwischengespeichert und bei kurzzeitiger fetter Abgaszusammensetzung freigesetzt und an einem Katalysator zu N2 umgesetzt werden, wobei zeitlich vor der Zwischenspeicherung der Stickoxide eine zumindest teilweise Reduktion von Stickoxiden zu N2 vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer über der NOx-Speicherkatalysatorschicht (4a) angeordneten und dem Abgasstrom zugewandten oberen DeNOx-Katalysatorschicht (3a) zeitlich vor der Zwischenspeicherung der Stickoxide eine zumindest teilweise Reduktion von Stickoxiden zu N2 vorgenommen wird.Method for exhaust gas purification of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle internal combustion engine, in which in a NOx storage catalytic converter layer ( 4a ) Nitrogen oxides stored in lean exhaust gas composition and released in short-term rich exhaust gas composition and converted to a catalyst to N 2 , wherein temporally before the intermediate storage of nitrogen oxides at least partially reduction of nitrogen oxides to N 2 is made, characterized in that in one of the NOx Storage catalyst layer ( 4a ) and facing the exhaust stream upper DeNOx catalyst layer ( 3a ) at least before the intermediate storage of nitrogen oxides, an at least partial reduction of nitrogen oxides to N 2 is made. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickoxide in der DeNOx-Katalysatorschicht (3a) mit Kohlenwasserstoff oder Ammoniak als Reduktionsmittel zu N2 reduziert werden.A method according to claim 10, characterized in that the nitrogen oxides in the DeNOx catalyst layer ( 3a ) are reduced to N 2 with hydrocarbon or ammonia as a reducing agent. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit mageren und mit fetten Betriebsphasen betrieben wird.Method according to claim 10 or 11, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) is operated with lean and with rich operating phases. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mageren und fetten Betriebsphasen mittels einer stromabwärts der NOx-Speicherkatalysatorschicht (4a) angeordneten Lambdasonde (5) gesteuert werden.A method according to claim 11, characterized in that the lean and rich operating phases by means of a downstream of the NOx storage catalyst layer ( 4a ) arranged lambda probe ( 5 ) to be controlled. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Abgasreinigung bei einem Dieselmotor eingesetzt wird.A method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that it is for exhaust gas purification at a Diesel engine is used.
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