DE102014221322A1 - Exhaust treatment device for an exhaust system of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage (16) einer Brennkraftmaschine (12) beschrieben, welche in Kraftfahrzeugen (10) zu Einsatz gelangen kann. Die Abgasbehandlungseinrichtung umfasst ein Dosierelement (20) zum Einbringen eines Reduktionsmittels für Stickoxide in die Abgasanlage (16), einen stromab des Dosierelements (20) in der Abgasanlage (16) angeordneten SCR-Katalysator (24) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxide, ein passives Mischelement (22), welches in direkter fluidischer Verbindung stromauf des SCR-Katalysators (24) angeordnet ist, und einen in direkter fluidischer Verbindung stromab des SCR-Katalysators (24) in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter (26) mit oxidationskatalytisch aktiver Beschichtung.An exhaust gas treatment device for an exhaust system (16) of an internal combustion engine (12) is described which can be used in motor vehicles (10). The exhaust gas treatment device comprises a metering element (20) for introducing a reducing agent for nitrogen oxides into the exhaust system (16), an SCR catalyst (24) arranged downstream of the metering element (20) in the exhaust system (16) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, a passive one Mixing element (22), which is arranged in direct fluid communication upstream of the SCR catalyst (24), and arranged in direct fluidic connection downstream of the SCR catalyst (24) in the exhaust system particulate filter (26) with oxidation-catalytically active coating.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abgasbehandlungseinrichtung. The invention relates to an exhaust gas treatment device for an exhaust system of an internal combustion engine having the features according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to an internal combustion engine and a motor vehicle with such an exhaust gas treatment device.

Bei der chemischen Umsetzung von Kohlenwasserstoffen in einer Brennkraftmaschine können unerwünschte Verbrennungsprodukte entstehen. Damit diese nicht vollständig in die Umwelt gelangen, wird das Abgas der Brennkraftmaschine durch eine Abgasbehandlungseinrichtung geleitet, in welcher unerwünschte Verbrennungsprodukte wenigstens teilweise mit Hilfe von katalytisch wirkenden Substanzen zu anderen chemischen Produkten reagieren. Beispielsweise kann das stickoxid- und rußhaltige Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, mit beigefügtem Reduktionsmittel und einem Stickoxidreduktionskatalysator nebst einem Partikelfilter derart gereinigt werden, dass gesetzliche Abgasnormen, welche eine Höchstkonzentration von unerwünschten Verbrennungsprodukten definieren, eingehalten werden. Für die Zukunft ist zu erwarten, dass die gesetzlich normierten Höchstkonzentrationen weiter abgesenkt werden, wobei gleichzeitig der durch den Komponenten der Abgasbehandlungseinrichtung bewirkte Abgasgegendruck möglichst gering ausfallen soll, um auch den Verbrauch zu minimieren. Daher besteht fortlaufend Handlungsbedarf für technische Verbesserungen. The chemical conversion of hydrocarbons in an internal combustion engine may produce undesirable combustion products. So that they do not completely enter the environment, the exhaust gas of the internal combustion engine is passed through an exhaust gas treatment device, in which undesirable combustion products react at least partially with the aid of catalytically active substances to other chemical products. For example, the nitrogen oxide and soot-containing exhaust gas of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, with added reducing agent and a nitrogen oxide reduction catalyst together with a particulate filter can be cleaned so that legal emission standards, which define a maximum concentration of undesirable combustion products, are met. For the future, it is to be expected that the legally standardized maximum concentrations will be further reduced, while at the same time the exhaust gas back pressure caused by the components of the exhaust gas treatment device should be as low as possible in order to minimize consumption as well. Therefore, there is a continuing need for technical improvements.

Aus dem Dokument EP 2 138 681 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Dieselabgasen eines Motors mit Turbolader bekannt. Die Vorrichtung enthält in Strömungsrichtung des Abgases eine Dosiereinrichtung für ein Reduktionsmittel (Ammoniak oder eine Ammoniak freisetzende Verbindung), einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator), einen Oxidationskatalysator und einen Dieselpartikelfilter. In einer Ausführungsform weist der Dieselpartikelfilter eine oxidationskatalytisch aktive Beschichtung auf. Das Reduktionsmittel passiert die Turbine des Turboladers, so dass zum einen eine Hydrolyse des Reduktionsmittels und zum anderen eine nahezu vollständige Homogenisierung von Reduktionsmittel und Abgas erfolgt. From the document EP 2 138 681 A1 For example, a method and apparatus for purifying diesel exhaust from a turbocharged engine is known. The device includes in the flow direction of the exhaust gas, a metering device for a reducing agent (ammonia or an ammonia-releasing compound), a catalyst for selective catalytic reduction (SCR catalyst), an oxidation catalyst and a diesel particulate filter. In one embodiment, the diesel particulate filter has an oxidation-catalytically active coating. The reducing agent passes through the turbine of the turbocharger, so that, on the one hand, a hydrolysis of the reducing agent and, on the other hand, an almost complete homogenization of the reducing agent and the exhaust gas takes place.

Das Dokument DE 10 2009 014 361 A1 betrifft eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasbehandlungseinrichtung einen SCR-Katalysator zum Reduzieren von Stickoxiden im Abgas umfasst. Mittels einer Dosiereinrichtung wird ein Reduktionsmittel stromaufwärts einer Turbine in das Abgas eingebracht, so dass die Turbine für ein effizientes Vermischen des Reduktionsmittels mit Abgas sorgt. Stromaufwärts der Einleitstelle ist ein Oxidationskatalysator angeordnet. Vor der Turbine kann zusätzlich ein Mischelement angeordnet sein. The document DE 10 2009 014 361 A1 concerns an exhaust gas treatment device for an internal combustion engine in a vehicle and a method for operating an exhaust gas treatment device, wherein the exhaust gas treatment device comprises an SCR catalytic converter for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas. By means of a metering device, a reducing agent upstream of a turbine is introduced into the exhaust gas, so that the turbine provides for an efficient mixing of the reducing agent with exhaust gas. Upstream of the point of introduction, an oxidation catalyst is arranged. In front of the turbine, a mixing element may additionally be arranged.

Im Dokument US 2011/0020201 A1 wird eine Mehrzahl von Anordnungen von Abgasbehandlungseinrichtungen mit einem durch ein Übergangsmetall stabilisierten Sauerstoffspeicherkatalysator beschreiben. Unter anderem wird eine Klasse von Anordnungen für einen Dieselmotor mit einem Oxidationskatalysator dargestellt, dem stromauf vorgeordnet und stromab nachgeordnet mehrere zusätzliche Komponenten vor- beziehungsweise nachgeordnet sind. Die Komponenten sind insbesondere ein Dieselpartikelfilter, eine Dosiereinrichtung für ein Reduktionsmittel und ein selektiv katalytisch wirkender Reduktionskatalysator. In the document US 2011/0020201 A1 For example, a plurality of arrangements of exhaust treatment devices having a transition metal-stabilized oxygen storage catalyst will be described. Among other things, a class of arrangements for a diesel engine with an oxidation catalyst is shown upstream of upstream and upstream downstream of several additional components upstream or downstream. The components are in particular a diesel particle filter, a metering device for a reducing agent and a selective catalytic reduction catalyst.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasbehandlungseinrichtung mit einer selektiv katalytischer Reduktion stromaufwärts einer Oxidation von unerwünschten Verbrennungsprodukten in einem einfachen Aufbau zu schaffen. Against this background, it is an object of the present invention to provide an exhaust gas treatment device with a selective catalytic reduction upstream of an oxidation of undesirable combustion products in a simple structure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert. This object is achieved by an exhaust gas treatment device for an exhaust system of an internal combustion engine with the features of claim 1. Advantageous developments of the invention are characterized in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine umfasst ein Dosierelement zum Einbringen eines Reduktionsmittels für Stickoxide in die Abgasanlage, einen stromab des Dosierelements in der Abgasanlage angeordneten SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und einen in direkter fluidischer Verbindung stromab des SCR-Katalysators in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter mit oxidationskatalytisch aktiver Beschichtung. In direkter fluidischer Verbindung stromauf des SCR-Katalysators ist ein passives Mischelement angeordnet. An exhaust gas treatment device according to the invention for an exhaust system of an internal combustion engine comprises a metering element for introducing a reducing agent for nitrogen oxides in the exhaust system, a downstream of the metering in the exhaust system arranged SCR catalyst for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and in direct fluidic connection downstream of the SCR catalyst in the exhaust system arranged particulate filter with oxidation-catalytically active coating. In direct fluidic connection upstream of the SCR catalyst, a passive mixing element is arranged.

Auf die erfindungsgemäße Weise, ein passives Mischelement einzusetzen, wird vorteilhaft erreicht, dass der Abgasgegendruck nur tolerierbar geringfügig, bevorzugt nicht erhöht wird. In the manner according to the invention, to use a passive mixing element, it is advantageously achieved that the exhaust backpressure is tolerable only slightly, preferably not increased.

Die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden kann mittels einer katalytisch aktive Oberfläche zur Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) im Gasstrom zu Stickstoff (N2) des SCR-Katalysators erfolgen. Das Reduktionsmittel kann beispielweise Ammoniak (NH3), Harnstoff oder ein Ammoniakvorläufer sein. Das Reduktionsmittel kann in einer wässrigen Lösung vorliegen. The selective catalytic reduction of nitrogen oxides can take place by means of a catalytically active surface for the reduction of nitrogen oxides (NO x ) in the gas stream to nitrogen (N 2 ) of the SCR catalyst. The reducing agent can For example, be ammonia (NH 3 ), urea or an ammonia precursor. The reducing agent may be in an aqueous solution.

Unter dem Begriff „in direkter fluidischer Verbindung“ wird verstanden, dass zwischen den zwei in fluidscher Verbindung stehenden Abgasbehandlungskomponenten keine weiteren Abgasbehandlungskomponenten, insbesondere katalytisch aktiven Abgasbehandlungskomponenten, in der fluidischen Verbindung in der Abgasanlage angeordnet sind. Eine direkte fluidische Verbindung kann auch als eine unmittelbare fluidische Verbindung bezeichnet werden. Kurz wird auch von direkt stromab/stromabwärts und von direkt stromauf/stromaufwärts gesprochen. The term "in direct fluidic connection" is understood to mean that no further exhaust-gas treatment components, in particular catalytically active exhaust-gas treatment components, are arranged in the fluidic connection in the exhaust system between the two exhaust-gas treatment components in fluid communication. A direct fluidic connection may also be referred to as an immediate fluidic connection. Short is also spoken of directly downstream / downstream and from directly upstream / upstream.

Der SCR-Katalysator kann in Weiterentwicklungen der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung eine oder mehrere unbeschichtete Gaslaufstrecken aufweisen. Insbesondere in seinem Eingangsbereich für das Abgas kann der SCR-Katalysator eine zur katalytischen Hydrolyse des Reduktionsmittels aktive Beschichtung aufweisen. Es kann wenigstens teilweise im SCR-Katalysator auch unbeschichtete oder nicht katalytisch aktiv beschichtete Bereiche geben. In further developments of the exhaust gas treatment device according to the invention, the SCR catalytic converter may have one or more uncoated gas flow paths. In particular in its input region for the exhaust gas, the SCR catalyst may have a coating active for the catalytic hydrolysis of the reducing agent. It may also be at least partially in the SCR catalyst also uncoated or not catalytically active coated areas.

In bevorzugter Ausführungsform ist das passive Mischelement der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung in direkter fluidischer Verbindung stromab des Dosierelements angeordnet. Diese Maßnahme trägt zu einer kompakten Bauweise der Abgasbehandlungseinrichtung bei. In a preferred embodiment, the passive mixing element of the exhaust gas treatment device according to the invention is arranged in direct fluidic connection downstream of the metering element. This measure contributes to a compact construction of the exhaust gas treatment device.

In einer Gruppe von Ausführungsformen gelangt die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine zum Einsatz, welche wenigstens eine Turbine, insbesondere genau eine Turbine, in der Abgasanlage aufweist. In diesen Ausführungsformen ist das Dosierelement stromab der genau einen Turbine oder aller Turbinen in der Abgasanlage angeordnet. Insbesondere kann bevorzugt das Dosierelement in direkter fluidischer Verbindung stromab der genau einen Turbine oder aller Turbinen in der Abgasanlage angeordnet sein. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung ist in einem Abschnitt der Abgasanlage angeordnet, in welcher ein niedrigerer Druck als der Druck des in dem unmittelbar stromab der Brennkammern liegenden Abschnitts herrscht. Damit wird ein Abgasgegendruck hervorrufender Einfluss im Abschnitt mit hohem Druck vermieden. In one group of embodiments, the exhaust gas treatment device according to the invention is used in an exhaust system of an internal combustion engine which has at least one turbine, in particular exactly one turbine, in the exhaust system. In these embodiments, the metering element is located downstream of exactly one turbine or all turbines in the exhaust system. In particular, the metering element may preferably be arranged in direct fluidic connection downstream of exactly one turbine or all turbines in the exhaust system. In other words, the exhaust gas treatment device according to the invention is arranged in a section of the exhaust system in which there is a lower pressure than the pressure of the section located immediately downstream of the combustion chamber. Thus, an exhaust backpressure inducing influence in the high pressure section is avoided.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung besteht darin, dass der Partikelfilter mit oxidationskatalytisch aktiver Beschichtung zusätzlich eine weitere katalytisch aktive Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist. Dadurch weist der Partikelfilter zusätzlich eine Sperrfunktion zur Verhinderung des Austritts von Reduktionsmittel aus der Abgasanlage auf. A particularly advantageous development of the exhaust gas treatment device according to the invention is that the particle filter with oxidation-catalytically active coating additionally has a further catalytically active coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. As a result, the particulate filter additionally has a blocking function for preventing the exit of reducing agent from the exhaust system.

In besonders bevorzugter Ausführungsform ist die Abgasbehandlungseinrichtung motornah angeordnet. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit dem Begriff „motornah/brennkraftmaschinennah“ ein Abstand zwischen Zylinderauslass des Verbrennungsmotors und Stirnfläche der Abgasbehandlungsanlage von höchstens 120 cm, insbesondere höchstens 100 cm, vorzugsweise höchstens 80 cm verstanden. In einer konkreten Ausführung beträgt der Abstand etwa 75 cm. Eine motornahe Anordnung bedeutet insbesondere, dass die Abgasanlage im Motorraum und/oder aufgenommen an der Brennkraftmaschine („closed-coupled“) angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Abwärme der Brennkraftmaschine genutzt werden, um die Arbeitstemperaturen der Katalysatoren in der Abgasbehandlungsanlage zu erreichen. In a particularly preferred embodiment, the exhaust gas treatment device is arranged close to the engine. In the context of the present invention, the term "close to the engine / internal combustion engine" is understood to mean a distance between the cylinder outlet of the internal combustion engine and the end face of the exhaust gas treatment system of at most 120 cm, in particular at most 100 cm, preferably at most 80 cm. In a concrete embodiment, the distance is about 75 cm. A close-coupled arrangement means, in particular, that the exhaust system is arranged in the engine compartment and / or accommodated on the internal combustion engine ("closed-coupled"). In this way, the waste heat of the internal combustion engine can be used to achieve the operating temperatures of the catalysts in the exhaust gas treatment plant.

Des Weiteren oder alternativ zu den vorhergehend beschriebenen Merkmalen können in der Abgasbehandlungseinrichtung Strömungsrichtungen mit voneinander verschiedenen Orientierungen vorhanden sein: In der Abgasbehandlungseinrichtung können eine erste Strömungsrichtung durch den SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und eine zweite Strömungsrichtung durch den in direkter fluidischer Verbindung stromab des SCR-Katalysators angeordneten Partikelfilter voneinander verschiedene Orientierungen aufweisen. Insbesondere können die Orientierungen im Wesentlichen antiparallel oder entgegengesetzt zueinander sein. Diese Maßnahme stellt einen weiteren Beitrag zu einer kompakten Bauweise der Abgasbehandlungseinrichtung dar. In addition, or alternatively to the features described above, flow directions with mutually different orientations may be present in the exhaust gas treatment device. In the exhaust gas treatment device, a first flow direction through the SCR catalytic converter for selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a second flow direction through downstream in direct fluid communication of the SCR catalyst arranged particulate filter have different orientations from each other. In particular, the orientations may be substantially antiparallel or opposite to each other. This measure represents a further contribution to a compact construction of the exhaust gas treatment device.

Darüber hinaus können in Weiterentwicklungen der Abgasbehandlungseinrichtung stromab des Partikelfilters eine oder mehrere weitere Abgasbehandlungskomponenten angeordnet sein. Konkret können die eine oder mehreren weiteren Abgasbehandlungskomponenten ein oder mehrere Elemente aus der nachfolgenden Gruppe sein: SCR-Katalysator (SCR), Dosierelement, Oxidationskatalysator (OC), Partikelfilter (PF), Teiloxidationskatalysator (CPO), Ammoniak-Oxidationskatalysator (AMOX). Diese zusätzlichen Komponenten unterstützen die chemischen Umsetzung der unerwünschten chemischen Verbrennungsprodukte. Eine Nachordnung der weiteren Abgaskomponenten stromab des SCR-Katalysators und des Partikelfilters hat unter anderem den Vorteil, dass der SCR-Katalysator möglichst nah an den Brennkammern der Brennkraftmaschine angeordnet ist („erste katalytische Komponente“), so dass die thermische Energie des Abgases den SCR-Katalysator schnellstmöglich aufheizen und auf Arbeitstemperatur bringen kann. In addition, in further developments of the exhaust gas treatment device, one or more further exhaust gas treatment components can be arranged downstream of the particle filter. Specifically, the one or more further exhaust treatment components may be one or more of the following: SCR catalyst (SCR), metering element, oxidation catalyst (OC), particulate filter (PF), partial oxidation catalyst (CPO), ammonia oxidation catalyst (AMOX). These additional components assist in the chemical reaction of the undesirable chemical combustion products. A readjustment of the further exhaust gas components downstream of the SCR catalytic converter and of the particulate filter has, inter alia, the advantage that the SCR catalytic converter is arranged as close as possible to the combustion chambers of the internal combustion engine ("first catalytic component"), so that the thermal energy of the exhaust gas is the SCR -Catalyst can heat up as quickly as possible and bring to working temperature.

Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich durch eine Abgasbehandlungseinrichtung, insbesondere motornah/brennkraftmaschinennah angeordnete Abgasbehandlungseinrichtung, mit Merkmalen oder Merkmalskombinationen gemäß dieser Darstellung aus, wobei die Brennkraftmaschine selbstzündend ist. Vorteilhafte Ausführungsformen der Brennkraftmaschine können mittels einer oder mehrerer Ladevorrichtungen, zum Beispiel eines Abgasturboladers oder eines elektrisch angetriebenen Laders, aufgeladen werden beziehungsweise aufladbar sein und/oder eine oder mehrere Abgasrückführungen, beispielsweise eine Niederdruckabgasrückführung oder eine Hochdruckabgasrückführung, haben. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann Teil einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs sein oder die Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs darstellen. In the context of the inventive idea is also an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle. An internal combustion engine according to the invention is characterized by an exhaust gas treatment device, in particular exhaust gas treatment device arranged close to the engine / internal combustion engine, with features or feature combinations according to this representation, the internal combustion engine being self-igniting. Advantageous embodiments of the internal combustion engine can be charged or rechargeable by means of one or more charging devices, for example an exhaust gas turbocharger or an electrically driven supercharger, and / or have one or more exhaust gas recirculations, for example a low-pressure exhaust gas recirculation or a high-pressure exhaust gas recirculation. The internal combustion engine according to the invention may be part of an engine of a motor vehicle or represent the engine of a motor vehicle.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungseinrichtung mit einem oder mehreren Merkmalen gemäß dieser Darstellung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein gleisloses Landkraftfahrzeug, bevorzugt ein Radkraftfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen. A motor vehicle according to the invention comprises an exhaust gas treatment device according to the invention with one or more features according to this representation. The motor vehicle is in particular a trackless land vehicle, preferably a wheeled vehicle, for example a passenger car or a truck.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen: Further advantages and advantageous embodiments and developments of the invention will be described with reference to the following description with reference to the figures. It shows in detail:

1 eine Topologie einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, und 1 a topology of a preferred embodiment of an exhaust gas treatment device according to the invention for an exhaust system of an internal combustion engine, and

2 eine schematische Darstellung der bevorzugten Ausführungsform der 1 in motornaher Anordnung. 2 a schematic representation of the preferred embodiment of 1 close to the engine.

Die 1 zeigt eine Topologie einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage 16 einer Brennkraftmaschine 12 in einem Kraftfahrzeug 10. Die Brennkraftmaschine 12 ist bevorzugt selbstzündend und/oder arbeitet nach einem Diesel-Brennverfahren. Sie weist in dieser bevorzugten Ausführungsform einen Motor 14 auf, welcher aufladbar ist. Derartige Ausführungsformen können auch wenigstens eine Abgasrückführung aufweisen. Die Abgasanlage 16 ist dem Motor 14 der Brennkraftmaschine 12 nachgeordnet: In die Abgasanlage 16 gelangt das Abgas des Motors 14. In seiner Strömungsrichtung passiert das Abgas zunächst eine Turbine 18 einer Aufladegruppe des Motors 14. Mit anderen Worten, die Brennkraftmaschine 12 umfasst einen Turbolader, insbesondere konkret in dieser Ausführungsform genau einen Turbolader. Die Turbine 18 treibt einen nicht in der 1 dargestellten Verdichter zum Komprimieren des dem Motor 14 zugeführten Frischgases, welches gegebenenfalls auch anteilig mit rückgeführtem Abgas durchmischt sein kann oder durchmischt werden wird, bevor es eine Brennkammer des Motors 14 erreicht. Darüber hinaus können ein oder mehrere weitere Verdichter vorhanden sein. Der oder die weiteren Verdichter sind bevorzugt elektrisch angetrieben. The 1 shows a topology of a preferred embodiment of an exhaust gas treatment device according to the invention for an exhaust system 16 an internal combustion engine 12 in a motor vehicle 10 , The internal combustion engine 12 is preferably self-igniting and / or works by a diesel combustion process. It has a motor in this preferred embodiment 14 which is rechargeable. Such embodiments may also have at least one exhaust gas recirculation. The exhaust system 16 is the engine 14 the internal combustion engine 12 downstream: In the exhaust system 16 enters the exhaust of the engine 14 , In its flow direction, the exhaust gas first passes through a turbine 18 a charging group of the engine 14 , In other words, the internal combustion engine 12 includes a turbocharger, especially in this specific embodiment exactly one turbocharger. The turbine 18 does not drive one in the 1 shown compressor for compressing the engine 14 supplied fresh gas, which may also be proportionately mixed with recirculated exhaust gas or will be mixed, before there is a combustion chamber of the engine 14 reached. In addition, one or more additional compressors may be present. The one or more further compressors are preferably electrically driven.

In direkter fluidischer Verbindung stromab (direkt stromab) der Turbine 18 weist die Abgasanlage ein Dosierelement 20 zum Einbringen eines Reduktionsmittels für Stickoxide in die Abgasanlage 16 auf. Damit sich das in das Abgas eingebrachte Reduktionsmittel möglichst homogen mit dem Abgas vermischt, ist erfindungsgemäß direkt stromab des Dosierelements 20 ein passives Mischelement 22 angeordnet. Geeignete passive Mischelemente sind beispielsweise im vorangemeldeten Dokument DE 10 2014 201 586.3 und den darin zitieren Dokumenten beschrieben. Der gesamte Offenbarungsgehalt des Dokuments DE 10 2014 201 586.3 wird hiermit durch Bezugnahme in diese Darstellung einbezogen. In direct fluidic connection downstream (directly downstream) of the turbine 18 the exhaust system has a metering element 20 for introducing a reducing agent for nitrogen oxides in the exhaust system 16 on. So that the reducing agent introduced into the exhaust gas mixes as homogeneously as possible with the exhaust gas, according to the invention directly downstream of the metering element 20 a passive mixing element 22 arranged. Suitable passive mixing elements are, for example, in the previously filed document DE 10 2014 201 586.3 and the documents cited therein. The entire disclosure content of the document DE 10 2014 201 586.3 is incorporated herein by reference.

Direkt stromab des passiven Mischelements 22 befindet sich erfindungsgemäß in der Abgasanlage 16 ein SCR-Katalysator 24 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden. Dem SCR-Katalysator 24 direkt stromab nachgeordnet ist ein Partikelfilter 26 mit oxidationskatalytisch aktiver Beschichtung. Schließlich umfasst die Abgasreinigungseinrichtung direkt stromab des Partikelfilters 26 in der Abgasanlage 16 eine weitere Abgasbehandlungskomponente 28: In konkreter Ausführung ist diese ein weiterer SCR-Katalysator und/oder ein Ammoniakoxidationskatalysator (Sperrkatalysator). Auf diese Weise wird vorteilhaft eine olfaktorische Beeinträchtigung durch austretendes Ammoniak verhindert. Immediately downstream of the passive mixing element 22 is inventively in the exhaust system 16 an SCR catalyst 24 for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. The SCR catalyst 24 Downstream downstream is a particle filter 26 with oxidation-catalytically active coating. Finally, the exhaust gas purification device comprises directly downstream of the particulate filter 26 in the exhaust system 16 another exhaust treatment component 28 In concrete terms, this is another SCR catalyst and / or an ammonia oxidation catalyst (barrier catalyst). In this way, an olfactory impairment by leaking ammonia is advantageously prevented.

In der 2 ist schematisch die bevorzugte Ausführungsform der 1 in einer motornahen Anordnung dargestellt. Gleiche Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die unter Bezugnahme auf die 1 beschriebene Topologie ist in dieser Anordnung dahingehend geometrisch umgesetzt, dass die Abgasanlage 16 eine Umlenkung zwischen dem SCR-Katalysator 24 und dem Partikelfilter 26 aufweist. Im Abschnitt der Umlenkung weist die Abgasanlage 16 keine Komponenten der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungseinrichtung auf. Es handelt sich um eine 180-Grad-Umlenkung. Anders gesagt, zunächst durchströmt das Abgas die Abgasanlage 16 in einer ersten Strömungsrichtung und passiert die Turbine 18, das Dosierelement 20 und das passiven Mischelement 24. Nach der Umlenkung passiert das Abgas den Partikelfilter 26 in einer zweiten Strömungsrichtung. Im Fall eines Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit einer Abgasrückführung zweigt stromab vom Partikelfilter eine (Niederdruck-)Abgasrückführung ab. In the 2 is schematically the preferred embodiment of 1 shown in a close-coupled arrangement. Identical components are provided with the same reference numerals. With reference to the 1 described topology is geometrically implemented in this arrangement to the effect that the exhaust system 16 a diversion between the SCR catalyst 24 and the particulate filter 26 having. In the section of the diversion points the exhaust system 16 no components of the exhaust gas treatment device according to the invention. It is a 180 degree turnaround. In other words, first the exhaust gas flows through the exhaust system 16 in a first flow direction and passes the turbine 18 , the dosing element 20 and the passive mixing element 24 , After the diversion, the exhaust gas passes the particle filter 26 in a second flow direction. In the case of an embodiment of the internal combustion engine with an exhaust gas recirculation, a (low-pressure) exhaust gas recirculation branches off downstream of the particle filter.

Die erste und die zweite Strömungsrichtung sind im wesentlichen antiparallel zueinander orientiert. Auf diese Weise wird eine kompakte motornahe Anordnung der Abgasbehandlungseinrichtung der Abgasanlage erreicht, wobei gleichzeitig möglichst geringer Abgasgegendruck in der Abgasanlage herrscht. Die schematisch dargestellte Anordnung ist an der Abgasseite des Motors der Brennkraftmaschine aufgenommen. The first and second flow directions are oriented substantially antiparallel to each other. In this way, a compact close-coupled arrangement of the exhaust gas treatment device of the exhaust system is achieved, at the same time there is the lowest possible exhaust backpressure in the exhaust system. The schematically illustrated arrangement is received on the exhaust side of the engine of the internal combustion engine.

Eine derartige motornahe Anordnung wird beispielsweise in den Dokumenten EP 2 305 991 B1 und WO 2013/026533 A2 beschrieben. Der gesamte Offenbarungsgehalt der Dokumente EP 2 305 991 B1 und WO 2013/026533 A2 wird hiermit durch Bezugnahme in diese Darstellung einbezogen. Such a close-coupled arrangement, for example, in the documents EP 2 305 991 B1 and WO 2013/026533 A2 described. The entire disclosure content of the documents EP 2 305 991 B1 and WO 2013/026533 A2 is incorporated herein by reference.

Weitere Abgasbehandlungskomponenten, insbesondere ein Sperrkatalysator, sind in dieser Ausführungsform motorfern, konkret am Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet. Further exhaust treatment components, in particular a blocking catalyst, are remote from the engine in this embodiment, specifically arranged on the underbody of the motor vehicle.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10
Kraftfahrzeug motor vehicle
12 12
Brennkraftmaschine Internal combustion engine
14 14
Motor engine
16 16
Abgasanlage exhaust system
18 18
Turbine turbine
20 20
Dosierelement metering
22 22
passives Mischelement passive mixing element
24 24
SCR-Katalysator SCR catalyst
26 26
Partikelfilter mit oxidationskatalytisch aktiver Beschichtung Particle filter with oxidation-catalytically active coating
28 28
weitere Abgasbehandlungskomponenten further exhaust treatment components

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

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Claims (10)

Abgasbehandlungseinrichtung für eine Abgasanlage (16) einer Brennkraftmaschine (12), mit einem Dosierelement (20) zum Einbringen eines Reduktionsmittels für Stickoxide in die Abgasanlage (16), einem stromab des Dosierelements (20) in der Abgasanlage (16) angeordneten SCR-Katalysator (24) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und einem in direkter fluidischer Verbindung stromab des SCR-Katalysators (24) in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter (26) mit oxidationskatalytisch aktiver Beschichtung, gekennzeichnet durch ein passives Mischelement (22), welches in direkter fluidischer Verbindung stromauf des SCR-Katalysators (24) angeordnet ist. Exhaust treatment device for an exhaust system ( 16 ) an internal combustion engine ( 12 ), with a metering element ( 20 ) for introducing a reducing agent for nitrogen oxides into the exhaust system ( 16 ), one downstream of the dosing element ( 20 ) in the exhaust system ( 16 ) arranged SCR catalyst ( 24 ) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and one in direct fluidic connection downstream of the SCR catalyst ( 24 ) arranged in the exhaust system particulate filter ( 26 ) with an oxidation-catalytically active coating, characterized by a passive mixing element ( 22 ) which is in direct fluidic connection upstream of the SCR catalyst ( 24 ) is arranged. Abgasbehandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Mischelement (22) in direkter fluidischer Verbindung stromab des Dosierelements (20) angeordnet ist. Exhaust treatment device according to claim 1, characterized in that the passive mixing element ( 22 ) in direct fluidic connection downstream of the metering element ( 20 ) is arranged. Abgasbehandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Brennkraftmaschine (12) wenigstens eine Turbine (18) in der Abgasanlage (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierelement (20) stromab der genau einen Turbine (18) oder aller Turbinen (18) in der Abgasanlage (16) angeordnet ist. Exhaust treatment device according to claim 1 or 2, wherein the internal combustion engine ( 12 ) at least one turbine ( 18 ) in the exhaust system ( 16 ), characterized in that the dosing element ( 20 ) downstream of exactly one turbine ( 18 ) or all turbines ( 18 ) in the exhaust system ( 16 ) is arranged. Abgasbehandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter (26) mit oxidationskatalytisch aktiver Beschichtung zusätzlich eine weitere katalytisch aktive Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweist. Exhaust treatment device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the particulate filter ( 26 ) with oxidation-catalytically active coating additionally has a further catalytically active coating for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides. Abgasbehandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine motornahe Anordnung.  Exhaust treatment device according to one of claims 1 to 4, characterized by a close-coupled arrangement. Abgasbehandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Strömungsrichtung durch den SCR-Katalysator (24) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden und eine zweite Strömungsrichtung durch den in direkter fluidischer Verbindung stromab des SCR-Katalysators (24) angeordneten Partikelfilter (26) voneinander verschiedene Orientierungen aufweisen. Exhaust treatment device according to one of claims 1 to 5, characterized in that a first flow direction through the SCR catalyst ( 24 ) for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides and a second flow direction through the in direct fluidic connection downstream of the SCR catalyst ( 24 ) arranged particulate filter ( 26 ) have mutually different orientations. Abgasbehandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Partikelfilters (26) eine oder mehrere weitere Abgasbehandlungskomponenten (28) angeordnet sind. Exhaust treatment device according to one of claims 1 to 6, characterized in that downstream of the particulate filter ( 26 ) one or more further exhaust treatment components ( 28 ) are arranged. Abgasbehandlungseinrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren weiteren Abgasbehandlungskomponenten (28) ein oder mehrere Elemente aus der nachfolgenden Gruppe sind: SCR-Katalysator (SCR), Dosierelement, Oxidationskatalysator (OC), Partikelfilter (PF), Teiloxidationskatalysator (CPO), Ammoniak-Oxidationskatalysator (AMOX). Exhaust treatment device according to claim 7, characterized in that the one or more further exhaust gas treatment components ( 28 ) one or more of the following group are: SCR catalyst (SCR), dosing element, oxidation catalyst (OC), particulate filter (PF), partial oxidation catalyst (CPO), ammonia oxidation catalyst (AMOX). Brennkraftmaschine (12), gekennzeichnet durch eine Abgasbehandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Brennkraftmaschine (12) selbstzündend ist. Internal combustion engine ( 12 ), characterized by an exhaust gas treatment device according to one of claims 1 to 8, wherein the internal combustion engine ( 12 ) is self-igniting. Kraftfahrzeug (10), gekennzeichnet durch eine Abgasbehandlungseinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8. Motor vehicle ( 10 ), characterized by an exhaust gas treatment device according to one of claims 1 to 8.
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