DE102015201902B4 - exhaust aftertreatment arrangement - Google Patents

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Abstract

Abgasnachbehandlungsanordnung, mitwenigstens einem NOx-Speicherkatalysator (LNT), wobei der NOx-Speicherkatalysator (LNT) einen ersten Katalysatorabschnitt und einen zweiten Katalysatorabschnitt aufweist, wobei der zweite Katalysatorabschnitt bezogen auf den Abgasstrom stromabwärts des ersten Katalysatorabschnitts angeordnet ist; undeinem SCR-Katalysator (140) oder einem SDPF-System mit einem auf einem Dieselpartikelfiltersubstrat angeordneten SCR-Washcoat,wobei der SCR-Katalysator (140) bzw. das SDPF-System bezogen auf den Abgasstrom stromabwärts des zweiten Katalysatorabschnitts (130) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, im Abgas enthaltene Stickoxide mittels Ammoniak zu Stickstoff (N2) zu reduzieren,dadurch gekennzeichnet, dassder erste Katalysatorabschnitt (120) zumindest eine Sauerstoffspeicherkomponente (OSC) aufweist, undder zweite Katalysatorabschnitt (130) zur Vermeidung einer Oxidation des Ammoniaks auf Seiten des zweiten Katalysatorabschnitts (130) keinerlei Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) aufweist.Exhaust gas aftertreatment arrangement, comprising at least one NOx storage catalyst (LNT), the NOx storage catalyst (LNT) having a first catalyst section and a second catalyst section, the second catalyst section being arranged downstream of the first catalyst section with respect to the exhaust gas flow; andan SCR catalyst (140) or an SDPF system with an SCR washcoat arranged on a diesel particulate filter substrate,wherein the SCR catalyst (140) or the SDPF system is arranged downstream of the second catalyst section (130) with respect to the exhaust gas flow and is designed to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen (N2) by means of ammonia, characterized in that the first catalytic converter section (120) has at least one oxygen storage component (OSC), and the second catalytic converter section (130) to prevent oxidation of the ammonia on the part of the second catalyst section (130) has no oxygen storage components (OSC).

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsanordnung für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to an exhaust aftertreatment arrangement for a motor vehicle.

Die Einführung immer strengerer NOx-Grenzwerte hat zur Entwicklung diverser Abgasnachbehandlungstechnologien geführt, um eine Kontrolle der NOx-Emissionen (= Stickoxid-Emissionen) im Abgas eines Dieselmotors zu erzielen.The introduction of increasingly stringent NOx limits has led to the development of various exhaust aftertreatment technologies to achieve control of NOx (=nitrogen oxides) emissions in the exhaust gas of a diesel engine.

Eine dieser Lösungen ist der sogenannte NOx-Speicherkatalysator (LNT), dessen Funktionsprinzip darauf beruht, Stickoxide (NOx) unter mageren Abgasbedingungen zunächst zu speichern und dann unter Einstellung eines fetten, reduzierenden Abgasgemischs in einer Regenerationsphase (welche typischerweise wenige Sekunden andauert) in unschädliche Komponenten, vor allem Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf, umzuwandeln. Die Häufigkeit, mit der diese Regenerationsphase durchgeführt wird, wird im Wesentlichen durch die NOx-Emissionen und die Speicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators bestimmt, wobei diese Speicherkapazität wiederum von der Abgastemperatur abhängig ist.One of these solutions is the so-called NO x storage catalytic converter (LNT), the functional principle of which is based on first storing nitrogen oxides (NO x ) under lean exhaust gas conditions and then in a regeneration phase (which typically lasts a few seconds) while setting a rich, reducing exhaust gas mixture to convert harmless components, primarily nitrogen, carbon dioxide and water vapour. The frequency with which this regeneration phase is carried out is essentially determined by the NOx emissions and the storage capacity of the NOx storage catalytic converter, this storage capacity in turn being dependent on the exhaust gas temperature.

Eine zweite Technologie ist die selektive katalytische Reduktion in einem sogenannten SCR-Katalysator (SCR = „Selective Catalytic Reduction“ = „selektive katalytische Reduktion“), wobei am SCR-Katalysator die im Abgas enthaltenen Stickoxide mittels Ammoniak zu Stickstoff (N2) reduziert werden. Darüber hinaus ist der SCR-Katalysator dazu in der Lage, das z.B. stromaufwärts des SCR-Katalysators direkt dem Abgasstrom zugeführte Ammoniak bei niedrigen Abgastemperaturen zu speichern.A second technology is selective catalytic reduction in a so-called SCR catalytic converter (SCR = “Selective Catalytic Reduction” = “selective catalytic reduction”), whereby the nitrogen oxides contained in the exhaust gas are reduced to nitrogen (N 2 ) using ammonia at the SCR catalytic converter . In addition, the SCR catalytic converter is able to store the ammonia that is fed directly to the exhaust gas flow, for example upstream of the SCR catalytic converter, at low exhaust gas temperatures.

Des Weiteren ist es bekannt, in NOx-Speicherkatalysatoren (LNT) Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC = „oxygen storage components“) einzusetzen, um eine CO/HC-Steuerung bei niedrigen Temperaturen sowie eine Erhöhung der Schwefeltoleranz zu erzielen.Furthermore, it is known to use oxygen storage components (OSC) in NOx storage catalytic converters (LNT) in order to achieve low temperature CO/HC control and an increase in sulfur tolerance.

Allerdings wird durch diese Sauerstoffspeicherkomponenten das Potential zur Ammoniak (NH3)-Erzeugung während der vergleichsweise kurzen Betriebsphasen mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch (d. h. einem Verbrennungsluftverhältnis λ<1) bzw. in den Regenerationsphasen verringert. Diese verringerte Ammoniak (NH3)-Erzeugung ist darauf zurückzuführen, dass der in einer Betriebsphase mit fettem Luft-Kraftstoffgemisch in einem bezogen auf die Richtung des Abgasstroms vorderen bzw. stromaufwärtigen Bereich eines NOx-Speicherkatalysators (LNT) erzeugte Ammoniak (NH3) im hinteren bzw. stromabwärtigen Bereich des NOx-Speicherkatalysators (LNT), welcher immer noch einen mageren Bereich bildet (in dem Bedingungen entsprechend einem mageren Luft-Kraftstoffgemisch vorliegen), oxidiert werden kann. Ursache hierfür ist, dass die im hinteren bzw. stromabwärtigen Bereich des NOx-Speicherkatalysators (LNT) befindlichen Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) noch immer Sauerstoff enthalten.However, these oxygen storage components reduce the potential for ammonia (NH 3 ) production during the comparatively short operating phases with a rich air-fuel mixture (ie a combustion air ratio λ<1) or in the regeneration phases. This reduced ammonia (NH 3 ) production is due to the fact that the ammonia (NH 3 in the rear or downstream region of the NOx storage catalyst (LNT), which still forms a lean region (where conditions corresponding to a lean air-fuel mixture exist). This is because the oxygen storage components (OSC) located in the rear or downstream of the NOx storage catalyst (LNT) still contain oxygen.

Aus der US 7 950 226 B2 ist u. a. eine Abgasnachbehandlungsanordnung bekannt, welche zwei in Reihe angeordnete NOx-Speicherkatalysatoren (LNT) von unterschiedlicher Zusammensetzung aufweist, wobei der bezogen auf die Richtung des Abgasstroms stromabwärtige NOx-Speicherkatalysator für eine Entschwefelung bei im Vergleich zur Entschwefelung am stromaufwärtigen NOx-Speicherkatalysator höheren Temperaturen ausgelegt ist.From the U.S. 7,950,226 B2 Among other things, an exhaust gas aftertreatment arrangement is known which has two NO x storage catalytic converters (LNT) arranged in series and of different compositions, with the NO x storage catalytic converter downstream in relation to the direction of the exhaust gas flow being able to carry out desulfurization in comparison to desulfurization at the upstream NO x storage catalytic converter designed for higher temperatures.

Aus der US 2007 / 0 056 268 A1 ist u. a. eine Abgasnachbehandlungsanordnung bekannt, welche zwei separate NOx-Speicherkatalysatorträger („LNT-Bricks“) aufweist, die in einer parallelen Anordnung derart konfiguriert sind, dass sie gleichzeitig separate Abgasanteile aufnehmen.US 2007/0 056 268 A1 discloses, inter alia, an exhaust gas aftertreatment arrangement which has two separate NO x storage catalyst carriers (“LNT bricks”) which are configured in a parallel arrangement in such a way that they simultaneously absorb separate exhaust gas components.

Aus der US 2004 / 0 076 565 A1 ist u. a. eine Abgasnachbehandlungsanordnung mit einem stromaufwärts eines SCR-Katalysators angeordneten NOx-Speicherkatalysator (LNT) bekannt, wobei die Ammoniak (NH3)-Erzeugung auf Seiten des NOx-Speicherkatalysators (LNT) dadurch optimiert wird, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des NOx-Speicherkatalysators (LNT) vermindert wird.US 2004/0 076 565 A1 discloses, among other things, an exhaust gas aftertreatment arrangement with a NO x storage catalytic converter (LNT) arranged upstream of an SCR catalytic converter, with the ammonia (NH 3 ) generation on the side of the NO x storage catalytic converter (LNT) thereby being reduced is optimized that the oxygen storage capacity of the NO x storage catalyst (LNT) is reduced.

Aus der DE 10 2013 208 878 A1 sind u.a. eine Anordnung und ein Verfahren zur Reduzierung von Emissionen eines Dieselmotors bekannt, wobei die Anordnung einen SCR-Katalysator und einen stromaufwärts hiervon angeordneten NOx-Adsorberkatalysator aufweist.From the DE 10 2013 208 878 A1 discloses, inter alia, an arrangement and a method for reducing emissions from a diesel engine, the arrangement having an SCR catalytic converter and a NO x adsorber catalytic converter arranged upstream thereof.

Die DE 199 44 694 A1 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Benzinmotors mit einem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator und einem benachbart hierzu angeordneten Drei-Wege-Katalysator, wobei in einem Ausführungsbeispiel von dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des Substrats des NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysators in einer verhältnismäßig großen Menge Cer als sauerstoffspeichernde Komponente getragen wird, um bei Freigabe von NOx das NOx-Reinigungsverhältnis zu verbessern.the DE 199 44 694 A1 discloses an exhaust gas purification device of a gasoline engine having a NO x absorbing and reducing catalyst and a three-way catalyst arranged adjacent thereto, wherein in one embodiment, from the upstream half portion of the substrate of the NO x absorbing and reducing catalyst in a relatively large amount of cerium as oxygen storage component is carried to improve the NOx purification ratio when releasing NOx.

Aus der DE 10 2013 210 270 A1 ist u.a. ein Drei-Wege-Katalysator bekannt, in welchem am abstromseitigen Ende kein sauerstoffspeicherndes Material vorhanden ist, um eine Verringerung der schädlichen Abgase CO, HC und NOx zu erzielen.From the DE 10 2013 210 270 A1 discloses, inter alia, a three-way catalytic converter in which no oxygen-storing material is present at the downstream end in order to achieve a reduction in harmful exhaust gases CO, HC and NO x .

Die US 2006 / 0 272 316 A1 beschreibt einen NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator, in welchem der Anteil an Sauerstoffspeicherkomponenten in einem vorderen bzw. einlassseitigen Halbabschnitt geringer ist als in einem hinteren bzw. auslassseitigen Halbabschnitt.US 2006/0 272 316 A1 describes a NO x absorption and reduction catalyst, in which Chem, the proportion of oxygen storage components in a front or inlet-side half section is lower than in a rear or outlet-side half section.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasnachbehandlungsanordnung bereitzustellen, welche eine verbesserte Reduzierung von Stickoxiden im Abgas ermöglicht.It is an object of the present invention to provide an exhaust gas aftertreatment arrangement which enables an improved reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas.

Diese Aufgabe wird durch die Abgasnachbehandlungsanordnung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the exhaust gas aftertreatment arrangement according to the features of independent claim 1 .

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Advantageous refinements of the invention are described in the dependent patent claims.

Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, in einer Abgasnachbehandlungsanordnung mit einem NOx-Speicherkatalysator (LNT) einen mit Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) versehenen ersten Katalysatorabschnitt des NOx-Speicherkatalysators (LNT) mit einem von solchen Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) freien zweiten Katalysatorabschnitt des NOx-Speicherkatalysators (LNT) zu kombinieren, wobei der zweite Katalysatorabschnitt bezogen auf den Abgasstrom stromabwärts des ersten Katalysatorabschnitts angeordnet ist. In dieser Anordnung kann aufgrund des ersten (Sauerstoffspeicherkomponenten aufweisenden) Katalysatorabschnitts die erforderliche Funktionalität hinsichtlich Schwefeltoleranz sowie auch CO/HC-Steuerung gewährleistet werden, wobei zugleich über den zweiten (von Sauerstoffspeicherkomponenten freien) Katalysatorabschnitt eine hinreichende Ammoniak (NH3)-Erzeugung in Betriebsphasen mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch (d.h. mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ < 1), also insbesondere in Regenerations- bzw. Reinigungsphasen erzielt werden kann.The present invention is based in particular on the concept, in an exhaust gas aftertreatment arrangement with an NO x storage catalytic converter (LNT), a first catalytic converter section of the NO x storage catalytic converter (LNT) provided with oxygen storage components (OSC) with a second catalytic converter section of the NO x storage catalytic converter (LNT) free of such oxygen storage components (OSC). NO x storage catalyst (LNT) to combine, wherein the second catalyst section is arranged relative to the exhaust gas flow downstream of the first catalyst section. In this arrangement, due to the first catalytic converter section (having oxygen storage components), the required functionality in terms of sulfur tolerance and also CO/HC control can be ensured, while at the same time sufficient ammonia (NH 3 ) production in operating phases with the second catalytic converter section (free of oxygen storage components). rich air-fuel mixture (ie with a combustion air ratio λ <1), so can be achieved in particular in regeneration or cleaning phases.

Dabei wird die hinreichende Ammoniak (NH3)-Bereitstellung in der Abgasnachbehandlungsanordnung - insbesondere für einen stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators bzw. dessen zweiten Katalysatorabschnitts angeordneten SCR-Katalysator - dadurch erreicht, dass in Betriebsphasen mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch im Wesentlichen keine Oxidation mehr auf Seiten des zweiten (d.h. bezogen auf den Abgasstrom stromabwärts angeordneten) Katalysatorabschnitts des NOx-Speicherkatalysators (LNT) erfolgt.The sufficient provision of ammonia (NH 3 ) in the exhaust gas aftertreatment arrangement - in particular for an SCR catalytic converter arranged downstream of the NO x storage catalytic converter or its second catalytic converter section - is achieved in that, in operating phases with a rich air-fuel mixture, essentially no Oxidation takes place more on the part of the second (ie based on the exhaust gas flow arranged downstream) catalyst section of the NO x storage catalyst (LNT).

Der erfindungsgemäß somit in ausreichender Menge zur Verfügung gestellte Ammoniak (NH3) kann insbesondere in einem stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators (LNT) angeordneten SCR-Katalysator dazu genutzt werden, die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff (N2) zu reduzieren.The ammonia (NH 3 ) made available according to the invention in sufficient quantity can be used in particular in an SCR catalytic converter arranged downstream of the NOx storage catalytic converter (LNT) to reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen (N 2 ).

Gemäß einer Ausführungsform weist der NOx-Speicherkatalysator (LNT) zwei separate Katalysatorträger (Katalysator-Bricks) auf. Der erste Katalysatorträger ist mit einem LNT-Washcoat beschichtet, welches Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) aufweist, um die erwünschte Erhöhung der Schwefeltoleranz sowie die CO/HC-Steuerung bei niedrigen Temperaturen zu erzielen. Bei diesen Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) kann es sich beispielsweise um eine CeO2/ZrO2-Mischung handeln.According to one embodiment, the NO x storage catalyst (LNT) has two separate catalyst supports (catalyst bricks). The first catalyst support is coated with an LNT washcoat containing oxygen storage components (OSC) to achieve the desired increase in sulfur tolerance and CO/HC control at low temperatures. These oxygen storage components (OSC) can be, for example, a CeO 2 /ZrO 2 mixture.

Der zweite Katalysatorträger weist keinerlei Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) auf, so dass jeglicher Ammoniak, welcher stromaufwärts des zweiten Katalysatorträgers produziert wird, in Reinigungsphasen mit fettem Luft-Kraftstoff-Gemisch nicht oxidiert wird. Hierdurch kann eine erhöhte Ammoniak (NH3)-Ausbeute erzielt werden, welche wiederum z. B. in einem stromabwärts angeordneten SCR-Katalysator zur weiteren NOx-Umwandlung genutzt werden kann.The second catalyst support does not have any oxygen storage components (OSC) so that any ammonia produced upstream of the second catalyst support is not oxidized during rich air-fuel mixture purge phases. This allows an increased ammonia (NH 3 ) yield can be achieved, which in turn z. B. can be used in a downstream SCR catalyst for further NO x conversion.

In weiteren Ausführungsformen kann das erfindungsgemäße Konzept auch mit einem einzigen Katalysatorträger realisiert werden, welcher zwei unterschiedliche, zueinander in axialer Richtung versetzte Zonen aufweist.In further embodiments, the concept according to the invention can also be implemented with a single catalyst support, which has two different zones offset from one another in the axial direction.

Im Ergebnis kann durch die Erfindung die Ammoniak (NH3)-Menge, welche von einem NOx-Speicherkatalysator in Reinigungsphasen mit fettem Gemisch erzeugt wird, erhöht werden. Der zusätzliche Ammoniak (NH3) kann dazu dienen, Stickoxide (NOx), welche von dem NOx-Speicherkatalysator (LNT) entweichen, in einem stromabwärts vom NOx-Speicherkatalysator angeordneten SCR-Katalysator umzuwandeln.As a result, the amount of ammonia (NH 3 ) generated by a NO x storage catalytic converter in cleaning phases with a rich mixture can be increased by the invention. The additional ammonia (NH 3 ) may serve to convert nitrogen oxides ( NOx ) escaping from the NOx trap catalyst (LNT) in an SCR catalyst located downstream of the NOx trap catalyst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further configurations of the invention can be found in the description and in the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Abbildung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the accompanying figure.

Die einzige 1 zeigt in lediglich schematischer Darstellung wesentliche Komponenten einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanordnung 100.The only 1 shows essential components of an exhaust gas aftertreatment arrangement 100 according to the invention in a purely schematic representation.

Gemäß 1 weist die Abgasnachbehandlungsanordnung 100 im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors 10 (welcher mit einem nicht dargestellten Turbolader ausgestattet sein kann) einen NOx-Speicherkatalysator (LNT) 110 auf, welcher einen ersten, bezogen auf den Abgasstrom stromaufwärtigen Katalysatorabschnitt 120 und einen zweiten, bezogen auf den Abgasstrom stromabwärtigen Katalysatorabschnitt 130 aufweist. Der erste Katalysatorabschnitt 120 und der zweite Katalysatorabschnitt 130 sind in motornaher Bauweise angeordnet. Mit „115“ ist eine (optionale) Reduktionsmittelzufuhr (z. B. Kraftstoffzufuhr) bezeichnet.According to 1 has the exhaust gas aftertreatment arrangement 100 in the exhaust gas stream of an internal combustion engine 10 (which may be equipped with a turbocharger, not shown) a NO x storage catalyst (LNT) 110, which a first, relative to the exhaust gas flow, upstream catalytic converter section 120 and a second, relative to the exhaust gas flow, downstream catalytic converter section 130. The first catalytic converter section 120 and the second catalytic converter section 130 are arranged in a close-coupled configuration. “115” designates an (optional) reducing agent supply (eg fuel supply).

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 1 sind der erste Katalysatorabschnitt 120 und der zweite Katalysatorabschnitt 130 auf separaten Katalysatorträgern („Katalysator-Bricks“) realisiert. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, so dass in weiteren Ausführungsformen die beiden Katalysatorabschnitte auch als unterschiedliche (axiale) Zonen auf ein- und demselben Katalysatorträger bzw. Katalysator-Brick realisiert werden können.In the illustrated embodiment of 1 the first catalyst section 120 and the second catalyst section 130 are implemented on separate catalyst carriers (“catalyst bricks”). However, the invention is not restricted to this, so that in further embodiments the two catalyst sections can also be implemented as different (axial) zones on one and the same catalyst carrier or catalyst brick.

Von den besagten beiden Katalysatorabschnitten weist der stromaufwärtige erste Katalysatorabschnitt 120 Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) auf, welche z. B. eine CeO2/ZrO2-Mischung aufweisen können. Hingegen ist der zweite, stromabwärtige Katalysatorabschnitt 130 frei von solchen Sauerstoffspeicherkomponenten. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass zum einen aufgrund der in dem ersten Katalysatorabschnitt 120 vorhandenen Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) im Betrieb eine ausreichende Schwefeltoleranz sowie CO/HC-Steuerung gewährleistet werden kann, wohingegen aufgrund des Umstandes, dass der zweite Katalysatorabschnitt 130 keine Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) enthält, eine ausreichende Ammoniak (NH3)-Bereitstellung durch den NOx-Speicherkatalysator 110 gegeben ist, da auf Seiten des zweiten Katalysatorabschnitts 130 keine signifikante Oxidation des Ammoniaks (NH3) mehr erfolgt.Of the said two catalyst sections, the upstream first catalyst section 120 has oxygen storage components (OSC) which, e.g. B. may have a CeO 2 / ZrO 2 mixture. In contrast, the second, downstream catalyst section 130 is free of such oxygen storage components. This configuration ensures that, on the one hand, due to the oxygen storage components (OSC) present in the first catalytic converter section 120, sufficient sulfur tolerance and CO/HC control can be ensured during operation, whereas due to the fact that the second catalytic converter section 130 does not contain any oxygen storage components (OSC ) contains, sufficient ammonia (NH 3 ) is provided by the NO x storage catalytic converter 110 since there is no longer any significant oxidation of the ammonia (NH 3 ) on the part of the second catalytic converter section 130 .

Der erfindungsgemäß somit in ausreichender Weise stromabwärts des NOx-Speicherkatalysators 110 bereitgestellte Ammoniak (NH3) kann insbesondere in einem stromabwärts des zweiten Katalysatorabschnitts 130 befindlichen SCR-Katalysator 140 zur Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide zu Stickstoff (N2) genutzt werden.The ammonia (NH 3 ) provided according to the invention in a sufficient manner downstream of the NO x storage catalytic converter 110 can be used in particular in an SCR catalytic converter 140 located downstream of the second catalytic converter section 130 to reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen (N 2 ).

In weiteren Ausführungsformen kann anstelle des SCR-Katalysators 140 auch ein SDPF-System (mit einem SCR-Washcoat auf einem Dieselpartikelfiltersubstrat) verwendet werden. Mit „135“ ist eine optionale Reduktionsmittelzufuhr (z.B. zur Zufuhr von Harnstoff) in den Bereich stromaufwärts des SCR-Katalysators 140 bezeichnet.In further embodiments, an SDPF system (with an SCR washcoat on a diesel particulate filter substrate) can also be used instead of the SCR catalytic converter 140 . “135” designates an optional reducing agent supply (e.g. for supplying urea) into the area upstream of the SCR catalytic converter 140 .

Im Ergebnis wird durch die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanordnung unter Gewährleistung einer hinreichenden Schwefeltoleranz eine verbesserte Ammoniak (NH3)-Bereitstellung und damit insgesamt eine verbesserte Reduzierung von Stickoxiden im Abgas ermöglicht.As a result, the exhaust gas aftertreatment arrangement according to the invention enables improved ammonia (NH 3 ) provision and thus an overall improved reduction in nitrogen oxides in the exhaust gas, while ensuring sufficient sulfur tolerance.

Claims (5)

Abgasnachbehandlungsanordnung, mit wenigstens einem NOx-Speicherkatalysator (LNT), wobei der NOx-Speicherkatalysator (LNT) einen ersten Katalysatorabschnitt und einen zweiten Katalysatorabschnitt aufweist, wobei der zweite Katalysatorabschnitt bezogen auf den Abgasstrom stromabwärts des ersten Katalysatorabschnitts angeordnet ist; und einem SCR-Katalysator (140) oder einem SDPF-System mit einem auf einem Dieselpartikelfiltersubstrat angeordneten SCR-Washcoat, wobei der SCR-Katalysator (140) bzw. das SDPF-System bezogen auf den Abgasstrom stromabwärts des zweiten Katalysatorabschnitts (130) angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, im Abgas enthaltene Stickoxide mittels Ammoniak zu Stickstoff (N2) zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysatorabschnitt (120) zumindest eine Sauerstoffspeicherkomponente (OSC) aufweist, und der zweite Katalysatorabschnitt (130) zur Vermeidung einer Oxidation des Ammoniaks auf Seiten des zweiten Katalysatorabschnitts (130) keinerlei Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC) aufweist.Exhaust gas aftertreatment arrangement, with at least one NO x storage catalyst (LNT), wherein the NO x storage catalyst (LNT) has a first catalyst section and a second catalyst section, wherein the second catalyst section is arranged in relation to the exhaust gas flow downstream of the first catalyst section; and an SCR catalyst (140) or an SDPF system with an SCR washcoat arranged on a diesel particulate filter substrate, wherein the SCR catalyst (140) or the SDPF system is arranged downstream of the second catalyst section (130) with respect to the exhaust gas flow and is designed to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen (N 2 ) by means of ammonia, characterized in that the first catalytic converter section (120) has at least one oxygen storage component (OSC), and the second catalytic converter section (130) to prevent oxidation of the Ammonia on the part of the second catalyst section (130) has no oxygen storage components (OSC). Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysatorabschnitt (120) und der zweite Katalysatorabschnitt (130) auf separaten Katalysatorträgern angeordnet sind.exhaust aftertreatment system claim 1 , characterized in that the first catalyst section (120) and the second catalyst section (130) are arranged on separate catalyst supports. Abgasnachbehandlungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysatorabschnitt und der zweite Katalysatorabschnitt auf demselben Katalysatorträger angeordnet sind.exhaust aftertreatment system claim 1 , characterized in that the first catalyst section and the second catalyst section are arranged on the same catalyst carrier. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffspeicherkomponente (OSC) eine CeO2/ZrO2-Mischung aufweist.Exhaust aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the oxygen storage component (OSC) has a CeO 2 /ZrO 2 mixture. Abgasnachbehandlungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysatorabschnitt (120) und der zweite Katalysatorabschnitt (130) in motornaher Bauweise angeordnet sind.Exhaust gas aftertreatment arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first catalytic converter section (120) and the second catalytic converter section (130) are arranged in a construction close to the engine.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016221272A1 (en) * 2016-10-28 2018-05-03 Ford Global Technologies, Llc Method for operating an exhaust aftertreatment device of a motor vehicle
DE102018201869B4 (en) 2018-02-07 2020-06-25 Ford Global Technologies, Llc Arrangement and method for treating an exhaust gas flow generated by an internal combustion engine and motor vehicle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19944694A1 (en) 1998-09-18 2000-08-17 Toyota Motor Co Ltd Exhaust gas purification device for an internal combustion engine
US20040076565A1 (en) 2002-10-22 2004-04-22 Gandhi Haren S. Catalyst system for the reduction of NOx and NH3 emissions
US20060272316A1 (en) 2003-10-16 2006-12-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine
US20070056268A1 (en) 2005-09-10 2007-03-15 Eaton Corporation LNT-SCR packaging
US7950226B2 (en) 2007-05-14 2011-05-31 Eaton Corporation LNT-SCR system optimized for thermal gradient
DE102013208878A1 (en) 2013-05-14 2014-11-20 Ford Global Technologies, Llc Arrangement and method for reducing emissions of a diesel engine
DE102013210270A1 (en) 2013-06-03 2014-12-04 Umicore Ag & Co. Kg three-way

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19944694A1 (en) 1998-09-18 2000-08-17 Toyota Motor Co Ltd Exhaust gas purification device for an internal combustion engine
US20040076565A1 (en) 2002-10-22 2004-04-22 Gandhi Haren S. Catalyst system for the reduction of NOx and NH3 emissions
US20060272316A1 (en) 2003-10-16 2006-12-07 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine
US20070056268A1 (en) 2005-09-10 2007-03-15 Eaton Corporation LNT-SCR packaging
US7950226B2 (en) 2007-05-14 2011-05-31 Eaton Corporation LNT-SCR system optimized for thermal gradient
DE102013208878A1 (en) 2013-05-14 2014-11-20 Ford Global Technologies, Llc Arrangement and method for reducing emissions of a diesel engine
DE102013210270A1 (en) 2013-06-03 2014-12-04 Umicore Ag & Co. Kg three-way

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